基于FLAC3D的海南原油商業儲備基地工程罐組樁基位移分析

谷家林

摘 要：擬建海南原油商業儲備基地工程原有地基不能滿足上部結構的承載力，應進行地基處理或采用樁基。上部①層素填土為軟弱土層，承載力和變形不能滿足擬建罐和附屬配套裝置，故建議對①層素填土進行強夯處理，以提高淺部地基土的土層強度及壓縮性能。擬建6座原油儲罐宜采用CFG樁復合地基方案，以④層砂巖為樁端持力層。最后，采用FLAC3D對樁基在不同樁頂附加應力條件下的位移進行數值模擬分析。

關鍵詞：承載力 樁基 FLAC3D

中圖分類號：TU476 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）01（c）-0114-02

擬建海南原油商業儲備基地工程位于海南洋浦經濟開發區化工園區，主要擬建建（構）筑物設計指標：擬建海南原油商業儲備基地工程儲罐容量約255萬m3，主要構筑物為鋼儲罐，其中10萬m3容量儲罐25個、5萬m3容量儲罐1個；附屬建（構）筑物包括綜合辦公樓、35 kV變電站、維修間等。由于每個10萬立方米容量儲罐平面尺寸為D=80 m，H=21.8 m，上部結構為外浮頂罐，基底附加應力為250 kN/m2，所以現有地基不能滿足上部結構的承載力，應進行地基處理或采用樁基。

1 場地環境與工程地質條件

擬建場地位于海南洋浦經濟開發區化工園區，場地北側有施工便道與濱海大道相連，交通較便利。擬建場地原始地貌單位屬海岸及海岸階地，后經過兩次回填整平，已完成了填海及開挖工作。整個場地第二次回填整平工作仍在進行中，罐組（一）區域已完成整平。根據野外鉆探、原位測試及室內土工試驗成果，依據場地巖土的成因、年代、巖性及物理、力學性質，將本場地鉆探揭露深度范圍內地層劃分為12層（含亞層），自上而下分別為：①層素填土（Qml）：②層含珊瑚中砂（Q4m）：②夾層珊瑚巖（Q4m）：④層砂巖（Q2mc）：⑤層粉質黏土（Q1mc）：⑥層粉質黏土（N2m）：⑥1層含黏性土中砂（N2m）：⑦層中砂（N2m）：⑧層生物碎屑巖（N2m）：⑨層砂礫巖（N2m）：⑨1層含黏性土中砂（N2m）：⑩層生物碎屑巖（N2m）：層含砂粉質黏土（N2m）：

2 地基土工程性質評價

根據野外鉆探、原位測試及室內土工試驗成果，對罐組（一）場地地基土分析評價如下：

（1）素填土層，場地均有分布，土質均勻性較差，承載力較低、壓縮模量較小，新近回填，未經過處理不宜作為天然地基基礎持力層。（2）含珊瑚中砂層，場地均有分布，經桿長修正后的標準貫入擊數N'平均值為11.1擊，經桿長修正后重型動力觸探擊數N63.5平均值為4.4擊，承載力較低、壓縮模量中等，有輕微液化的可能性，未經過處理不宜作為擬建10萬m3儲罐天然地基基礎持力層。（3）砂巖層，場地均有分布，厚度較大，巖石飽和單軸抗壓強度標準值為4.64 MPa，承載力高，是擬建油罐良好的樁端持力層。（4）粉質黏土層，承載力中等、壓縮模量相對較大，α1-2=0.095，屬低壓縮性土，但場地分布區域及厚度較小，不宜作為樁基持力層。（5）粉質黏土層，場地均有分布，厚度較大，承載力高，壓縮模量相對較大，α1-2=0.089，屬低壓縮性土，是擬建油罐良好的樁端持力層。

3 地基基礎方案分析

3.1 天然地基方案

淺部①層素填土為相對軟弱層，承載力和變形不能滿足擬建油罐和附屬配套設施的要求，故不能直接采用天然地基方案。

3.2 強夯地基

淺部①層素填土回填時間較短，且第一次回填時未經過處理，其厚度較大、均勻性較差，未完成自重固結，整體工程性質較差。為消除工程不利影響，根據擬建場地的地層特點，結合當地經驗，建議進行強夯處理，以提高其的土層強度及壓縮性能，并能較大改善②層含珊瑚中砂的性狀。經處理后滿足設計（強度及變形要求）的①層素填土，可以作為擬建雨水監控池、污水收集池、泡沫站、初期雨水池及管廊的基礎持力層。

3.3 CFG樁（水泥粉煤灰碎石樁）復合地基

根據場地地層情況及地區施工經驗，擬建6座原油儲罐宜采用CFG樁復合地基方案。CFG樁復合地基處理方法具有樁身強度高、變形小、施工簡單、施工工期較短、工程造價相對較低、低噪音、無振動、無泥漿排放等特點。本場地CFG樁宜選擇④層砂巖（層厚3.00～11.50 m，層頂深度9.60～15.70 m）作為樁端持力層，樁端全斷面應進入持力層頂面，樁徑選擇500 mm，樁間距可選擇3～5倍樁徑，樁長一般約10～16 m。有關CFG樁復合地基設計參數建議值見表1。

CFG樁單樁豎向承載力特征值可依據《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79-2002）估算，以6個鉆孔為例，進行單樁承載力特征值估算，估算結果見表2。

3.4 FLAC3D數值模擬

FLAC3D（Fast Lagrangian Analysis of Continua）由美國Itasca公司開發的，能夠進行土質和巖石的三維結構受力特性模擬和塑性流動分析。通過調整三維網格中的多面體單元來擬合實際的結構。單元材料可采用線性或非線性本構模型，在外力作用下，當材料發生屈服流動后，網格能夠相應發生變形和移動（大變形模式）。FLAC3D采用了顯式拉格朗日算法和混合-離散分區技術，能夠非常準確地模擬材料的塑性破壞和流動。

本次模擬以鉆孔A080為例，采用莫爾-庫侖破壞準則，樁和砂巖的體積模量13.9e9 Pa，剪切模量10.4e9 Pa，填土的體積模量8.5e7 Pa，剪切模量4e7 Pa，重度1700 kN/m3，粘聚力8 kPa，內摩擦角10°，含珊瑚中砂重度1600 kN/m3，粘聚力1 kPa，內摩擦角35 °。

圖1樁頂受力為樁頂受力為200 kPa，400 kPa，800 kPa和1000 kPa時的軸向位移云圖。表4為樁頂受力為200 kPa，400 kPa，800 kPa和1000 kPa時達到穩定的位移值。在對10萬m3原油儲罐及附屬建設物進行地基設計時，應注意加載的邊界條件和樁頂軸向位移極限（見圖1）。

5 結語

（1）本場地上部①層素填土為本場地軟弱土層，承載力和變形不能滿足擬建罐和附屬配套裝置，故不宜采用天然地基方案。建議對①層素填土進行強夯處理，以提高淺部地基土的土層強度及壓縮性能。

（2）擬建6座原油儲罐宜采用CFG樁復合地基方案，成樁方法選用長螺旋鉆孔、管內泵壓混合料灌注成樁，以④層砂巖作為樁端持力層。

參考文獻

[1] 北京東方新星石化工程股份有限公司.海南原油商業儲備基地工程-罐組（一）巖土工程勘察報告.2013.endprint

摘 要：擬建海南原油商業儲備基地工程原有地基不能滿足上部結構的承載力，應進行地基處理或采用樁基。上部①層素填土為軟弱土層，承載力和變形不能滿足擬建罐和附屬配套裝置，故建議對①層素填土進行強夯處理，以提高淺部地基土的土層強度及壓縮性能。擬建6座原油儲罐宜采用CFG樁復合地基方案，以④層砂巖為樁端持力層。最后，采用FLAC3D對樁基在不同樁頂附加應力條件下的位移進行數值模擬分析。

關鍵詞：承載力 樁基 FLAC3D

中圖分類號：TU476 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）01（c）-0114-02

擬建海南原油商業儲備基地工程位于海南洋浦經濟開發區化工園區，主要擬建建（構）筑物設計指標：擬建海南原油商業儲備基地工程儲罐容量約255萬m3，主要構筑物為鋼儲罐，其中10萬m3容量儲罐25個、5萬m3容量儲罐1個；附屬建（構）筑物包括綜合辦公樓、35 kV變電站、維修間等。由于每個10萬立方米容量儲罐平面尺寸為D=80 m，H=21.8 m，上部結構為外浮頂罐，基底附加應力為250 kN/m2，所以現有地基不能滿足上部結構的承載力，應進行地基處理或采用樁基。

1 場地環境與工程地質條件

擬建場地位于海南洋浦經濟開發區化工園區，場地北側有施工便道與濱海大道相連，交通較便利。擬建場地原始地貌單位屬海岸及海岸階地，后經過兩次回填整平，已完成了填海及開挖工作。整個場地第二次回填整平工作仍在進行中，罐組（一）區域已完成整平。根據野外鉆探、原位測試及室內土工試驗成果，依據場地巖土的成因、年代、巖性及物理、力學性質，將本場地鉆探揭露深度范圍內地層劃分為12層（含亞層），自上而下分別為：①層素填土（Qml）：②層含珊瑚中砂（Q4m）：②夾層珊瑚巖（Q4m）：④層砂巖（Q2mc）：⑤層粉質黏土（Q1mc）：⑥層粉質黏土（N2m）：⑥1層含黏性土中砂（N2m）：⑦層中砂（N2m）：⑧層生物碎屑巖（N2m）：⑨層砂礫巖（N2m）：⑨1層含黏性土中砂（N2m）：⑩層生物碎屑巖（N2m）：層含砂粉質黏土（N2m）：

2 地基土工程性質評價

根據野外鉆探、原位測試及室內土工試驗成果，對罐組（一）場地地基土分析評價如下：

（1）素填土層，場地均有分布，土質均勻性較差，承載力較低、壓縮模量較小，新近回填，未經過處理不宜作為天然地基基礎持力層。（2）含珊瑚中砂層，場地均有分布，經桿長修正后的標準貫入擊數N'平均值為11.1擊，經桿長修正后重型動力觸探擊數N63.5平均值為4.4擊，承載力較低、壓縮模量中等，有輕微液化的可能性，未經過處理不宜作為擬建10萬m3儲罐天然地基基礎持力層。（3）砂巖層，場地均有分布，厚度較大，巖石飽和單軸抗壓強度標準值為4.64 MPa，承載力高，是擬建油罐良好的樁端持力層。（4）粉質黏土層，承載力中等、壓縮模量相對較大，α1-2=0.095，屬低壓縮性土，但場地分布區域及厚度較小，不宜作為樁基持力層。（5）粉質黏土層，場地均有分布，厚度較大，承載力高，壓縮模量相對較大，α1-2=0.089，屬低壓縮性土，是擬建油罐良好的樁端持力層。

3 地基基礎方案分析

3.1 天然地基方案

淺部①層素填土為相對軟弱層，承載力和變形不能滿足擬建油罐和附屬配套設施的要求，故不能直接采用天然地基方案。

3.2 強夯地基

淺部①層素填土回填時間較短，且第一次回填時未經過處理，其厚度較大、均勻性較差，未完成自重固結，整體工程性質較差。為消除工程不利影響，根據擬建場地的地層特點，結合當地經驗，建議進行強夯處理，以提高其的土層強度及壓縮性能，并能較大改善②層含珊瑚中砂的性狀。經處理后滿足設計（強度及變形要求）的①層素填土，可以作為擬建雨水監控池、污水收集池、泡沫站、初期雨水池及管廊的基礎持力層。

3.3 CFG樁（水泥粉煤灰碎石樁）復合地基

根據場地地層情況及地區施工經驗，擬建6座原油儲罐宜采用CFG樁復合地基方案。CFG樁復合地基處理方法具有樁身強度高、變形小、施工簡單、施工工期較短、工程造價相對較低、低噪音、無振動、無泥漿排放等特點。本場地CFG樁宜選擇④層砂巖（層厚3.00～11.50 m，層頂深度9.60～15.70 m）作為樁端持力層，樁端全斷面應進入持力層頂面，樁徑選擇500 mm，樁間距可選擇3～5倍樁徑，樁長一般約10～16 m。有關CFG樁復合地基設計參數建議值見表1。

CFG樁單樁豎向承載力特征值可依據《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79-2002）估算，以6個鉆孔為例，進行單樁承載力特征值估算，估算結果見表2。

3.4 FLAC3D數值模擬

FLAC3D（Fast Lagrangian Analysis of Continua）由美國Itasca公司開發的，能夠進行土質和巖石的三維結構受力特性模擬和塑性流動分析。通過調整三維網格中的多面體單元來擬合實際的結構。單元材料可采用線性或非線性本構模型，在外力作用下，當材料發生屈服流動后，網格能夠相應發生變形和移動（大變形模式）。FLAC3D采用了顯式拉格朗日算法和混合-離散分區技術，能夠非常準確地模擬材料的塑性破壞和流動。

本次模擬以鉆孔A080為例，采用莫爾-庫侖破壞準則，樁和砂巖的體積模量13.9e9 Pa，剪切模量10.4e9 Pa，填土的體積模量8.5e7 Pa，剪切模量4e7 Pa，重度1700 kN/m3，粘聚力8 kPa，內摩擦角10°，含珊瑚中砂重度1600 kN/m3，粘聚力1 kPa，內摩擦角35 °。

圖1樁頂受力為樁頂受力為200 kPa，400 kPa，800 kPa和1000 kPa時的軸向位移云圖。表4為樁頂受力為200 kPa，400 kPa，800 kPa和1000 kPa時達到穩定的位移值。在對10萬m3原油儲罐及附屬建設物進行地基設計時，應注意加載的邊界條件和樁頂軸向位移極限（見圖1）。

5 結語

（1）本場地上部①層素填土為本場地軟弱土層，承載力和變形不能滿足擬建罐和附屬配套裝置，故不宜采用天然地基方案。建議對①層素填土進行強夯處理，以提高淺部地基土的土層強度及壓縮性能。

（2）擬建6座原油儲罐宜采用CFG樁復合地基方案，成樁方法選用長螺旋鉆孔、管內泵壓混合料灌注成樁，以④層砂巖作為樁端持力層。

參考文獻

[1] 北京東方新星石化工程股份有限公司.海南原油商業儲備基地工程-罐組（一）巖土工程勘察報告.2013.endprint

摘 要：擬建海南原油商業儲備基地工程原有地基不能滿足上部結構的承載力，應進行地基處理或采用樁基。上部①層素填土為軟弱土層，承載力和變形不能滿足擬建罐和附屬配套裝置，故建議對①層素填土進行強夯處理，以提高淺部地基土的土層強度及壓縮性能。擬建6座原油儲罐宜采用CFG樁復合地基方案，以④層砂巖為樁端持力層。最后，采用FLAC3D對樁基在不同樁頂附加應力條件下的位移進行數值模擬分析。

關鍵詞：承載力 樁基 FLAC3D

中圖分類號：TU476 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）01（c）-0114-02

擬建海南原油商業儲備基地工程位于海南洋浦經濟開發區化工園區，主要擬建建（構）筑物設計指標：擬建海南原油商業儲備基地工程儲罐容量約255萬m3，主要構筑物為鋼儲罐，其中10萬m3容量儲罐25個、5萬m3容量儲罐1個；附屬建（構）筑物包括綜合辦公樓、35 kV變電站、維修間等。由于每個10萬立方米容量儲罐平面尺寸為D=80 m，H=21.8 m，上部結構為外浮頂罐，基底附加應力為250 kN/m2，所以現有地基不能滿足上部結構的承載力，應進行地基處理或采用樁基。

1 場地環境與工程地質條件

擬建場地位于海南洋浦經濟開發區化工園區，場地北側有施工便道與濱海大道相連，交通較便利。擬建場地原始地貌單位屬海岸及海岸階地，后經過兩次回填整平，已完成了填海及開挖工作。整個場地第二次回填整平工作仍在進行中，罐組（一）區域已完成整平。根據野外鉆探、原位測試及室內土工試驗成果，依據場地巖土的成因、年代、巖性及物理、力學性質，將本場地鉆探揭露深度范圍內地層劃分為12層（含亞層），自上而下分別為：①層素填土（Qml）：②層含珊瑚中砂（Q4m）：②夾層珊瑚巖（Q4m）：④層砂巖（Q2mc）：⑤層粉質黏土（Q1mc）：⑥層粉質黏土（N2m）：⑥1層含黏性土中砂（N2m）：⑦層中砂（N2m）：⑧層生物碎屑巖（N2m）：⑨層砂礫巖（N2m）：⑨1層含黏性土中砂（N2m）：⑩層生物碎屑巖（N2m）：層含砂粉質黏土（N2m）：

2 地基土工程性質評價

根據野外鉆探、原位測試及室內土工試驗成果，對罐組（一）場地地基土分析評價如下：

（1）素填土層，場地均有分布，土質均勻性較差，承載力較低、壓縮模量較小，新近回填，未經過處理不宜作為天然地基基礎持力層。（2）含珊瑚中砂層，場地均有分布，經桿長修正后的標準貫入擊數N'平均值為11.1擊，經桿長修正后重型動力觸探擊數N63.5平均值為4.4擊，承載力較低、壓縮模量中等，有輕微液化的可能性，未經過處理不宜作為擬建10萬m3儲罐天然地基基礎持力層。（3）砂巖層，場地均有分布，厚度較大，巖石飽和單軸抗壓強度標準值為4.64 MPa，承載力高，是擬建油罐良好的樁端持力層。（4）粉質黏土層，承載力中等、壓縮模量相對較大，α1-2=0.095，屬低壓縮性土，但場地分布區域及厚度較小，不宜作為樁基持力層。（5）粉質黏土層，場地均有分布，厚度較大，承載力高，壓縮模量相對較大，α1-2=0.089，屬低壓縮性土，是擬建油罐良好的樁端持力層。

3 地基基礎方案分析

3.1 天然地基方案

淺部①層素填土為相對軟弱層，承載力和變形不能滿足擬建油罐和附屬配套設施的要求，故不能直接采用天然地基方案。

3.2 強夯地基

淺部①層素填土回填時間較短，且第一次回填時未經過處理，其厚度較大、均勻性較差，未完成自重固結，整體工程性質較差。為消除工程不利影響，根據擬建場地的地層特點，結合當地經驗，建議進行強夯處理，以提高其的土層強度及壓縮性能，并能較大改善②層含珊瑚中砂的性狀。經處理后滿足設計（強度及變形要求）的①層素填土，可以作為擬建雨水監控池、污水收集池、泡沫站、初期雨水池及管廊的基礎持力層。

3.3 CFG樁（水泥粉煤灰碎石樁）復合地基

根據場地地層情況及地區施工經驗，擬建6座原油儲罐宜采用CFG樁復合地基方案。CFG樁復合地基處理方法具有樁身強度高、變形小、施工簡單、施工工期較短、工程造價相對較低、低噪音、無振動、無泥漿排放等特點。本場地CFG樁宜選擇④層砂巖（層厚3.00～11.50 m，層頂深度9.60～15.70 m）作為樁端持力層，樁端全斷面應進入持力層頂面，樁徑選擇500 mm，樁間距可選擇3～5倍樁徑，樁長一般約10～16 m。有關CFG樁復合地基設計參數建議值見表1。

CFG樁單樁豎向承載力特征值可依據《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79-2002）估算，以6個鉆孔為例，進行單樁承載力特征值估算，估算結果見表2。

3.4 FLAC3D數值模擬

FLAC3D（Fast Lagrangian Analysis of Continua）由美國Itasca公司開發的，能夠進行土質和巖石的三維結構受力特性模擬和塑性流動分析。通過調整三維網格中的多面體單元來擬合實際的結構。單元材料可采用線性或非線性本構模型，在外力作用下，當材料發生屈服流動后，網格能夠相應發生變形和移動（大變形模式）。FLAC3D采用了顯式拉格朗日算法和混合-離散分區技術，能夠非常準確地模擬材料的塑性破壞和流動。

本次模擬以鉆孔A080為例，采用莫爾-庫侖破壞準則，樁和砂巖的體積模量13.9e9 Pa，剪切模量10.4e9 Pa，填土的體積模量8.5e7 Pa，剪切模量4e7 Pa，重度1700 kN/m3，粘聚力8 kPa，內摩擦角10°，含珊瑚中砂重度1600 kN/m3，粘聚力1 kPa，內摩擦角35 °。

圖1樁頂受力為樁頂受力為200 kPa，400 kPa，800 kPa和1000 kPa時的軸向位移云圖。表4為樁頂受力為200 kPa，400 kPa，800 kPa和1000 kPa時達到穩定的位移值。在對10萬m3原油儲罐及附屬建設物進行地基設計時，應注意加載的邊界條件和樁頂軸向位移極限（見圖1）。

5 結語

（1）本場地上部①層素填土為本場地軟弱土層，承載力和變形不能滿足擬建罐和附屬配套裝置，故不宜采用天然地基方案。建議對①層素填土進行強夯處理，以提高淺部地基土的土層強度及壓縮性能。

（2）擬建6座原油儲罐宜采用CFG樁復合地基方案，成樁方法選用長螺旋鉆孔、管內泵壓混合料灌注成樁，以④層砂巖作為樁端持力層。

參考文獻

[1] 北京東方新星石化工程股份有限公司.海南原油商業儲備基地工程-罐組（一）巖土工程勘察報告.2013.endprint