8000kN·m能級分層強夯置換地基處理效果分析

周小明

(青島海洋地質(zhì)研究所，山東 青島 266071)

隨著經(jīng)濟快速發(fā)展，我國對能源的需求也越來越大，不少沿海城市開始興建大型石油煉廠，煉廠工程成功與否，地基處理是最關(guān)鍵的一環(huán)。油罐地基處理方式包括強夯法、強夯置換法及各種類型的樁基(CFG樁、鉆孔灌注樁或振沖碎石樁等)［1-4］。強夯置換法是20世紀80年代法國Menard公司將用于軟弱地基土處理的強夯法改進得來，和強夯法一樣，強夯置換法具有經(jīng)濟、快速的特點。近年來，國內(nèi)學(xué)者針對強夯置換法處理軟弱地基進行研究，鄭凌逶等［5-6］分別采用數(shù)值模擬和試驗手段，對強夯置換碎石運動機制和成墩過程進行了分析與研究;徐東升等［7-9］分別就強夯置換處理海相淤泥軟土、松軟土及鹽漬土的效果進行相關(guān)研究;此外，劉紅軍等［10］從孔壓監(jiān)測角度，對強夯置換和砂井－強夯處理飽和軟土地基試驗進行了研究，該文獻是少有的強夯置換和其他地基處理方法的比較研究。目前關(guān)于強夯置換的研究主要以單層為研究對象，少部分研究涉及分層強夯置換。在某些特殊地質(zhì)條件下，如巖溶狀況，單層強夯置換可能無法滿足處理要求，需考慮實施分層強夯置換。目前，在油罐地基處理上已經(jīng)有分層強夯置換的實施案例。

1 工程背景

本文依托某煉化工程項目，該工程建成后，可年產(chǎn)1000萬t煉油。該工程地質(zhì)條件復(fù)雜，并伴生有不同形態(tài)及規(guī)模的溶洞，所形成的地下架空結(jié)構(gòu)一定程度上破壞了巖體完整性，使巖體強度降低、巖石滲透性增加，嚴重時會出現(xiàn)頂板坍塌，突水、涌砂及突泥等情況，對于地基來說，最直接的后果是不均勻沉降，從而危害工程建設(shè)。

2 地基處理方案設(shè)計

雙層強夯置換法具體施工順序為:①開挖→②強夯置換→③回填→④再次強夯置換，其施工分為上下2層。先開挖到軟弱層上表面，再進行強夯置換加固處理，底層處理并通過檢測后，在上層回填土采用強夯置換或半置換加固地基直至設(shè)計標高，依托工程中某油罐地基處理采用雙層強夯處理:底層采用8000kN·m能級強夯置換處理，頂層8000 kN·m能級強夯半置換處理。

2.1 參數(shù)設(shè)計

1)底層8000kN·m能級強夯置換參數(shù) 夯錘直徑2.3～2.5m;單擊夯能8000kN·m;夯點布置:第1遍4.5m×4.5m正方形，第2遍在第1遍夯點相鄰4點的中心處，第2遍整體呈梅花形布置;夯擊次數(shù)為2～3次，夯點每次夯擊數(shù)為3～5擊;累計夯沉量≥6.5m;累計填料量≥30m3;塊石墩直徑≥2.5m;墩長≥4.5m;夯坑深度超過 2.5m 且起錘困難時停夯、回填石料后再夯;第3遍滿夯，單擊夯能2000kN·m，夯印搭接 1/3布點，夯點擊數(shù) 3擊。停夯標準:最后2擊平均夯沉量小于150mm時停夯;累計夯擊數(shù)15～20擊。

2)頂層8000kN·m能級強夯半置換具體參數(shù)單擊夯擊能采用8000kN·m，第1遍夯點6m×6m正方形布置，第2遍夯點布置在第1遍夯點相鄰4個點的中心處，第1遍夯點和第2遍夯點整體呈梅花形布置，每遍夯擊次數(shù)以最后2擊平均夯沉量不大于150mm控制或不少于15擊。第3遍單擊夯擊能采用4000kN·m，4.24m ×4.24m 正方形布置，第3遍夯點布置在第1、2遍夯點每4個呈方形布置的夯點中心處，夯擊次數(shù)以最后2擊平均夯沉量不大于50mm控制或不少于12擊。當夯坑深度超過2.0m且出現(xiàn)起錘困難時停止夯擊、回填石料后再次夯擊。第4遍滿夯，單擊夯能2000kN·m，夯印搭接1/3布點，夯點擊數(shù)3擊。

2.2 處理效果要求

底層、頂層強夯置換處理后有效加固深度、地基承載力特征值及壓縮模量要求如下:①底層有效加固深度≥6m，且底層不小于①層耕植土及其以上的回填土層合計深度，地基承載力特征值≥250kPa，壓縮模量≥16MPa;②頂層有效加固深度≥6m，地基承載力特征值≥250kPa，壓縮模量≥16MPa。

2.3 檢測方案及布置

為驗證雙層強夯置換處理后地基承載能力和變形特性，底層強夯置換后，進行夯間土重型動力觸探和夯墩超重型動力觸探試驗;頂層強夯半置換后進行夯間土重型動力觸探、夯墩超重型動力觸探試驗及復(fù)合地基和夯墩靜載荷試驗。

3 地基處理效果分析

3.1 底層強夯置換后

底層8000kN·m強夯置換后夯間土重型、夯墩超重型動力觸探試驗修正后擊數(shù)N隨深度分布曲線如圖1所示，由圖1可知:夯間土重型動力觸探修正后擊數(shù)大部分在4～8擊范圍內(nèi)，在深度分布上較均勻，其中最大擊數(shù)為14擊;夯墩超重型動力觸探修正后擊數(shù)大部分為4～8擊，在深度分布上較均勻，其中最大擊數(shù)為12擊。根據(jù)規(guī)范和手冊經(jīng)驗可知，由每個點位的夯間土和夯墩動力觸探檢測結(jié)果可計算出該點位的復(fù)合地基承載力特征值和壓縮模量。4個點位的復(fù)合地基承載特征值和壓縮模量深度分布曲線如圖2所示，由圖2可知:檢測深度0～6m范圍內(nèi)地基承載特征值范圍為250～270kPa(大部分深度位置地基承載力特征值測值為250kPa)，壓縮模量范圍為16～20MPa(大部分深度位置壓縮模量測知為16MPa)，滿足處理要求。

圖1 底層8000kN·m強夯置換重型和超重型動力觸探數(shù)N分布曲線

圖2 底層8000kN·m強夯置換地基承載力特征值和壓縮模量深度分布曲線

3.2 頂層強夯置換后

3.2.1 (超)重型動力觸探試驗

頂層8000kN·m強夯置換后夯間土重型、夯墩超重型動力觸探試驗修正后擊數(shù)N隨深度分布曲線如圖3所示，由圖3可知:夯間土重型動力觸探修正后擊數(shù)范圍為4～16擊，在深度分布上離散性較大，其中最大擊數(shù)為16擊;夯墩超重型動力觸探修正后擊數(shù)大部分為4～10擊，深度上離散性較大，其中最大擊數(shù)為10擊。根據(jù)規(guī)范和手冊經(jīng)驗可知，由每個點位的夯間土和夯墩動力觸探檢測結(jié)果，可計算出該點位的復(fù)合地基承載力特征值和壓縮模量。3個點位的符合地基承載特征值和壓縮模量深度分布曲線如圖4所示，由圖4可知:檢測深度0～6m范圍內(nèi)地基承載特征值范圍為250～270kPa(大部分深度位置地基承載力特征值測值為250kPa)，壓縮模量范圍為16～20MPa(大部分深度位置壓縮模量測知為16MPa)，滿足處理要求。

圖3 頂層8000kN·m強夯置換重型和超重型動力觸探數(shù)N分布曲線

圖4 頂層8000kN·m強夯置換地基承載力特征值和壓縮模量深度分布曲線

3.2.2 靜載試驗

頂層強夯半置換后分別完成1個點位的復(fù)合地基靜載試驗和1個點位的單墩靜載試驗，根據(jù)靜載試驗實測結(jié)果，繪制p-s試驗曲線，復(fù)合地基和單墩靜載荷試驗曲線如圖5所示。復(fù)合地基靜載試驗具體試驗結(jié)果:最大沉降量為13.30mm，地基承載力特征值為250MPa，變形模量為124MPa;單墩靜載試驗具體試驗結(jié)果最大沉降量為17.26mm，地基承載力特征值為350MPa，變形模量為129MPa。

4 結(jié)語

本文以某石油煉化工程油罐地基處理為依托，以現(xiàn)場檢測為手段，對分層強夯置換處理效果詳細分析，初步結(jié)論與建議如下。

1)場地經(jīng)過底層和頂層8000kN·m能級強夯半置換處理后，檢測深度范圍內(nèi)底層和頂層的地基承載力和壓縮模量均達到設(shè)計要求，土體工程特性得到一定程度改善，說明該方法可行且有效。

圖5 復(fù)合地基和夯墩靜載試驗曲線

2)底層8000kN·m強夯置換和頂層8000kN·m強夯半置換的有效加固深度均≥6m，滿足設(shè)計要求。

3)本文對分層強夯置換方法加固處理巖溶地基效果進行檢測與分析，還存在一定局限性。首先，地基處理對象為單一油罐地基;其次，只對設(shè)計要求的深度范圍進行處理后效果檢測，無法準確判別實際有效加固深度。希望在今后的工作中針對不同地質(zhì)條件、設(shè)計要求深度以下的檢測及更多的檢測方法等方面進行進一步補充完善。

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