基于碎石樁復(fù)合地基的鋼儲罐地基加固分析

林齊云

（茂名瑞派石化工程有限公司，廣東 茂名 525011）

大型石油鋼儲罐具有占地面積大，上部結(jié)構(gòu)剛度相對偏小，單位面積荷載大，對沉降敏感等特點(diǎn)。對于建在軟弱土層地基上的大型油罐，地基加固處理就顯得尤為重要。地基處理方案和方法多種多樣，因此，選擇最佳施工加固方案是儲罐基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容[1]。

1 碎石樁

碎石樁復(fù)合地基在剛性基礎(chǔ)和周圍的土壤下承受荷載的作用。由于礫石樁土模量是不同的，承受一定的負(fù)荷壓縮模量的基礎(chǔ)上，對粒徑分布范圍內(nèi)的變形影響不同。因此，承載力之間的樁土要考慮土壤抗剪強(qiáng)度。碎石樁本身是一種柔性樁身。在復(fù)合地基、樁與土之間承載能力下，又受到樁的側(cè)壓力的影響，它的作用受到碎石樁應(yīng)力的大小及周圍土壤的影響和制約，造成他們限制對方，形成一個(gè)相互制約的整體[2]。對于復(fù)合地基，由于應(yīng)力集中效應(yīng)，碎石樁和樁身應(yīng)力擴(kuò)散的作用，使樁土之間在豎向荷載作用下的還要承受水平荷載。,在這種情況下可以用短樁基礎(chǔ)，例如：夯實(shí)水泥土樁，消除局部弱土壤引起不均勻沉降，短樁、旋噴樁和其它形式的長樁形成了多樁型復(fù)合地基，也可以稱為長短樁復(fù)合地基加固的組合，如圖1所示。

2 碎石樁加固效果

2.1 承載力可調(diào)性和排水性

對干振碎石樁加固軟土地基，土壤受水平振動動力作用，在礫石致密振動過程中，產(chǎn)生水平位移，使其增加土壤密度、孔隙比減小，承載力增加。另一方面，碎石樁自身就是良好的排水通道，可以使振動和擠壓產(chǎn)生的超孔隙水壓力消散，降低孔隙水壓力上升的幅度，加快了土體固結(jié)沉降的速率，使樁-土之間的強(qiáng)度增加，極大的減少了超靜孔隙水壓力的影響程度，同時(shí)使樁本身的強(qiáng)度提高，減少地基變形。

2.2 褥墊層加固

對于復(fù)合地基而言，在荷載作用下，增強(qiáng)體（碎石樁體）和地基土共同承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載，如何設(shè)置增強(qiáng)體以保證增強(qiáng)體與天然地基土體能夠共同承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)荷載？理論研究和試驗(yàn)研究表明，在上部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和復(fù)合地基加固區(qū)之間設(shè)置柔性褥墊層不僅可以保證各類增強(qiáng)體與地基土體形成復(fù)合地基共同承擔(dān)上部荷載，而且可以有效改善復(fù)合地基中淺層的受力狀態(tài)，如減少樁土荷載分擔(dān)比、提高樁間土的抗剪強(qiáng)度，提高增強(qiáng)體承受豎向荷載的能力等。褥墊層技術(shù)是復(fù)合地基的核心技術(shù)，在上部荷載作用下，碎石樁體與樁間土體通過褥墊層的變形協(xié)調(diào)來共同承擔(dān)上部荷載，褥墊層的厚度決定了樁、土荷載分擔(dān)比，當(dāng)褥墊層的厚度取零時(shí)（類似于樁基的狀態(tài)），由于樁體模量與土體模量相差較大，樁承擔(dān)了大部分荷載，樁間土承載能力不能充分發(fā)揮。當(dāng)褥墊層厚度很大（類似于天然地基狀態(tài)），樁承擔(dān)的荷載太少，復(fù)合地基中樁的設(shè)置已失去意義。只有當(dāng)褥墊層的厚度10～30cm時(shí)，樁土才能共同作用，復(fù)合地基中樁和土的承載潛能達(dá)到充分發(fā)揮，復(fù)合地基沉降變形也得到較好控制。

2.3 充水預(yù)壓作用

采用碎石樁加固油罐地基土，形成碎石樁復(fù)合地基，可以提高地基土的承載力，但是相對于其它類型的復(fù)合地基，碎石樁復(fù)合地基還是容易產(chǎn)生不均勻沉降，影響儲罐的使用，不能滿足儲罐基礎(chǔ)的沉降要求。因此，在儲罐使用前必須進(jìn)行充水預(yù)壓，,通過加載預(yù)壓，讓碎石樁復(fù)合地基完全排水固結(jié)，強(qiáng)度指標(biāo)有了提高，碎石樁和樁間土的約束能力提高，從而使碎石樁復(fù)合地基承載力顯著增加。滿足上部荷載和儲罐基礎(chǔ)地基沉降的要求，由于加載預(yù)壓使碎石樁變得更加密實(shí)，從而確保安全使用過程中的儲罐結(jié)構(gòu)安全。

3 優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

3.1 長短樁復(fù)合地基

在荷載作用下，地基的附加應(yīng)力隨深度增加而減少，為了更有效地利用碎石樁復(fù)合地基承載潛力，可以取不同長度的樁身以適應(yīng)附加應(yīng)力的特點(diǎn)。長短樁復(fù)合地基是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ膹?fù)合地基，特別適合壓縮模量比較小，厚度比較大的土的軟土地基。沿深度變化強(qiáng)度和模量的長短樁復(fù)合地基不僅可以使承載力提高，復(fù)合模量增大，滿足加固要求，而且可以有效減少沉降，降低成本費(fèi)用。

3.2 組合型復(fù)合地基

地基處理主要目的是為了提高軟土地基的強(qiáng)度，降低地基土壓縮性，減少沉降和差異沉降。所以可以采用組合型復(fù)合地基，充分發(fā)揮長短兩層樁的優(yōu)點(diǎn)，利用短樁復(fù)合地基提高地基承載力，通過長樁減少地基變形，在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下有效減少地基處理的工作量，最大限度地發(fā)揮地基土的本身潛力。可以使用兩種或兩種以上的處理方法,，形成組合型復(fù)合地基。通過多種地基處理方案的有效組合，充分發(fā)揮各種地基處理方案的加固優(yōu)勢，使處理后復(fù)合地基能有效地提高承載力、控制沉降，全面改善地基土物理特性。若采用單一地基處理方案，盡管處理后復(fù)合地基承載力和變形計(jì)算是能夠滿足設(shè)計(jì)要求，但地基處理工作量比較大，投資也會隨之增加。

3.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)思路

在復(fù)合地基的優(yōu)化之前，首先要確定采用地基處理方案的目的。地基處理的主要目的是為了解決地基承載力不足，或解決地基土沉降過大，或者兩者兼而有之。基于這個(gè)設(shè)計(jì)理念，碎石樁復(fù)合地基的優(yōu)化設(shè)計(jì)是顯得更為重要，所以在設(shè)計(jì)中應(yīng)對復(fù)合地基的加固范圍、樁位布置、樁長、樁徑、材料和褥墊層的厚度等參數(shù)進(jìn)行合理的匹配和優(yōu)化，有效提高復(fù)合地基的承載力和剛度，進(jìn)一步的減少地基沉降。結(jié)合以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，碎石樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)應(yīng)著重注意一下幾方面：（1）碎石樁復(fù)合地基的加固范圍應(yīng)大于基底范圍，處理寬度宜在基礎(chǔ)外緣擴(kuò)大1～3排樁。（2）樁位的布置應(yīng)根據(jù)基礎(chǔ)形狀及荷載情況確定，一般采用正方形或等邊三角形布置，由于碎石樁復(fù)合地基是碎石樁的擠密提高樁間土的密度，所以采用等邊三角形布樁更為有利，能使地基土擠密更為均勻。（3）碎石樁的樁長應(yīng)根據(jù)工程要求和工程地質(zhì)條件計(jì)算確定，碎石樁的單樁載荷試驗(yàn)表明，在樁頂4倍樁徑范圍內(nèi)將發(fā)生側(cè)向膨脹，因此樁長一般不宜小于4米。（4）碎石樁直徑的大小取決于施工設(shè)備和地基土的條件，小直徑樁管擠密質(zhì)量焦均勻但施工效率低，大直徑樁管需要較大的機(jī)械能力，工效高，但是一根樁要承擔(dān)的擠密面積比較大，樁孔中要填入的填料比較多，不易使樁周土擠密均勻，對于飽和軟粘土，成樁直徑一般為0.7～0.9米，對粉土或砂土，成樁直徑一般為0.6～0.8米。

結(jié)論

我國的地域廣闊,，地質(zhì)條件的區(qū)域性很強(qiáng)，差異很大。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，不僅事先要選擇在地質(zhì)條件良好的場地上從事工程建設(shè)，有時(shí)也不得不在地質(zhì)條件不良的地基上進(jìn)行建設(shè)，另外，隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，高層建筑層數(shù)越來越高，構(gòu)筑物的荷載越來越大，對地基承載力和變形的要求越來越高。軟土地基的處理技術(shù)及其設(shè)計(jì)理論研究，已成為土木工程建設(shè)的一個(gè)重要問題關(guān)注的焦點(diǎn)。我們國家的土地資源和建設(shè)資金十分有限，復(fù)合地基處理技術(shù)可以充分利用土體的工程特性，對不良的地基土進(jìn)行加固，保證地基的穩(wěn)定，降低地基的壓縮性，減少基礎(chǔ)的沉降和不均勻沉降，防止地震時(shí)液化等，有效降低工程造價(jià)，因此地基處理技術(shù)日益受到工程建設(shè)部門和工程設(shè)計(jì)人員的重視。

[1]龔曉南.復(fù)合地基理論及工程應(yīng)用[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2003.

[2]趙明華.散體材料復(fù)合地基承載力分析方法研究[J].沈陽建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，22(2):212-216.

[3]王家遠(yuǎn).碎石樁復(fù)合地基承載力和沉降若干問題[J].土工基礎(chǔ)，1996，10(1)：1-7.

[4]劉杰，張可能.碎石樁復(fù)合地基應(yīng)力應(yīng)變分析[J].中南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，33(5)：457-461.