置換碎石樁聯(lián)合強(qiáng)夯在軟弱地基處理上的應(yīng)用

常海軍，伊 震，楊耀森

（中國寰球工程公司遼寧分公司，中國 撫順 113006）

1 工程概況

1.1 工程概況

2001年1月我院承擔(dān)了撫順石化公司石化七廠在鲅魚圈二港池順岸堆場(chǎng)新建散蠟油罐區(qū)的設(shè)計(jì)任務(wù)，罐區(qū)位于鲅魚圈二港池順岸堆場(chǎng)內(nèi)，罐區(qū)東端距鍋爐房﹑ 煙囪12 m左右，罐區(qū)西端距碼頭前沿線22.5 m，罐區(qū)北端距煤輸送廊道8 m左右，罐區(qū)南端與港口地下排水溝相鄰，場(chǎng)地建港前屬剝蝕丘陵，建港后經(jīng)填海整平，地形較平坦。總庫容為1.4萬m3，其中2臺(tái)5 000 m3浮頂罐，油罐直徑為20 m，高度為16.08 m，4臺(tái)1 000 m3浮頂罐，油罐直徑為10 m，高度為13.08 m。于2001年7月建成，2001年8月投入使用，4個(gè)多月油罐基礎(chǔ)的平面傾斜值、非平面傾斜值和基礎(chǔ)椎面坡度均滿足要求。本工程勘察﹑ 地基處理及檢測(cè)工作均由沈陽勘察研究總院進(jìn)行。

1.2 工程地質(zhì)條件

石化七廠新油庫區(qū)庫地，原屬剝蝕丘陵，建港后經(jīng)填海整平形成現(xiàn)有場(chǎng)地，地形平坦，假定場(chǎng)區(qū)混凝土地面為準(zhǔn)，H=0.000 m。

根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告揭示，新油庫區(qū)為一復(fù)雜場(chǎng)地，場(chǎng)地按東西向劃分兩個(gè)區(qū)域，自地面以下土層分布如下：

I區(qū)：分布在場(chǎng)區(qū)西半部

1）吹填砂：

0.0～0.5 m混凝土：

0.5～7.0 m為吹填砂：呈黃綠色～黃褐色，夾黏性土，含大塊石，結(jié)構(gòu)松散，標(biāo)貫3～9擊。

2）淤泥質(zhì)黏土：層位7～9 m，厚度2 m，灰黑色，軟～流塑。飽和，fK=60 kPa。

3）回填塊石：以混合花崗巖為主，呈中風(fēng)化狀態(tài)，塊徑0.5～1.5 m。空隙充填砂 9.0～13.4 m。

4）中粗砂：黃褐色。局部夾黏性土，粉細(xì)砂層。呈中密～密實(shí)狀態(tài)，飽和，fK=220 kPa。

II區(qū)：分布在場(chǎng)區(qū)東半部

1）回填塊石：

表層0.0～0.5 m為混凝土層，0.5～13.4 m為回填塊石。塊徑0.5～2.0 m不等。含量60%～80%，空隙充填砂土，6.5～9.0 m有淤泥質(zhì)黏土夾層。

2）中粗砂：黃褐色，局部夾黏性土，粉細(xì)砂層，呈中密～密實(shí)狀態(tài)，飽和，厚度為12.7～15.1 m標(biāo)貫15～22擊，fK=220 kPa。

3）粉質(zhì)黏土：黃褐色，含鐵錳結(jié)核，可塑，飽和。厚度為4.9～6.8m，fK=200 kPa。

4）殘積土：黃褐色，飽和，可～硬塑。含礫石、塊石等。標(biāo)貫12～30擊，fK=250 kPa。

本場(chǎng)地的地層變化較大，條件復(fù)雜，I區(qū)地層上部為吹填砂及淤泥質(zhì)黏土，承載力較低，II區(qū)為回填塊石，厚度較大。

作為大中型油罐的地基，原場(chǎng)地土必須進(jìn)行地基處理才能滿足罐基對(duì)地基承載力和變形值的要求。

設(shè)計(jì)要求地基處理后的有效影響深度9 m，地基承載力不小于200 kPa，土的壓縮模量≥16 kPa。

2 地基處理方案的確定

地基處理方案的確定，除了取決于原場(chǎng)地各土層的性質(zhì)，還要考慮周圍建（構(gòu)）筑物的影響及綜合經(jīng)濟(jì)利益。

根據(jù)場(chǎng)地土層的分布情況以及擬建油罐荷載較大，對(duì)沉降敏感，安全等級(jí)為一級(jí)。可采用下面三種方案進(jìn)行地基處理。其一：采用樁基，樁基按摩擦樁考慮，即采用普通鉆孔鋼筋混凝土灌注樁，比較安全可靠，但是工程造價(jià)太高，估價(jià)在308萬元左右，且由于地下塊石太大，施工也是相當(dāng)?shù)睦щy。其二：采用強(qiáng)夯加固處理，強(qiáng)夯單擊能在6 000 kN·m以上，因回填土層較厚，需較大夯擊能，且回填土層巖性差異較大，工程性質(zhì)較差，于周圍建（構(gòu)）筑物及碼頭前沿相鄰較近，因此強(qiáng)夯加固后的地基處理效果及對(duì)周圍建（構(gòu)）筑物的安全很難保證，但工程造價(jià)比較經(jīng)濟(jì)，估價(jià)在13萬元左右。其三：采用強(qiáng)夯置換碎石樁加固處理。依據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告及對(duì)相鄰原有建（構(gòu)）筑物影響。I區(qū)：埋深9 m以內(nèi)主要為吹填砂及淤泥質(zhì)黏土，埋深9～13.4 m為回填塊石及填充砂，采用強(qiáng)夯置換碎石樁進(jìn)行加固，強(qiáng)夯單擊能在4 000 kN·m以下，既能地基承載力的要求，對(duì)相鄰原有建（構(gòu)）筑物的影響甚微。II區(qū)：埋深0.5～13.4 m為回填塊石及填充砂，回填塊石厚度較大，為減小強(qiáng)夯周圍建（構(gòu)）筑物的影響，采用振沖置換碎石樁進(jìn)行加固；既能地基承載力的要求，對(duì)相鄰原有建（構(gòu)）筑物的影響甚微。經(jīng)過對(duì)上述情況作認(rèn)真分析后，對(duì)I ﹑區(qū) II區(qū)分別采用強(qiáng)夯置換碎石樁及振沖置換碎石樁進(jìn)行加固，I區(qū)﹑ II區(qū)加固處理的工程造價(jià)在80萬元左右。

綜上所述對(duì)三種方案進(jìn)行比較，第一種加固處理方案效果好，施工比較困難（地下塊石大而多）且施工的工程造價(jià)太高；第二種加固處理方案工程造價(jià)低，但加固效果難以保證設(shè)計(jì)要求；第三種加固處理方案加固效果能滿足設(shè)計(jì)要求，且施工的工程造價(jià)也比較合理，只是對(duì)周圍建（構(gòu)）筑物需做防震處理；經(jīng)過對(duì)上述方案分析對(duì)比，同時(shí)又經(jīng)過與業(yè)主及施工單位商討，最后確定采用第三種加固處理方案進(jìn)行地基處理。

3 設(shè)計(jì)與施工

由于場(chǎng)地由I 區(qū)﹑ II區(qū)兩種結(jié)構(gòu)土體組成，我們采用了強(qiáng)夯置換碎石樁和振沖置換碎石樁分別處理不同的土層，形成復(fù)合地基。

3.1 振沖碎石樁復(fù)合地基

根據(jù)場(chǎng)地工程地質(zhì)勘探報(bào)告及罐區(qū)平面布置圖振沖碎石樁設(shè)計(jì)如下：

3.1.1 布樁

按正方形布樁，樁徑850～900 mm，樁間距1 300 mm，樁長2 500～11 500 m, 均勻布樁，總樁數(shù)324根（以一臺(tái)5 000 m3油罐設(shè)計(jì)），總樁長2 746 m。

3.1.2 施工參數(shù)

1）使用ZCQ-55型振沖器；

2） 造孔水壓500～600 kPa，成樁水壓300～400 kPa ；

3）造孔速度1 m/d，清孔1～2次；

4）成樁密實(shí)電流90 A；

5）制樁采用連續(xù)填料法，密實(shí)間距小于0.5 m，嚴(yán)禁快速提升；

6）采用石料粒徑為20～60 mm混粒碎石，宜為硬質(zhì)巖石或未風(fēng)化石灰?guī)r，含泥量﹤ 8%。

7）施工順序?yàn)榕糯蚍ā?/p>

a.施工機(jī)具：

b.吊車：輪式或履帶吊車（提升振沖器）1臺(tái)；

c.鏟車：用做填料的裝卸機(jī)（40型為宜）；

d.ZCQ-55型振沖器及附屬設(shè)施2套；

e.污水泵3臺(tái)，多級(jí)泵1臺(tái)。

3.1.3 施工工期

施工于2001年3月3日至2001年3月19日共16天進(jìn)行振沖碎石樁施工。

3.1.4 振沖施工質(zhì)量保證體系及注意事項(xiàng)

1）施工人員按班定崗，嚴(yán)格執(zhí)行方案，確保施工質(zhì)量。

2）施工前施工人員規(guī)劃好現(xiàn)場(chǎng)，防止污水亂流，以利下部施工。

3）施工人員應(yīng)協(xié)調(diào)好施工各個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)施工進(jìn)度及質(zhì)量負(fù)責(zé)，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)向有關(guān)人員匯報(bào)協(xié)商解決。

4）施工填料時(shí)應(yīng)保證慢填且均勻。

5）記錄員要認(rèn)真填寫施工記錄，如實(shí)反應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)情況，且記錄簽署齊全。

6）檢測(cè)及評(píng)價(jià)

振沖碎石樁施工結(jié)束后，待孔隙水壓力消散后，對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，檢測(cè)采用重型（2）動(dòng)力觸探試驗(yàn)，靜載荷試驗(yàn)及穩(wěn)態(tài)瑞利波法試驗(yàn)，檢測(cè)在樁上和樁間土分別進(jìn)行。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)照相關(guān)規(guī)范對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。如果樁體強(qiáng)度不夠時(shí)，可在振沖碎石樁上進(jìn)行強(qiáng)夯碎石樁，提高場(chǎng)地的加固效果。直到滿足設(shè)計(jì)要求為止。

3.2 強(qiáng)夯置換碎石樁復(fù)合地基

3.2.1 布樁

按正方形布樁，樁徑400～1 000 mm，樁間距1 250 mm，樁長9 000 mm，均勻布樁，成樁時(shí)下部復(fù)打3 m?？倶稊?shù)177根（以一臺(tái)5 000 m3油罐設(shè)計(jì)），總樁長5 625 m。

3.2.2 施工參數(shù)

置換錘錘重12 t，錐形，底面積0.3 m2，最大直徑1.0 m，錘長約3 m。滿夯錘重14 t，直徑2.0 m。置換強(qiáng)夯錘單夯擊能110～120 t.m。夯擊擊數(shù)≥13擊。采用石料粒徑為20～60 mm混粒碎石，宜為硬質(zhì)巖石或未風(fēng)化石灰?guī)r，含泥量﹤ 8%。

3.2.3 強(qiáng)夯置換碎石樁施工

強(qiáng)夯置換碎石樁施工第一遍樁數(shù)177根，錘重12 t，落距10 m，擊數(shù)14，點(diǎn)夯填加碎石。第二遍樁數(shù)177根，錘重14 t，落距2 m，擊數(shù)2，錘印搭接滿夯。

3.3 施工監(jiān)測(cè)及工程現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

3.3.1 施工監(jiān)測(cè)

為防止強(qiáng)夯施工對(duì)原有建（構(gòu)）筑物造成損害，設(shè)計(jì)要求施工的同時(shí)對(duì)夯擊能量在夯點(diǎn)

周邊的擴(kuò)散進(jìn)行了實(shí)地監(jiān)測(cè)，對(duì)附近建（構(gòu)）筑物進(jìn)行了變形觀測(cè)。夯擊能量擴(kuò)散監(jiān)測(cè)采用RSM-12G工程測(cè)振儀及891型加速度傳感器進(jìn)行，主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)為加速度及夯擊首次沖擊波持續(xù)時(shí)間。變形觀測(cè)主要是采用T2經(jīng)緯儀和N3水準(zhǔn)儀對(duì)夯區(qū)附近建（構(gòu)）筑物（輸煤廊道，海堤，吊車軌道）進(jìn)行了水平位移和垂直位移觀測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)和變形測(cè)量結(jié)果（僅幾毫米），強(qiáng)夯施工未對(duì)附近建（構(gòu)）筑物產(chǎn)生位移影響。

3.3.2 工程現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

為了評(píng)價(jià)地基土的加固效果，由沈陽勘察研究總院檢測(cè)中心人員對(duì)施工質(zhì)

量進(jìn)行了檢測(cè)。共完成4處靜載試驗(yàn)，24處動(dòng)力觸探試驗(yàn)，44處瑞利波試驗(yàn)，檢測(cè)數(shù)據(jù)見附件一。

綜合分析處理后地基土的重型動(dòng)力觸探，瑞利波檢測(cè)及靜載荷試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合該場(chǎng)地施工工藝，根據(jù)復(fù)合地基承載力及復(fù)合地基壓縮模量計(jì)算公式：

式中：fsp，k—復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值

fp，k—樁體單位截面積承載力標(biāo)準(zhǔn)值

fs，k-—樁間土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值

m—面積置換率

Esp-—復(fù)合土層的壓縮模量

Es—樁間土的壓縮模量

n—樁土應(yīng)力比

經(jīng)計(jì)算得出復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值為210 kPa，壓縮模量為1.58 MPa。綜上所述，可得出如下結(jié)論：該場(chǎng)地復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值可采用210 kPa，壓縮模量可采用1.58 MPa。

4 實(shí)驗(yàn)成果

2個(gè)5 000 m3浮頂油罐4個(gè)1 000 m3浮頂油罐建設(shè)過程中，經(jīng)過充水試壓，基礎(chǔ)沉降基本穩(wěn)定，建成投入使用后，經(jīng)過4個(gè)多月的監(jiān)測(cè)，最大沉降為18 mm，對(duì)徑點(diǎn)最大差異沉降為8 mm，罐基礎(chǔ)最大錐面坡度變化為0.5%，均滿足設(shè)計(jì)要求，地基處理問題也已經(jīng)解決。所以采用振沖碎石樁和強(qiáng)夯置換碎石樁對(duì)處理圍堤填海的復(fù)雜場(chǎng)地。建造大中型油罐是成功的。這也是設(shè)計(jì)，建設(shè)單位，勘察，施工等多個(gè)單位通力合作的結(jié)果。取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

附件一：

采用重型動(dòng)力觸探法在振沖處理場(chǎng)地共進(jìn)行 4處樁體及4處樁間土檢測(cè)，動(dòng)觸試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)見表1。

采用重型動(dòng)力觸探法在強(qiáng)夯處理場(chǎng)地共進(jìn)行 8處樁體及8處樁間土檢測(cè)，動(dòng)觸試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)見表2。

根據(jù)每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的瑞利波速度計(jì)算出該試驗(yàn)點(diǎn)各層間的瑞利波速度，由各試驗(yàn)點(diǎn)的分層瑞利波速度統(tǒng)計(jì)計(jì)算出場(chǎng)地分層的瑞利波速度平均值，由場(chǎng)地瑞利波速度計(jì)算出場(chǎng)地分層的承載力值，見表3。

本次檢測(cè)共進(jìn)行瑞利波測(cè)試44點(diǎn)，瑞利波檢測(cè)點(diǎn)位置見表7。

表1 振沖場(chǎng)地重型動(dòng)力觸探統(tǒng)計(jì)表Table 1 Heavy dynamic sounding statistical data in vibroflotation site

表2 強(qiáng)夯場(chǎng)地重型動(dòng)力觸探統(tǒng)計(jì)表Table 2 Heavy dynamic sounding statistical data in dynamic compaction site

表3 強(qiáng)夯場(chǎng)地碎石樁瑞利波試驗(yàn)成果表Table 3 Result of rayleigh wave test for detritus piles in dynamic compaction site

表4 強(qiáng)夯場(chǎng)地樁間土瑞利波試驗(yàn)成果表Table 4 Result of rayleigh wave test for soil between piles in dynamic compaction site

表5 振沖場(chǎng)地碎石樁瑞利波試驗(yàn)成果表Table 5 Result of rayleigh wave test for detritus piles in vibroflotation site

表6 振沖場(chǎng)地樁間土瑞利波試驗(yàn)成果表Table 6 Result of rayleigh wave test for soil between piles in vibroflotation site

表7 振沖及強(qiáng)夯碎石樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值及對(duì)應(yīng)沉降量表Table 7 The bearing capacity nominal value ofvibro-replacement and dynamic compaction detritus pile and the corresponding settlement

地基靜載荷試驗(yàn)采用堆重反力結(jié)構(gòu)。用安裝在500 kN千斤頂上的壓力表監(jiān)測(cè)施加的豎向荷載，用兩塊大量程（300 mm）位移百分表同時(shí)測(cè)讀承壓板在豎向荷載作用下的位移。

本次試驗(yàn)采用0.5 m2的圓形承壓板。

本次檢測(cè)共進(jìn)行地基靜載荷試驗(yàn)4點(diǎn)7。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)記錄，經(jīng)整理計(jì)算后輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)繪制出振沖及強(qiáng)夯碎石樁靜載荷試驗(yàn) p-s曲線。根據(jù)試驗(yàn)曲線，得出振沖和強(qiáng)夯碎石樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值及對(duì)應(yīng)沉降量，見表7。

［1］JGJ79-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

［2］JGJ94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].