江津成品油輸油管道某站場(chǎng)地基強(qiáng)夯處理研究★

翟銘先　韓培鋒

(1.中石化勝利油建工程有限公司，山東 東營(yíng)　257100；2.西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，四川 綿陽(yáng)　621010)

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·巖土工程·地基基礎(chǔ)·

江津成品油輸油管道某站場(chǎng)地基強(qiáng)夯處理研究★

翟銘先1韓培鋒2*

(1.中石化勝利油建工程有限公司，山東 東營(yíng)257100；2.西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，四川 綿陽(yáng)621010)

結(jié)合重慶市江津區(qū)成品油輸油管道站場(chǎng)擬建區(qū)的地質(zhì)條件，采用強(qiáng)夯法對(duì)該場(chǎng)地的軟土層進(jìn)行了地基加固處理，通過(guò)監(jiān)測(cè)，分析了強(qiáng)夯點(diǎn)的沉降量和空虛水壓力變化規(guī)律，并對(duì)比了不同強(qiáng)夯方案下的孔隙水壓力和沉降變化規(guī)律，經(jīng)固結(jié)試驗(yàn)表明，相同的強(qiáng)夯能量作用下，采用錘重12 t和落距10 m的方案壓實(shí)效果更好。

輸油站場(chǎng)，強(qiáng)夯方案，軟土地層，沉降變形

0　引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施和交通條件的改善，西南地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速加快，其成品油消費(fèi)量逐年增加，預(yù)計(jì)到2015年廣西、云南、貴州、四川和重慶的社會(huì)需求總量達(dá)到4 800×104t，2020年達(dá)到6 800×104t。西南成品油管道全長(zhǎng)1 740 km，建有19個(gè)站場(chǎng)和16個(gè)分輸站。建成投產(chǎn)后，成為國(guó)內(nèi)首條線路最長(zhǎng)、集輸下載點(diǎn)最多、工藝條件最復(fù)雜的成品油管網(wǎng)，管道運(yùn)輸成為西南區(qū)域一次成品油物流調(diào)運(yùn)的主渠道，不僅緩解了成品油運(yùn)輸緊張狀況，而且成為銷售企業(yè)降本壓費(fèi)、提高效益的重要手段。在重慶江津地區(qū)，廣泛分布的軟粘土尤其是飽和淤泥和粘土，都具有含水量高、壓縮性大、滲透性差、靈敏度高、強(qiáng)度低和厚度不均以及明顯的流變性和觸變性等特點(diǎn)[1]。軟弱地基進(jìn)行輸油站場(chǎng)等大型工程建設(shè)常因其壓縮沉降大、固結(jié)緩慢、地基穩(wěn)定性差而容易引起工程質(zhì)量事故，在輸油管道站場(chǎng)建設(shè)過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)軟土地基處理對(duì)于成品油管道的安全運(yùn)營(yíng)非常重要。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)工程建設(shè)過(guò)程中的軟土地基處理進(jìn)行了相應(yīng)的試驗(yàn)分析研究，馬鄖等[2]以武漢地中海國(guó)際大廈超深基坑工程為研究背景，結(jié)合室內(nèi)土工試驗(yàn)、利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理獲取軟土地層的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，并與采用巖芯管取樣所得到的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比。研究了超深基坑地下連續(xù)墻水平位移及地層土壓力的變化規(guī)律。陳曉平等[3]指出軟土變形的重要特征為具有時(shí)效性，這將導(dǎo)致軟土工程的工后沉降。根據(jù)實(shí)際工程需要，采用原狀土樣和擾動(dòng)土樣對(duì)軟土變形機(jī)理進(jìn)行了一系列室內(nèi)試驗(yàn)，分析初始固結(jié)度對(duì)應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系的影響。李雙輝[4]針對(duì)潮汕機(jī)場(chǎng)建設(shè)過(guò)程中的軟土地基，在機(jī)場(chǎng)區(qū)域的不同位置分別采用塑料排水板堆載預(yù)壓法、袋裝砂井堆載預(yù)壓法和砂井堆載預(yù)壓法3種不同的地基處理方式進(jìn)行試驗(yàn)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者從不同角度分析強(qiáng)夯法加固軟土地基的機(jī)理，但由于影響強(qiáng)夯效果的因素太多，理論分析和計(jì)算都較為復(fù)雜，目前關(guān)于強(qiáng)夯的加固效果的機(jī)理研究還不成熟。對(duì)于加固沖填土，夯擊能傳播主要轉(zhuǎn)換成波的傳播，表現(xiàn)為動(dòng)力密實(shí)機(jī)理。當(dāng)夯擊發(fā)生時(shí)，與錘體接觸的土質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，并帶動(dòng)周圍介質(zhì)振動(dòng)，從而形成波。對(duì)于軟弱土層，強(qiáng)夯法加固原理主要是動(dòng)力固結(jié)理論。Menard 教授在用強(qiáng)夯法處理飽和細(xì)顆粒土?xí)r瞬間產(chǎn)生數(shù)十厘米沉降而提出了動(dòng)力固結(jié)理論[5，6]。潘中文[7]依托廣西三柳高速公路高填方路堤工程進(jìn)行了強(qiáng)夯參數(shù)試驗(yàn)研究，提出了該高填方路堤段強(qiáng)夯施工參數(shù)，指出應(yīng)選擇重錘低落距施工機(jī)械組合加固路基。結(jié)合相關(guān)研究及本工程實(shí)際需求，在軟土地基上修建輸油站場(chǎng)的主要工程問(wèn)題是地基沉降，針對(duì)江津某站場(chǎng)建設(shè)過(guò)程中的軟弱地基，基于相關(guān)要求及國(guó)內(nèi)外的處置措施，建設(shè)過(guò)程中采用強(qiáng)夯法進(jìn)行處理，并通過(guò)承載能力試驗(yàn)驗(yàn)證強(qiáng)夯效果，從而確保輸油站場(chǎng)在輸油期間的沉降滿足工程質(zhì)量要求。

1　江津成品油輸油管道站場(chǎng)擬建區(qū)域地質(zhì)環(huán)境概況

1.1工程概況及地貌

擬建的江津成品油管道站場(chǎng)位于重慶市江津區(qū)廣興鎮(zhèn)，由鄉(xiāng)村水泥路與G210國(guó)道相連，交通便利，擬建場(chǎng)地范圍內(nèi)地形總體呈臺(tái)階狀，當(dāng)前主要的土地利用方式為耕地。擬建江津分輸站包括綜合樓、500 m3罐基礎(chǔ)兩座、消防泵房、配電間、預(yù)留輸油泵棚、預(yù)留10 kV變電所、閥組區(qū)、圍墻、道路、擋土墻等部分，是江津—榮昌成品油管道工程的一個(gè)重要組成部分。場(chǎng)地地貌單元為丘陵地貌，地形起伏較大,局部較平坦，地表現(xiàn)為耕地，種植有經(jīng)濟(jì)作物，局部耕地空置。由勘探點(diǎn)標(biāo)高反映地面標(biāo)高為289.72 m～304.41 m，最大高差為14.69 m。

1.2地層巖性

場(chǎng)區(qū)地層為沉積地層，自上而下地層主要有素填土、粉質(zhì)粘土、砂質(zhì)粉土、淤質(zhì)粘土、中密圓礫、細(xì)砂等。各土層的性質(zhì)如表1所示。

表1　軟弱土層物理力學(xué)指標(biāo)

1.3氣象、水文

江津地區(qū)屬亞熱帶山地濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫12.3 ℃，年平均降雨量1 210 mm，相對(duì)濕度79%左右。區(qū)內(nèi)水系發(fā)育，擬建場(chǎng)地中間有一條小溪穿過(guò)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，溪水是從山上流下來(lái)的泉水，水流比較平穩(wěn)，未發(fā)生過(guò)洪災(zāi)，河道寬約5.00 m。

2　江津輸油管道站場(chǎng)軟弱土地基處理試驗(yàn)方案及成果分析

2.1試驗(yàn)方案

強(qiáng)夯技術(shù)在我國(guó)推廣應(yīng)用已有多年，根據(jù)研究，目前強(qiáng)夯點(diǎn)間距確定方式主要有兩種：一種是由夯擊能確定，另一種則不論夯擊能大小均取相同夯距[8，9]。常見的強(qiáng)夯點(diǎn)的布置形式有正方形、三角形、梅花形和長(zhǎng)方形等。根據(jù)江津輸油管道站場(chǎng)的工程地質(zhì)條件，強(qiáng)夯施工設(shè)備、填筑厚度及經(jīng)濟(jì)性等因素，站場(chǎng)擬建區(qū)域選擇正方形布置形式，夯點(diǎn)距為3.5 m×3.5 m。根據(jù)E=Gh，其中，E為夯擊能；G為錘重；h為落距。基于施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，結(jié)合以前的工程經(jīng)驗(yàn)，選擇夯擊能1 200 kN·m、錘重10 t及落距12 m和夯擊能1 200 kN·m、錘重12 t及落距10 m的兩種夯打施工參數(shù)組合。

2.2沉降位移試驗(yàn)結(jié)果分析

為驗(yàn)證上述強(qiáng)夯參數(shù)的路基夯實(shí)效果，分別在夯擊區(qū)域設(shè)置3個(gè)沉降位移觀測(cè)點(diǎn)，分析強(qiáng)夯作用下軟土的固結(jié)沉降過(guò)程，從而判定強(qiáng)夯的實(shí)際效果。為便于分析兩種不同夯擊方式的壓實(shí)效果，分別統(tǒng)計(jì)錘重10 t和落距12 m及錘重12 t和落距10 m的兩種夯打方案時(shí)觀測(cè)點(diǎn)的沉降位移，具體統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖1所示。

圖1　不同試驗(yàn)方案中不同強(qiáng)夯次數(shù)時(shí)軟土的沉降位移變化曲線

通過(guò)對(duì)兩種夯打方案3個(gè)不同的沉降位移觀測(cè)點(diǎn)的位移變化規(guī)律分析可以發(fā)現(xiàn)，夯擊的次數(shù)越多，軟土的沉降位移量越大，隨著夯擊次數(shù)的增加，沉降量開始變化較快，隨著土變密實(shí)，沉降量增速減緩。另外，對(duì)比圖1a)和圖1b)可以看出，錘重12 t和落距10 m時(shí)的沉降量大于錘重10 t和落距12 m的方案，說(shuō)明在夯擊能量相同的情況下，錘重量越大，落距越小，夯擊效果越好，為此，在本施工中建議采用重錘低擊的方式施工有利于軟土的壓密效果。

2.3孔隙水壓力試驗(yàn)結(jié)果分析

為分析不同夯擊試驗(yàn)軟土中的孔隙水壓力的變化規(guī)律，分別在軟土層中的地下-1.5 m，-3.0 m,-4.5 m，-6.0 m設(shè)置孔隙水壓力傳感器，監(jiān)測(cè)不同時(shí)間軟土中孔隙水壓力的變化情況，從而判定強(qiáng)夯的實(shí)際效果。為便于分析兩種不同夯擊方式的壓實(shí)效果，分別統(tǒng)計(jì)錘重10 t和落距12 m及錘重12 t和落距10 m的兩種夯打方案時(shí)孔隙水壓力隨時(shí)間的變化曲線，具體統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖2所示。

圖2　不同試驗(yàn)方案中孔隙水壓力隨時(shí)間的變化曲線

從圖2可以看出，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，孔隙水壓力逐漸降低，說(shuō)明軟土中的水在逐漸消散，這是由于在每遍夯擊后，地下孔隙水被大部分抽出，土體密實(shí)度提高，滲透系數(shù)減小。另外在不同深度處，孔隙水壓力值不一致，越靠近地表面，其孔隙水壓力值越大，說(shuō)明越靠近表面，強(qiáng)夯的作用效果越明顯。另外，對(duì)比圖2a)和圖2b)可以看出，錘重12 t和落距10 m時(shí)的孔隙水壓力小于錘重10 t和落距12 m的方案，說(shuō)明在夯擊能量相同的情況下，錘重量越大，落距越小，夯擊效果越好。

2.4強(qiáng)夯加固效果分析

為分析軟土在不同強(qiáng)夯方案作用下的壓實(shí)效果，分別對(duì)錘重12 t和落距10 m及錘重10 t和落距12 m的方案施工現(xiàn)場(chǎng)的壓縮軟土進(jìn)行常規(guī)固結(jié)不排水三軸壓縮試驗(yàn)，所得的不同固結(jié)度和排水條件下的偏應(yīng)力—軸向應(yīng)變關(guān)系曲線見圖3，分析軟土的固結(jié)沉降作用效果。

圖3　不同試驗(yàn)方案中偏應(yīng)力—應(yīng)變的變化曲線

圖3給出了兩種不同的強(qiáng)夯方案作用下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線，從圖3可以看出，隨著土體被壓縮，土體的應(yīng)力開始快速增長(zhǎng)，隨后增長(zhǎng)速率減緩。圍壓越大，相同的應(yīng)變條件下，偏應(yīng)力越大。為分析軟土在不同強(qiáng)夯方案作用下的壓實(shí)效果，對(duì)比圖3a)和圖3b)可以看出，相同的強(qiáng)夯能量作用下，圖3b)的壓實(shí)效果更好，即采用錘重12 t和落距10 m的方案比錘重10 t和落距12 m的夯擊方案壓實(shí)效果更好。

3　結(jié)語(yǔ)

江津區(qū)輸油管道站場(chǎng)擬建區(qū)域?yàn)檐浲翆樱匦渭肮こ痰刭|(zhì)條件復(fù)雜。軟土沉降變形成為影響輸油站場(chǎng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵因素，基于工程地質(zhì)勘察資料，采用強(qiáng)夯法對(duì)軟土層進(jìn)行加固處理，通過(guò)監(jiān)測(cè)點(diǎn)分析強(qiáng)夯點(diǎn)的沉降量和空虛水壓力變化規(guī)律，對(duì)比分析不同強(qiáng)夯方案下的孔隙水壓力和沉降的變化規(guī)律。通過(guò)固結(jié)試驗(yàn)，對(duì)比兩種強(qiáng)夯方案的強(qiáng)夯效果發(fā)現(xiàn)，相同的強(qiáng)夯能量作用下，采用錘重12 t和落距10 m的方案比錘重10 t和落距12 m的夯擊方案壓實(shí)效果更好。針對(duì)江津輸油管道站場(chǎng)擬建區(qū)軟土的處理方案分析，為保障輸油管道站場(chǎng)的建設(shè)和正常安全運(yùn)行提供有力保障。

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Study on soft soil foundation treatment by the dynamic compaction of product oil pipeline yard in Jiangjin★

Zhai Mingxian1Han Peifeng2*

(1.SinopecPetroleumEngineering&ConstructionShengliCorporation,Dongying257100,China；2.SchoolofCivilEngineeringandArchitecture,SouthwestUniversityofScienceandTechnology,Mianyang621010,China)

Combining with the proposed product oil pipeline station geology conditions in Jiangjin region of Chongqing city, the paper carries out soft stratum consolidation treatment by applying dynamic compaction method, analyzes the settlement volume of the dynamic compaction point and void water pressure changing law through monitoring, and compares pore water pressure and settlement changing law under different dynamic compaction schemes. The consolidating experiment shows that: under the action of similar dynamic compaction energy, the dynamic compaction effect will be better by applying the scheme of 12 t of hammer and 10 m of settling distance.

oil-transportation station, dynamic compaction scheme, soft-soil stratum, settlement deformation

1009-6825(2016)21-0065-03

2016-05-13★:西南科技大學(xué)博士基金項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：14zx7135)的資助

翟銘先(1987- )，男

韓培鋒(1984- )，男，講師

TU472.31

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