強(qiáng)夯法處理7萬m2非均勻回填粉質(zhì)黏土地基

嵇轉(zhuǎn)平

（中國石化建筑設(shè)計(jì)技術(shù)中心站，河南 洛陽 471003）

1 概述

某石化原油罐區(qū)工程由4座10萬m3原油儲(chǔ)罐和兩座5萬m3原油儲(chǔ)罐及附屬配套設(shè)施組成。擬建場址位于丘前坡洪積扇裙谷地，地形地貌變化十分復(fù)雜。原地形北高南低，場地由東向南有一條沖溝，經(jīng)人工回填形成了3個(gè)泥塘，場地內(nèi)還發(fā)現(xiàn)地下有防空洞。當(dāng)整平場地達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，形成半開挖、半回填的不均勻地基。為了提高填方區(qū)地基的強(qiáng)度和抗不均勻變形能力，設(shè)計(jì)采用高能級強(qiáng)夯方案對地基進(jìn)行加固處理。強(qiáng)夯處理后，綜合檢測結(jié)果表明：采用8000 kN·m高能級強(qiáng)夯處理方案是可行的，處理效果顯著，地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk≥250 kp，變形模量Eo≥20 MPa，而且節(jié)約了大量工程投資，施工竣工經(jīng)檢測合格后順利交付安裝單位施工。原油儲(chǔ)罐建成后經(jīng)充水滿載測試，環(huán)墻基礎(chǔ)沉降低于油罐地基基礎(chǔ)施工及驗(yàn)收規(guī)范規(guī)定值。

2 工程地質(zhì)概況

挖方區(qū)開挖土層主要為粉質(zhì)黏土，最大厚度約10 m，其次為碎石土和石英巖，兩者的最大厚度均不超過2.5 m。

填方區(qū)場平標(biāo)高達(dá)到41.0 m后，地基土自上而下依次為：

（1）素填土層：①褐黃色、松散、主要由粉質(zhì)黏土組成，厚度0～10 m。

（2）素填土層：①－1、灰褐色、松散、由石英巖碎石及粉質(zhì)黏土組成，含少量磚塊，為近期回填，主要分布在場地西側(cè)U型溝谷內(nèi)，厚度1.0～1.5 m。

（3）含礫粉質(zhì)黏土、褐黃色、稍濕、巖芯呈短柱狀，1～3 cm石英礫石含量 15%～20%，一般呈強(qiáng)風(fēng)化，該層在場地局部分布，多呈夾層出現(xiàn)，厚度0.5～1.5 m，fk＝240 kPa。

（4）粉質(zhì)黏土：黃褐色、稍濕、可塑～埂塑，巖芯呈短柱狀，可見鐵錳質(zhì)結(jié)核及浸染，大面積分布，層厚1.8～5.0 m，fk＝250 kPa。

（5）碎石土：黃褐色、中密，1～5 cm石英碎石含量60%～70%，一般中等風(fēng)化，次棱角狀，其孔隙由粉質(zhì)黏土充填，大面積分布，fk＝360 kPa。

（6）砂礫石混土：黃褐色、松散、2～5 cm砂礫含量60%～70%，次棱角狀～次圓狀，分布在西南部沖溝河床邊緣，層厚2.5～5.5 m，fk＝360 kPa。

場地原始地貌的西南部沖溝河床邊有緣有地下水出露，其埋深3.5 m。場地地質(zhì)剖面見圖1。

3 地基處理方案的選擇

本工程主要是針對素填土層①（褐黃色、松散、主要由粉質(zhì)黏土組成，厚度0～10 m）和素填土層①－1（褐色、松散、由石英巖碎石及粉質(zhì)黏土組成，含少量磚塊，為近期回填，主要分布在場地西側(cè)U型溝谷內(nèi)，厚度1.0～1.5 m）進(jìn)行加固處理。

根據(jù)本工程的具體情況，設(shè)計(jì)人員認(rèn)為復(fù)合地基或樁基方案雖然工程應(yīng)用普遍，技術(shù)成熟可靠，但本場地回填土中混有大塊建筑垃圾和爆破后回填的大塊巖石，且地下巖脈走向難以確定，預(yù)計(jì)成樁有一定困難，施工難度大，造價(jià)高，施工周期長，不適宜本場地地基處理。目前，高能級強(qiáng)夯方案在一些工程中取得成功效果，本庫區(qū)場地絕大部分區(qū)域填土的厚度和設(shè)計(jì)處理深度均在強(qiáng)夯有效處理范圍之內(nèi)。對局部回填土厚度超過10 m的區(qū)域可分兩層進(jìn)行強(qiáng)夯。本方案施工周期短，工程造價(jià)低，適宜本場地地基處理。

圖1 典型地質(zhì)剖面圖

4 強(qiáng)夯設(shè)計(jì)及說明

根據(jù)場區(qū)內(nèi)回填土厚度，絕大部分填土區(qū)標(biāo)高達(dá)到41 m時(shí)進(jìn)行強(qiáng)夯，無須分層。場地西南部回填土超過10 m的區(qū)域，除了回填土以外，原狀土地基承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)分兩層進(jìn)行強(qiáng)夯，第一層起夯面標(biāo)高為33.0 m，第二層起夯面標(biāo)高與場地其他區(qū)域相同，為41.0 m。

4.1 33.0 m標(biāo)高層強(qiáng)夯

本層采用3500 kN·m能級強(qiáng)夯，共分四遍進(jìn)行施工，其中三遍為3500 kN·m能級點(diǎn)夯，一遍為1500 kN·m滿夯。點(diǎn)夯以最后兩擊的平均夯沉量小于5 cm作為宏觀控制依據(jù)。最后一遍滿夯2擊。

點(diǎn)夯間距為3.5 m×3.5 m。第一遍點(diǎn)夯的布置形式為7.0 m×7.0 m正方形，第二遍在第一遍相鄰的4個(gè)夯點(diǎn)間插點(diǎn)，第三遍在第一遍相鄰的兩個(gè)夯點(diǎn)間插點(diǎn)。滿夯的夯印彼此搭結(jié)1/3。

4.2 41 m層標(biāo)高層強(qiáng)夯

本層大面積采用8000 kN·m能級強(qiáng)夯，共分四遍進(jìn)行施工，其中第一、第二遍主夯點(diǎn)的能級為8000 kN·m，第三遍輔助夯點(diǎn)的能級3000 kN·m，第四遍滿夯能級為1500 kN·m。第一、二遍夯點(diǎn)以最后兩擊的平均夯沉量小于8 cm作為宏觀控制依據(jù)，第三遍輔助夯點(diǎn)以最后兩擊的平均夯沉量小于5 cm作為宏觀控制依據(jù)，第四遍滿夯2擊。

點(diǎn)夯間距為4.5 m×4.5 m，第一遍點(diǎn)夯的布置形式為9.0 m×9.0 m正方形，第二遍在第一遍相鄰4個(gè)夯點(diǎn)中間插點(diǎn)，第三遍在第一遍相鄰的兩個(gè)夯點(diǎn)中間插點(diǎn)。滿夯的夯印彼此搭結(jié)1/3。

5 對特殊區(qū)域的處理措施

對沖溝的處理措施：首先清除沖溝內(nèi)的植被、垃圾及表層耕植土，然后分層回填，并借助土方運(yùn)輸和推土機(jī)等施工機(jī)械碾壓，每層厚度不大于0.7 m，回填標(biāo)高達(dá)到大面積填土標(biāo)高。

對泥塘的處理措施：首先對原始泥塘的范圍進(jìn)行了勘察，確定泥塘實(shí)際邊界，然后進(jìn)行排水和清淤，進(jìn)行了排水清淤后，最后分層回填，并借助土方運(yùn)輸和推土機(jī)等施工機(jī)械碾壓，每層厚度不大于0.7 m，回填標(biāo)高達(dá)到大面積填土標(biāo)高。

對防空洞的處理措施：首先用挖掘機(jī)探明地下防空洞的走向并開挖，開挖排水通道排除洞內(nèi)積水，然后分層回填，并借助土方運(yùn)輸和推土機(jī)等施工機(jī)械碾壓，每層厚度不大于0.7 m，回填標(biāo)高達(dá)到大面積填土標(biāo)高。

6 強(qiáng)夯施工概況

6.1 試驗(yàn)性施工

從單點(diǎn)夯試驗(yàn)施工情況看，場地回填土含水量較高，回填土結(jié)構(gòu)松散，當(dāng)連續(xù)夯擊到5～6擊時(shí)，發(fā)生因夯坑太深而起錘困難的問題，質(zhì)量工期都有可能受到影響，因此大面積施工時(shí)需要對原設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，即強(qiáng)夯施工遍數(shù)由四遍調(diào)整為六遍，每遍主夯點(diǎn)分兩次完成。夯擊數(shù)控制標(biāo)準(zhǔn)為：第一次強(qiáng)夯夯坑深度控制≥2.5 m且以不吸錘為準(zhǔn)。第二次回填碎石土后，最后兩擊的平均沉降量小于8 cm。夯點(diǎn)間距及夯點(diǎn)布置形式不變。

6.2 大面積施工情況

大面積施工以試驗(yàn)性施工確定的施工工藝為依據(jù)，兩遍主夯點(diǎn)第一次施工以夯坑深度作為控制標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)夯坑深度≥2.5 m時(shí)，進(jìn)行粗骨料回坑，并整平場地，然后進(jìn)行原夯點(diǎn)再強(qiáng)夯，直至以達(dá)設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)。第二次強(qiáng)夯的夯沉量如果達(dá)不到控制標(biāo)準(zhǔn)，向夯坑內(nèi)繼續(xù)填加粗骨料并再次強(qiáng)夯，直至滿足設(shè)計(jì)要求。

本場地有一臺10萬m3原油儲(chǔ)罐布置在1/4面積出露基巖、3/4的面積為原狀土的區(qū)域，地基土水平方向和垂直方向差異性均很大，經(jīng)計(jì)算，不均勻沉降量超出規(guī)范規(guī)定值，不能滿足使用要求，因此對罐基基巖部分進(jìn)行了松動(dòng)爆破，挖除后重新回填并用土進(jìn)行2000 kN·m能級進(jìn)行滿夯處理，形成褥墊，以達(dá)到控制差異沉降的目的。

有一臺5萬m3原油儲(chǔ)罐布置在一半位于控方區(qū)，一半位于填方區(qū)的區(qū)域，填方區(qū)回填土經(jīng)過8000 kN·m強(qiáng)夯處理達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，而挖方區(qū)原狀土因含水量較高，處理后經(jīng)檢測，地基土的物理力學(xué)指標(biāo)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，采用兩遍3000 kN·m能級主夯和一遍1500 kN·m能級滿夯重新進(jìn)行了處理。處理過程中，主夯點(diǎn)同樣采取首先控制夯坑深度，其后回填級配碎石，再進(jìn)行夯擊，控制最后兩擊沉降量不大于5 cm。

7 處理效果檢測評價(jià)

7.1 33 m標(biāo)高層檢測結(jié)果

本層的檢測手段為標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)和室內(nèi)土工試驗(yàn)，共布置5個(gè)鉆孔，試驗(yàn)深度5.3 m，在試驗(yàn)深度范圍內(nèi)，標(biāo)貫擊數(shù)平均值介于10～12擊之間。根據(jù)原位和室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果，本層強(qiáng)夯處理后，地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk＝250 KPa，壓縮模量Es≥15 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

7.2 41 m層檢測結(jié)果

本層強(qiáng)夯區(qū)共布置載荷試驗(yàn)9臺，布置標(biāo)準(zhǔn)貫入、取土試驗(yàn)共23個(gè)孔，對罐基還增加了淺層物探檢測，完成7875個(gè)物理點(diǎn)。

強(qiáng)夯地基綜合檢測結(jié)果，見表1、表2和圖2。

表1 強(qiáng)夯地基載荷試驗(yàn)結(jié)果匯總表

表2 強(qiáng)夯地基標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

圖2 載荷試驗(yàn)p－s曲線

根據(jù)檢測結(jié)果，認(rèn)為強(qiáng)夯處理后地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk＞250 kPa，地基整體均勻，滿足設(shè)計(jì)要求。

8 經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對比分析

新增原油罐區(qū)填土地基采用強(qiáng)夯法加固地基，按保守的計(jì)算方法統(tǒng)計(jì)，比擠密碎石樁復(fù)合地基加固方案節(jié)省投資約 850萬元，并大大縮短施工工期，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益十分顯著。

9 結(jié)束語

（1）強(qiáng)夯地基綜合檢測表明，加固后的地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk＞250 kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）根據(jù)靜載試驗(yàn)結(jié)果推算，處于挖填方交界處的地基差異沉降最大，其值為2‰，滿足規(guī)范要求。

（3）罐體建成后經(jīng)充水試驗(yàn)，環(huán)墻基礎(chǔ)沉降小于規(guī)范規(guī)定值，試水成功。

（4）對特殊區(qū)域如沖溝泥塘等應(yīng)進(jìn)行特殊處理。

（5）對細(xì)顆粒土尤其是松散的回填土用強(qiáng)夯法處理時(shí)，當(dāng)含水量較高時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)或添加粗骨料等措施。

綜上所述，該工程地基采用強(qiáng)夯法進(jìn)行加固處理是成功的，加固效果良好。