高能級(jí)強(qiáng)夯在儲(chǔ)罐區(qū)軟基處理中的應(yīng)用

鐘鵬旭，李文勇

（1.中電投錦州港口有限責(zé)任公司，遼寧錦州 121007；2.中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300220）

關(guān)鍵字：高能級(jí)強(qiáng)夯；大型LNG 儲(chǔ)罐區(qū)；碎石土；地基處理

引言

采用高能級(jí)強(qiáng)夯在處理大厚度非飽和土、大面積重堆載場(chǎng)地、大中型油庫(kù)以及新近出現(xiàn)的液化天然氣儲(chǔ)罐等新近回填土等，可進(jìn)一步提高地基土強(qiáng)度和均勻性，降低壓縮性，消除濕陷性，改善其抵抗震動(dòng)液化的能力，使強(qiáng)夯法的經(jīng)濟(jì)高效性得以更加充分地施展[1]。目前，國(guó)內(nèi)興起的液化天然氣儲(chǔ)罐常采用回填碎石土作為地基，因其顆粒粒徑極不均勻，孔隙大，級(jí)配差，而且回堆填厚度較大，承載力和變形特性難以滿足指標(biāo)要求，采用高能級(jí)強(qiáng)夯法處理這類(lèi)場(chǎng)地能否滿足工程需求是亟待解決的重大問(wèn)題。結(jié)合目前國(guó)內(nèi)外高能級(jí)強(qiáng)夯原理及施工工藝的現(xiàn)狀，介紹渤海地區(qū)某液化天然氣（LNG）儲(chǔ)罐高能級(jí)強(qiáng)夯地基處理工程中的成功實(shí)踐，供同行參考。

1 工程概況

該項(xiàng)目建造5 個(gè)200 000 m3LNG 儲(chǔ)罐及相關(guān)配套工程，儲(chǔ)罐承臺(tái)投影范圍直徑及外擴(kuò)區(qū)域110 m。項(xiàng)目所在區(qū)域上部土體為新近回填的碎石土（碎石和角礫），以風(fēng)化巖屑和粘性土填充，土質(zhì)不均勻，厚度介于14～21 m，因回填時(shí)間短且未經(jīng)碾壓，土體處于松散～稍密狀態(tài)，其承載力和變形特性難以滿足上部結(jié)構(gòu)所需。根據(jù)場(chǎng)地情況和上部結(jié)構(gòu)需要，并經(jīng)地基處理方案比選，采用高能級(jí)強(qiáng)夯法對(duì)其進(jìn)行加固，要求經(jīng)處理后的地基承載力 fak≥220 kPa，變形模量E≥18 MPa，加固深度≥15 m。另外，本項(xiàng)目北側(cè)為護(hù)岸，尚需對(duì)該護(hù)岸在高能級(jí)強(qiáng)夯影響下的穩(wěn)定性和安全性監(jiān)測(cè)。

2 強(qiáng)夯試驗(yàn)

在場(chǎng)地具有代表性的位置選取30 m×30 m 的區(qū)域進(jìn)行試夯，強(qiáng)夯處理工藝采用“夯三平二”工藝，即點(diǎn)夯3 遍，滿夯2 遍。夯錘直徑2.2～2.6 m，第1 遍和第2 遍點(diǎn)夯的單擊夯擊能為12 000 kN·m，第3 遍能級(jí) 6 000 kN·m，第4 遍和第5 遍滿夯夯擊能為2 000 kN·m，夯點(diǎn)間距均為9 m×9 m。

試夯時(shí)，選取護(hù)岸合適位置布置速度拾振器監(jiān)測(cè)其動(dòng)力反應(yīng)。夯后，布置平板載荷試驗(yàn)、重型動(dòng)力觸探及瑞雷波試驗(yàn)各3 點(diǎn)對(duì)地基加固效果進(jìn)行評(píng)價(jià)和綜合分析。

圖1 夯點(diǎn)及檢測(cè)點(diǎn)位示意圖

2.1 護(hù)岸振動(dòng)監(jiān)測(cè)

因場(chǎng)區(qū)北側(cè)約80 m 處有東西走向、高約6 m的防浪護(hù)岸，為確定高能級(jí)強(qiáng)夯施工對(duì)護(hù)岸的影響程度，并對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)，隨機(jī)選取試夯區(qū)不同距離6 個(gè)夯點(diǎn)位置，并在護(hù)岸距試夯區(qū)最近處布置兩處測(cè)試點(diǎn)，A 點(diǎn)位于護(hù)岸墻根地面上，B 點(diǎn)位于護(hù)岸頂部表面。各測(cè)試點(diǎn)均對(duì)強(qiáng)夯振動(dòng)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

測(cè)試前，測(cè)試點(diǎn)均按徑向、切向、垂向三個(gè)方向設(shè)置不同的拾振器，分別記錄徑向、切向、垂向三個(gè)方向的振動(dòng)分量。

根據(jù)表1、表2 所測(cè)數(shù)據(jù)可知，強(qiáng)夯時(shí)的瞬時(shí)沖擊振動(dòng)，護(hù)岸墻根部地面和頂部表面的振動(dòng)速度隨距離的增大而逐漸衰減。就單一測(cè)點(diǎn)而言，無(wú)論A 點(diǎn)或B 點(diǎn)，徑向振動(dòng)速度最大，垂向次之，切向最小。這表明強(qiáng)夯施工對(duì)護(hù)岸的影響以水平徑向起主導(dǎo)作用，垂直方向的作用也不可忽視。另外，B 點(diǎn)較A 點(diǎn)最大振動(dòng)速度值在徑向、切向、垂向三個(gè)維度均大，這反映出相對(duì)于底部，護(hù)岸頂部因無(wú)約束更容易在強(qiáng)夯振動(dòng)影響下誘發(fā)結(jié)構(gòu)的破壞或者結(jié)構(gòu)內(nèi)力的重新調(diào)整。

表1 A 點(diǎn)振動(dòng)測(cè)試結(jié)果

表2 B 點(diǎn)振動(dòng)測(cè)試結(jié)果

參照《爆破安全規(guī)程》GB6722 相關(guān)規(guī)定，可知在本試夯區(qū)特定條件下，護(hù)岸結(jié)構(gòu)物最大質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度瞬時(shí)合成值最大2.91 mm/s，滿足相關(guān)要求，即12 000 kN·m 高能級(jí)強(qiáng)夯不會(huì)對(duì)護(hù)岸產(chǎn)生較大的結(jié)構(gòu)破壞。倘若后期有護(hù)岸近距離有強(qiáng)夯施工，開(kāi)挖一定深度的隔振溝能對(duì)保護(hù)護(hù)岸有明顯的作用。

2.2 平板載荷試驗(yàn)

平板載荷試驗(yàn)直觀且能反映載荷板以下2 倍板寬范圍內(nèi)地基土的強(qiáng)度和變形綜合特性，尤其對(duì)于成分和結(jié)構(gòu)不均勻的碎石土更為合適。試夯區(qū)布置了3 點(diǎn)平板載荷試驗(yàn)。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果繪制的荷載-沉降（Q-s）曲線如圖2 所示。夯后載荷試驗(yàn)點(diǎn)Z1、Z2、Z3 加載至440 kN 時(shí)，Q-s 曲線均呈緩變形，荷載板周邊亦未出現(xiàn)明顯隆起，根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ79 相關(guān)規(guī)定，得到夯后試驗(yàn)點(diǎn)Z1、Z2、Z3 承載力特征值fak均大于220 kPa，變形模量E 依次為33.3 MPa、40.4 MPa、38.7 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖2 平板載荷試驗(yàn)曲線圖

2.3 重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)

強(qiáng)夯前、后各進(jìn)行了3 點(diǎn)重型（N63.5）動(dòng)力觸探試驗(yàn)，夯前、夯后動(dòng)力觸探對(duì)比曲線如圖3-5 所示。

圖3 D1 夯前、夯后對(duì)比曲線圖

圖4 D2 夯前、夯后對(duì)比曲線圖

圖5 D3 夯前、夯后對(duì)比曲線圖

因場(chǎng)區(qū)內(nèi)加固深度范圍內(nèi)的素填土（碎石）和素填土（角礫）組分差異性大，致動(dòng)探擊數(shù)離散性大，密實(shí)度不均勻?？傮w而言，隨著深度增加動(dòng)探擊數(shù)逐漸遞減，這表示強(qiáng)夯影響作用在逐漸減弱。夯前動(dòng)探擊數(shù)平均為5.5 擊，土體密實(shí)度以松散為主，局部稍密。夯后0～5.5 m 深度范圍內(nèi)動(dòng)探擊數(shù)平均為13.8 擊，土體密實(shí)度為中密～密實(shí)，該深度范圍加固效果相當(dāng)明顯。5.5～15.0 m 深度范圍內(nèi)動(dòng)探擊數(shù)平均為8.7 擊，土體密實(shí)度為稍密～中密，該深度范圍加固效果較為明顯。從動(dòng)力觸探數(shù)據(jù)分析，強(qiáng)夯有效加固深度不小于15m。

2.4 瑞雷波試驗(yàn)

瑞雷波波速的高低，直接反映了地基土的承載性狀。在強(qiáng)夯加固后的地基上進(jìn)行瑞雷波探測(cè)，對(duì)比瑞雷波波速的變化情況，可對(duì)地基加固效果進(jìn)行相應(yīng)的評(píng)價(jià)。本次應(yīng)用的主要設(shè)備為SWS 型面波儀，采用 12 道 1 個(gè)排列，進(jìn)行多道瞬態(tài)面波測(cè)試。夯后瑞雷波頻散曲線如圖6-8 所示。

圖6 R1 瑞雷波頻散曲線如圖

碎石土回填地基經(jīng)高能級(jí)強(qiáng)夯處理后，土體顆粒間空隙受到擠壓，土體變密實(shí)，瑞雷波波速將會(huì)隨著介質(zhì)密度的增加而增大。夯后土體波速介于200～270 m/s，波速曲線形態(tài)呈上高下低，這與動(dòng)力觸探錘擊數(shù)的變化趨勢(shì)一致，另外也說(shuō)明場(chǎng)地均勻性較好。波速曲線局部有突變段，通過(guò)與附近動(dòng)力觸探孔資料對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)曲線轉(zhuǎn)折部位往往對(duì)應(yīng)著該深度內(nèi)存在較大粒徑的塊石，而且在塊石粒徑越大，波速突然變小幅度也越大，這充分說(shuō)明土體中若存在較大塊石會(huì)明顯影響其下土體的加固效果。

圖7 R2 瑞雷波頻散曲線如圖

圖8 R3 瑞雷波頻散曲線如圖

3 結(jié)語(yǔ)

1）強(qiáng)夯時(shí)的瞬時(shí)沖擊振動(dòng)，振動(dòng)速度隨距離的增大而逐漸衰減。這表明強(qiáng)夯施工對(duì)護(hù)岸的影響以水平徑向起主導(dǎo)作用，垂直方向的作用也不可忽視。相對(duì)于底部，護(hù)岸頂部因無(wú)約束更容易在強(qiáng)夯振動(dòng)影響下誘發(fā)結(jié)構(gòu)的破壞或者結(jié)構(gòu)內(nèi)力的重新調(diào)整；

2）平板載荷試驗(yàn)和重型動(dòng)力觸探結(jié)果表明對(duì)地表以下一定深度范圍內(nèi)的土體加固效果較為明顯，其強(qiáng)度和變形能力均能滿足后期設(shè)計(jì)和施工使用；

3）夯后土體波速介于200～270 m/s，波速曲線形態(tài)呈上高下低，與動(dòng)力觸探錘擊數(shù)的變化趨勢(shì)一致，同時(shí)說(shuō)明場(chǎng)地均勻性較好。