燃氣場站工程遇濕陷性場地的地基處理方式

上海燃氣工程設計研究有限公司 蔣 雁

燃氣場站工程遇濕陷性場地的地基處理方式

上海燃氣工程設計研究有限公司 蔣 雁

以某燃氣場站工程在濕陷性黃土地區(qū)進行建設的實例，對場站中建、構筑物濕陷性場地基礎的地基處理給出相應的處理方案。

濕陷性黃土 燃氣場站 地基處理

長期以來，公路運輸車輛以汽油、柴油為燃料，在世界性的石油緊張、油價不斷上漲的嚴峻現(xiàn)實下，發(fā)展新能源汽車，既能減少對石油依賴、實現(xiàn)能源的多元化，還有利于我國的能源安全，對我國國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展有積極作用。在眾多清潔能源和新能源汽車中，目前技術條件比較成熟，經(jīng)濟性比較高的是以天然氣為燃料的一種氣體燃料汽車——天然氣汽車。經(jīng)過多年探索實踐，LNG汽車、CNG汽車已有很高的技術成熟度和經(jīng)濟使用性，配套保障的LNG加氣站、CNG加氣站已經(jīng)進入商業(yè)化階段。

本文結合某 LNG/L—CNG加氣合建站地基處理實例，對場站工程中遇濕陷性場地的處理方案進行簡述。

1 工程概況

1.1 建設規(guī)模

某LNG/L-CNG加氣合建站為三級站，占地面積約7 700 m2，LNG日加氣能力為20 000 m3/d，CNG日加氣能力為10 000 m3/d。

為確保安全生產(chǎn)及方便管理的需要，該站采用分區(qū)布置，即分為生產(chǎn)區(qū)、生產(chǎn)輔助區(qū)及對外服務區(qū)。生產(chǎn)區(qū)為 LNG/L-CNG工藝裝置區(qū)(1臺 60 m3LNG立式儲罐，地上式設置，1臺L-CNG柱塞泵撬，1臺LNG泵撬，1臺自用氣撬，高壓汽化器，CNG儲氣瓶組)；生產(chǎn)輔助區(qū)為汽車加氣站房；對外服務區(qū)包括汽車加氣島(2臺CNG加氣機，2臺LNG加氣機)。

1.2 結構設計內容

建筑物：

站房：二層鋼筋混凝土框架結構，平面尺寸23.1×8.1 m，首層層高3.6 m，二層層高3.3 m。

加氣罩棚：鋼網(wǎng)架結構，投影尺寸32×17 m，罩棚凈空高度6.7 m。

構筑物：

生活水池：地下結構，10×6.9×2.15 m(長×寬×深)。頂板上方覆土300 mm。

溢流池：地下結構，1.5×1.5×2.8m(長×寬×深)，其中地上0.2 m，地下2.6 m。

污水池：地下結構，4×2×3.3 m(長×寬×深)。頂板上方覆土300 mm。

LNG儲罐基礎：滿載運行重量約46.3 t，罐體總高度14 m?；A高出地面1.3 m。

燃氣設備基礎：LNG泵撬基礎、自用氣撬基礎、LNG柱塞泵撬基礎、高壓氣化器撬基礎、CNG瓶組基礎、卸車組件基礎、LNG加氣機/CNG加氣機基礎、儲罐儀表柜基礎、放散管基礎。

其他設備基礎：生活用水紫外線消毒器基礎、氣壓罐基礎。

其他構筑物：燃氣管溝、防護堤(圍堰)、圍墻。

1.3 場地地質情況

根據(jù)場站巖土工程勘察報告，場地地基土自上而下按其巖性、成因類別可劃分為以下5個土層：

第①層：耕土，淺黃色，稍濕，稍密，含煤屑及少量植物根，含有少量粉土，結構較松散。厚度0.6～0.9m，平均厚度為0.72 m。

第②層：粉土，褐黃色，稍濕，稍密，含云母、氧化鐵、氧化鋁，無光澤，搖振反應中等。韌性及干強度低；具中壓縮。厚度4.4～5.0 m，平均厚度為4.74 m。承載力特征值建議值fak=100 kPa。

第③層：粉土，褐黃色，稍濕，稍密，含云母、氧化鐵、氧化鋁，無光澤，搖振反應中等。韌性及干強度低；具中壓縮。厚度2.5～3.0 m，平均厚度為2.86 m。承載力特征值建議值fak=120 kPa。

第④層：粉土，褐黃色，稍濕，中密，含云母、氧化鐵、氧化鋁，無光澤，搖振反應中等。韌性及干強度低；具中壓縮。厚度6.5～7.6 m，平均厚度為6.89 m。承載力特征值建議值fak=140 kPa。

第⑤層：粉質粘土，黃褐色，含云母、氧化鐵、氧化鋁等，可塑狀態(tài)，無搖振反應，稍有光澤，干強度中等，韌性中等，具中壓縮性。厚度4.2～4.7 m，平均厚度為 4.57 m。承載力特征值建議值 fak=160 kPa。

勘察結論揭示：擬建場地內第②、③粉土具有濕陷性，場地為非自重濕陷性場地，地基濕陷等級為Ⅰ級(輕微)。濕陷性試驗結果見表1：

表1 濕陷性試驗結果

總體上濕陷起始壓力隨深度呈逐漸增大趨勢，濕陷系數(shù)和自重濕陷系數(shù)隨深度增加呈減小趨勢。根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》(GB 50025—2004)(以下簡稱《規(guī)范》)附錄 C結合地形地貌單元綜合判定第①層素填土不屬于新近堆積黃土。

2 地基處理方案

場站巖土工程勘察報告揭示本工程場地土②層、③層粉土濕陷等級為Ⅰ級(輕微)。②層粉土平均厚度4.74 m，承載力特征值建議值為fak=100 kPa，③層粉土平均厚度2.86 m，承載力特征值建議值為fak=120 kPa，

《規(guī)范》3.0.2條，防止或減小建筑物地基浸水濕陷的設計措施中第 1條地基處理措施：“消除地基的全部或部分濕陷量，或采用樁基礎穿透全部濕陷性黃土層，或將基礎設置在非濕陷性黃土層上”。

本工程處理方案可采用樁基或墊層法處理。處理方案從安全可靠、經(jīng)濟合理、技術可行、施工難度及周期等方面進行綜合比選后，設計采用墊層法對建、構筑物進行地基處理。

《規(guī)范》6.2.1條“墊層法包括土墊層或灰土墊層”，墊層材料選用3:7灰土，石灰選用滿足《地基處理規(guī)范》第4.2.1條新鮮消石灰，最大粒徑不得大于5 mm，土料選用粉質粘土，不宜使用塊狀粘土，且不得含有松軟雜質。不得使用鹽漬土、膨脹土、凍土、有機質等不良土壤和粗顆粒的透水性(如砂、石)材料做填料。土料應過篩且最大粒徑不得大于15mm。地基換填處理必須由開挖面底部進行分層碾壓、夯實處理至基礎底。碾壓厚度控制在30 cm，壓實系數(shù)≥0.97。換填后地基承載力特征值不小于150 kPa。

根據(jù)《規(guī)范》表3.0.1，本工程建、構筑物重要性類別劃分見表2：

表2 本工程建、構筑物重要性類別劃分

結合本工程各單體實際情況，墊層法處理厚度及范圍如下。

2.1 站房基礎

2.1.1 處理厚度計算

根據(jù)《規(guī)范》5.4.1條，僅消除地基的部分濕陷量時，應采取“加強結構的整體性和空間剛度”措施，故站房的基礎型式采用柱下條形基礎加強基礎整體性，基礎埋置深度定為1.5 m(《規(guī)范》5.4.4條規(guī)定，丙類建筑基礎埋置深度不應小于1 m)。

《規(guī)范》5.1.1條第3款規(guī)定，Ⅰ級濕陷性黃土地基上的丙類建筑，應按本規(guī)范6.1.5條第1款的規(guī)定處理地基，并采取結構措施和基本防水措施。

《規(guī)范》6.1.5條第1款規(guī)定，丙類建筑消除地基部分濕陷量的最小處理厚度，當?shù)鼗鶟裣莸燃墳棰窦墪r：對單層建筑可不處理地基；對多層建筑，地基處理厚度不應小于1 m，且下部未處理濕陷性黃土層的濕陷起始壓力值不宜小于100 kPa。

站房±0.000相當于絕對標高 910.450，站房附近勘探孔臨近T1探井濕陷性計算參數(shù)如表3：

表3 站房附近勘探孔臨近T1探井濕陷性計算參數(shù)

根據(jù)上述地勘顯示的濕陷性計算表，進行線性插值計算，其濕陷起始壓力值不宜小于100 kPa的深度為：

2+(100-73)/(149-73)=2.36 m

相當于絕對標高：908.05-2.36=905.69。

站房基礎底標高絕對標高：910.45-1.5=908.95。

需要換填的厚度：908.95-905.69=3.26 m＞1m。

站房的基礎處理厚度為3.26 m。

2.1.2 處理寬度計算

站房的基礎型式為柱下條形基礎,基礎施工時采用整片開挖，換填宜用整片處理，根據(jù)《規(guī)范》6.1.2條第2款，當為整片處理時，處理范圍應大于建筑物底層平面的面積，超出建筑物外墻基礎外緣的寬度，每邊不宜小于處理土層厚度的 1/2，并不應小于2 m。故站房墊層處理寬度為每邊擴出整片基礎外邊緣不小于2.0 m。

2.2 加氣罩棚基礎

加氣罩棚墊層處理厚度計算方法同站房，經(jīng)計算，處理厚度為2.0 m。

由于加氣罩棚柱距為20.0 m，基礎形式采用柱下獨立基礎，換填為局部處理，根據(jù)《規(guī)范》6.1.2條第1款，當為局部處理時，處理范圍應大于基礎底面的面積。在非自重濕陷性黃土場地，每邊應超出基礎底面寬度的1/4，并不應小于0.50 m。

加氣罩棚柱下獨立基礎尺寸為3.0×3.0 m，處理寬度為每邊擴出基礎邊緣不小于0.75 m。

2.3 生活水池、溢流池、污水池基礎

2.3.1 處理厚度計算

《規(guī)范》5.1.1條第5款規(guī)定，水池類構筑物的設計措施，應符合本規(guī)范附錄F的規(guī)定。

根據(jù)規(guī)范第 F.0.4條，水池類構筑物的地基處理，應采用整片土(或灰土)墊層。在非自重濕陷性黃土場地，灰土墊層的厚度不宜小于0.30 m，土墊層的厚度不應小于0.50 m；

土(或灰土)墊層的壓實系數(shù)不得小于0.97。

基槽側向宜采用灰土回填，其壓實系數(shù)不宜小于0.93。

本工程為非自重濕陷性黃土場地，生活水池底以下基礎處理厚度為 1.0 m，溢流池、污水池因平面尺寸較小，池底以下基礎處理厚度為0.5 m。

2.3.2 處理寬度計算

生活水池采用整片處理，處理方法同站房，處理寬度2.0 m。溢流池、污水池因平面尺寸較小，更接近于局部處理，處理寬度為每邊擴出基礎邊緣不小于基礎底面寬度的1/4，并不小于0.50 m。

2.4 儲罐基礎

立式儲罐根據(jù)其危險性、重要性，儲罐基礎按乙類構筑物設計。

根據(jù)《規(guī)范》5.1.1條第2款，各級濕陷性黃土地基上的乙類建筑，其地基處理應符合本規(guī)范6.1.1條第2款和6.1.4條的要求，并應采取結構措施和檢漏防水措施。

6.1.1條第2款：乙、丙類建筑應消除地基的部分濕陷量。

6.1.4條乙類建筑消除地基部分濕陷量的最小處理厚度，應符合下列要求：

(1)在非自重濕陷性黃土場地，不應小于地基壓縮層深度的 2/3，且下部未處理濕陷性黃土層的濕陷起始壓力值不應小于100 kPa。

(2)在自重濕陷性黃土場地，不應小于濕陷性土層深度的 2/3，且下部未處理濕陷性黃土層的剩余濕陷量不應大于150 mm。

(3)如基礎寬度大或濕陷性黃土層厚度大，處理地基壓縮層深度的2/3或全部濕陷性黃土層深度的2/3確有困難時，在建筑物范圍內應采用整片處理。其處理厚度：在非自重濕陷性黃土場地不應小于4m，且下部未處理濕陷性黃土層的濕陷起始壓力值不宜小于 100 kPa；在自重濕陷性黃土場地不應小于6 m，且下部未處理濕陷性黃土層的剩余濕陷量不宜大于150 mm。

第6條移至此，并說明是補充計算。

(1)處理厚度計算：本次設計的儲罐基礎為筏形基礎，平面尺寸為5×5m，根據(jù)《規(guī)范》6.1.6條，地基壓縮層取基礎寬度的1.2倍，即6 m。最小處理厚度為地基壓縮層深度的2/3即4 m，因儲罐基礎埋深為-3.5 m，基礎底濕陷起始壓力值已大于100kPa，故儲罐基礎處理厚度為4.0 m。

(2)處理寬度計算：儲罐基礎采用整片處理，處理方法同站房，處理寬度為2.0 m。

(3)剩余濕陷量計算：本工程為非自重濕陷性場地，地基濕陷等級為Ⅰ級，根據(jù)《規(guī)范》6.1.4條第3款，不需計算剩余濕陷量。但對危險性、重要性較高的儲罐，基礎設計時仍對未處理濕陷性黃土的剩余濕陷量進行校核驗算。

根據(jù)《規(guī)范》4.4.5條，濕陷性黃土地基受水浸濕飽和，其濕陷量的計算值?s應按下式計算：

式中：δsi——第i層土的濕陷系數(shù)；

?i——第i層土的厚度，mm；

β——考慮基底下地基土的受水浸濕可能性和側向擠出等因素的修正系數(shù)，在缺乏實測資料時，可按下列規(guī)定取值：

(1)基底下0～5 m深度內，取β=1.50；

(2)基底下5～10 m深度內，取β=1；

(3)基底下10 m以下至非濕陷性黃土層頂面，在自重濕陷性黃土場地，可取工程所在地區(qū)β0(因地區(qū)土質而異的修正系數(shù))值。

儲罐±0.000相當于絕對標高 909.400，基礎埋深-3.5m，基礎底絕對標高為905.900。基礎底處理厚度4m，底標高為901.900。

地勘顯示臨近10孔②層粉土底標高903.170，③層粉土底標高 900.170，②層粉土 β＝1.5，③層粉土β＝1.0。

臨近T10探井濕陷性計算參數(shù)見表4：

表4 臨近T10探井濕陷性計算參數(shù)

處理后剩余濕陷量：

計算結果：處理后剩余濕陷量滿足規(guī)范要求。

2.5 次要構筑物基礎

本工程從安全考慮，對次要構筑物中燃氣設備基礎厚度處理統(tǒng)一換填1.0 m厚3:7灰土，防護堤、圍墻基礎和其他設備基礎厚度處理統(tǒng)一換填 0.5m厚3:7灰土，處理寬度按《規(guī)范》6.1.2條執(zhí)行。

3 結語

本工程設計的建、構筑物已基本滿足一般燃氣場站的配置需要。當燃氣場站工程位于場地地基土層為濕陷性黃土地區(qū)時，應根據(jù)場站巖土工程勘察報告確定的濕陷性黃土的類別和濕陷等級，并依據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》采取相應地基處理措施，確保基礎設計的安全可靠，避免濕陷性黃土地基對建、構筑物產(chǎn)生危害。

Foundation Treatment Method for Gas Station Project Encountering Collapsible Ground

Shanghai Gas Engineering Design & Research Co., Ltd. Jiang Yan

Taking the construction of a gas station project in collapsible loess area as an example, the corresponding treatment scheme is given for the foundation treatment of the collapsible foundation of the building and structure in the station.

collapsible loess, gas station, foundation treatment