黃土地區(qū)油田建設(shè)巖土工程技術(shù)研究及應(yīng)用

高曉剛

摘 要：隨著隴東地區(qū)地下原油的勘探開發(fā)，油田在黃土地區(qū)地面建設(shè)過程中的巖土工程技術(shù)問題日益突出。本文在介紹的區(qū)域巖土環(huán)境、地貌特征等基礎(chǔ)上，從兩年多來實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的角度出發(fā)，以鎮(zhèn)涇油田的某聯(lián)合站區(qū)域?yàn)橹攸c(diǎn)，就該區(qū)域內(nèi)巖土勘察、勘察設(shè)計(jì)以及地基處理方面的數(shù)據(jù)成果和成熟施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行論述。

關(guān)鍵詞：濕陷性黃土；黃土地貌；探井；靜力觸探；濕陷等級(jí)；灰土擠密樁

1.緒論

鎮(zhèn)涇油田自2004年開始地面建設(shè)，該油田區(qū)塊主要位于甘肅省東部的鎮(zhèn)原縣與涇川縣境內(nèi)，該區(qū)域?qū)儆诘湫偷狞S土地貌。建成的地面廠站及設(shè)施包括：聯(lián)合站、轉(zhuǎn)油脫水站、增壓站、集輸支干線、油區(qū)主干道、采油隊(duì)點(diǎn)等。

2.區(qū)域自然地理地貌

2.1 氣象

鎮(zhèn)涇油田區(qū)塊為北溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候。降雨量年、月分布不穩(wěn)定，一般七、八、九月降水偏多。年平均氣溫8.9℃，降雨量626.7mm，蒸發(fā)量1500mm。標(biāo)準(zhǔn)凍土深度0.8m。

2.2 黃土地貌

該區(qū)域?qū)匐]東黃土高原溝壑區(qū)，高程為1000～1420m。區(qū)域內(nèi)地貌類型根據(jù)成因及形態(tài)可分為以下三種主要類型。

2.2.1 黃土溝間地貌

a. 黃土塬：該區(qū)域面積大于100km2的黃土塬面有兩個(gè)，分別是聯(lián)合站所在的平泉—玉都鎮(zhèn)塬面和屯子鎮(zhèn)—上肖鄉(xiāng)塬面，海拔1280m至1420m。西北—東南走向，地勢(shì)西北高、東南低，地勢(shì)大致由西北向東南傾斜。東西坡降15‰，南北坡降3‰。黃土層厚度達(dá)150～370m。塬面區(qū)以面蝕為主，侵蝕次之。

b. 黃土梁、黃土峁：黃土梁和黃土峁在該區(qū)域內(nèi)的涇河、洪河溝谷與黃土塬過度區(qū)域分布很廣，與黃土塬一樣，是典型的黃土堆積地貌。

2.2.2 黃土溝谷地貌

聯(lián)合站西北100m處和東北900m處分別發(fā)育著兩條沖溝，呈倒“V”字狀匯聚于聯(lián)合站正北2.5km處，與黃土塬面最大高差為180m。

涇河和洪河是區(qū)域內(nèi)發(fā)育的兩條河流，洪河是涇河的支流，都可歸類于河溝。涇河河谷較為平緩，呈“U”，涇川縣城附近達(dá)2km寬。洪河在紅河鄉(xiāng)位置的縱斷面近似“V”形，溝底已切入基巖。這兩條河流與平泉—玉都鎮(zhèn)塬面的高差約為300m。

2.2.3 黃土潛蝕地貌

聯(lián)合站東南240m處有個(gè)上口直徑約3m，深約2.5m的不規(guī)則狀黃土潛蝕地貌，即黃土陷穴。黃土地區(qū)潛蝕性地貌有很多種，主要包括黃土碟、黃土陷穴、黃土橋、黃土胡同以及黃土柱等。

3.巖土勘察

3.1 探井

在濕陷性黃土地區(qū)，采?、窦?jí)土樣的主要工法之一就是探井。鉆進(jìn)設(shè)備為車載洛陽鏟，屬?zèng)_擊鉆進(jìn)方法，其成孔直徑為500～600mm，滿足一個(gè)人下井取土樣的空間要求。

但是探井也有自身的不足之處，其成孔后回填難度大；主要體現(xiàn)在深孔的回填上，往往回填密實(shí)度或密度達(dá)不到原狀土的狀態(tài)。在地表滲水或大量降雨的影響下，地下如有柱狀虛土或裂隙時(shí)，極易形成黃土地區(qū)特有的潛蝕性地貌，長時(shí)間的不斷的發(fā)育會(huì)對(duì)地面建筑物造成毀滅性的破壞。

如果按《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》的探井比例要求，即詳勘階段占取樣孔的二分之一以上，那在現(xiàn)場(chǎng)施工過程中必須做好回填工作。建議對(duì)二級(jí)以上重要等級(jí)的項(xiàng)目禁止人工回填，采取機(jī)械夯實(shí)的方法。對(duì)于三級(jí)的工程，可以采用人工回填，但單層回填土的厚度不宜大于500mm。

3.2 靜力觸探

鎮(zhèn)涇區(qū)塊聯(lián)合站、綜合服務(wù)基地區(qū)域內(nèi)的黃土塬地貌有其自身特點(diǎn)，即黃土地層厚度相對(duì)較大。靜力觸探極易適合于這種深厚、較單一的地層，能夠快捷、直觀、全面的反應(yīng)出地層分布、深度以及對(duì)應(yīng)的巖土參數(shù)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，靜力觸探最深可達(dá)30m。從勘察施工周期和經(jīng)濟(jì)角度來說，這種原位測(cè)試方式無意識(shí)最適合的法方。

需要指出的是，該區(qū)域內(nèi)第一古土壤層（古一層）含水率相對(duì)較高，局部為黏土，呈軟塑、硬塑狀，且具有膨脹特性。該層一般厚約1.5m，底部為鈣質(zhì)結(jié)核層，靜力觸探探頭一般會(huì)在該層受到較大的阻力影響。作業(yè)時(shí)要注意進(jìn)入該層時(shí)壓力表的指數(shù)變化，如果異常突出，則停止試驗(yàn)更換位置，以免損壞液壓系統(tǒng)，丟失或損壞探頭。

3.3 輕便洛陽鏟

在鎮(zhèn)涇油田區(qū)塊，結(jié)合探井、機(jī)械鉆機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)貫入、波速測(cè)試、靜力觸探等勘察方式的基礎(chǔ)上，還加入了輕便洛陽鏟的勘察手段。

這是由于區(qū)域內(nèi)黃土具有黏粒含量相對(duì)較低，孔隙發(fā)育強(qiáng)烈，干強(qiáng)度中等，韌性較低等特點(diǎn)的原因。輕便洛陽鏟是在場(chǎng)地大面積勘探過程中，結(jié)合油田地面建設(shè)中部分小型、集中的工藝裝置所探索的勘察手段，其成孔深度一般不大于15m，作為淺部地層鑒別和臨時(shí)摸排潛在不良地質(zhì)作用的快捷手段。

4.地基處理

黃土地區(qū)主要的特殊性巖土問題是土的濕陷性。以玉都鎮(zhèn)為中心的塬面上，其根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)得出的濕陷系數(shù) ，區(qū)域內(nèi)濕陷深度在13.0～18.7m。得出： 121.2～366mm， 465～869.3mm，對(duì)應(yīng)單孔濕陷性計(jì)算，區(qū)域內(nèi)主要都為自重濕陷性黃土場(chǎng)地，濕陷等級(jí)為Ⅱ～Ⅳ。

根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》，鎮(zhèn)涇油田區(qū)域內(nèi)的建筑類型以分別為乙類、丙類、丁類三種2。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)處理經(jīng)驗(yàn)，從工藝復(fù)雜程度和技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合對(duì)比，采用灰土擠密樁和灰土墊層法處理。以下分別就三種類別建（構(gòu)）筑物對(duì)應(yīng)的地基處理方式做一介紹。

4.1 乙類建筑

對(duì)乙類建筑物采用灰土擠密樁整片處理2，在自重濕陷黃土場(chǎng)地，擠密樁不應(yīng)小于濕陷土層深度的2/3，且下部未處理濕陷性黃土層的剩余濕陷量不應(yīng)大于150mm。

結(jié)合玉都鎮(zhèn)范圍內(nèi)濕陷性計(jì)算，處理厚度須達(dá)到地面以下14.70m，同時(shí)滿足處理后的復(fù)合地基承載力大于180kPa，這樣既有擠密樁間土，消除濕陷性作用，同時(shí)可提高地基土強(qiáng)度。成孔后孔內(nèi)采用消石灰與土體積配合比2：8或3：7灰土回填夯實(shí)，其壓實(shí)系數(shù)不宜小于0.97，樁頂標(biāo)高以上灰土墊層小于3.0m時(shí)，壓實(shí)系數(shù)不應(yīng)小于0.95；大于3.0m時(shí)，其超過3.0m的部分壓實(shí)系數(shù)不應(yīng)小于0.97。根據(jù)已有施工經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)樁身灰土壓實(shí)系數(shù)不小于0.97，樁間土的最小擠密系數(shù)不小于0.90時(shí)，復(fù)合地基承載力特征值可達(dá)200kPa。

4.2 丙類建筑

丙類建筑，當(dāng)?shù)鼗鶟裣莸燃?jí)為Ⅲ或Ⅳ時(shí)2，地基處理厚度分別不應(yīng)小于3m或4m，且下部未處理濕陷性黃土層的剩余濕陷量不應(yīng)大于200mm。

對(duì)于丙類建筑也采用灰土擠密樁法進(jìn)行處理方法，同樣結(jié)合玉都鎮(zhèn)范圍內(nèi)濕陷性計(jì)算，灰土擠密樁樁達(dá)到地面以下9.70m，即可滿足下部未處理土層的剩余濕陷量不應(yīng)大于200mm的丙類建筑要求。成孔后孔內(nèi)采用拌合均勻的2：8或3：7灰土回填夯實(shí)。樁頂標(biāo)高以上應(yīng)設(shè)置300～500mm厚的2：8灰土墊層，壓實(shí)系數(shù)不應(yīng)小于0.95。樁體的壓實(shí)系數(shù)不應(yīng)小于0.97。

4.3 丁類建筑

丁類建筑物在標(biāo)注規(guī)范上未明確規(guī)定，但鑒于濕陷性黃土對(duì)上部建筑物的影響，勘察設(shè)計(jì)過程中提出，對(duì)于丁類建筑物在地基處理方式上用灰土墊層法，換填厚度最少滿足3.00m，即用3：7灰土進(jìn)行分層夯實(shí)，回填至基礎(chǔ)底面標(biāo)高。當(dāng)控制墊層質(zhì)量的壓實(shí)系數(shù)不小于0.97時(shí)，灰土墊層的承載力特征值可取200kPa，灰土墊層強(qiáng)度可滿足上部荷載要求。經(jīng)灰土墊層處理地基后，尚應(yīng)采取建筑措施、結(jié)構(gòu)措施和基本防水措施。

5. 結(jié)論

本文是從黃土地區(qū)油田地面建設(shè)局部區(qū)塊的角度，以巖土勘察以及勘察設(shè)計(jì)中實(shí)際操作、室內(nèi)試驗(yàn)、計(jì)算和地基處理經(jīng)驗(yàn)為主要內(nèi)容，做了論述，以供技術(shù)交流。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝宇平. 第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)及地貌學(xué). 地質(zhì)出版社.

[2]羅宇生等. 濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范. 中國建筑工業(yè)出版社.