干作業(yè)鉆孔灌注樁在大型儲油罐中的應(yīng)用研究

時　磊，陳寶軍

（1.中國石油集團(tuán)工程設(shè)計有限責(zé)任公司北京分公司，北京100085；2.北京巖土工程勘察院，北京100083）

干作業(yè)鉆孔灌注樁在大型儲油罐中的應(yīng)用研究

時磊*1，陳寶軍2

（1.中國石油集團(tuán)工程設(shè)計有限責(zé)任公司北京分公司，北京100085；2.北京巖土工程勘察院，北京100083）

某國家石油儲備基地工程儲油罐采用鉆孔灌注樁進(jìn)行地基處理，分別對G-11020號儲油罐的灌注樁進(jìn)行單樁載荷試驗、高應(yīng)變試驗及低應(yīng)變試驗，試驗結(jié)果表明，鉆孔灌注樁滿足設(shè)計單樁承載力特征值、單樁極限承載力及樁身完整性要求。

儲油罐；鉆孔灌注樁；高應(yīng)變試驗；低應(yīng)變試驗

1　概述

建立石油儲備是應(yīng)對突發(fā)事件、防范石油供給風(fēng)險、保障國家能源安全的重要手段。石油儲備有多種方式，其中大型儲油罐是一種重要手段。大型儲油罐體積、重量大，對地基要求高。在儲油罐工程的建設(shè)過程中，如果地基處理不當(dāng)，會引起基礎(chǔ)不均勻沉降，從而造成儲油罐的正常的使用甚至?xí)＜皟τ凸薜陌踩?/p>

鉆孔灌注樁是按成樁方法分類而定義的一種樁型。灌注樁系是指在工程現(xiàn)場通過機(jī)械鉆孔、鋼管擠土或人力挖掘等手段在地基土中形成樁孔，并在其內(nèi)放置鋼筋籠、灌注混凝土而做成的樁，基于其承載力高、群樁效應(yīng)小、施工簡單、對環(huán)境和周邊建筑物危害小等的特點(diǎn)，鉆孔灌注樁［1］在地基處理中得到了廣泛的應(yīng)用。

本文以某儲油罐工程為例，采用現(xiàn)場試驗的手段，驗證鉆孔灌注樁對儲油罐工程地基處理效果，以期對類似工程的地基處理提供一定的參考。

2　工程概況

某國家石油儲備基地位于蘭州市永登縣秦川鎮(zhèn)六墩子村東2.5km處，高程大致在2065～2090m之間。工程建設(shè)規(guī)模為30臺單罐容積為10×104m3的雙盤式浮頂原油儲罐。單個儲灌直徑?80m，高度21.8m，充水后總重103300t，單位荷重25t/m2。

工程區(qū)自上而下主要地層特征如下：

①填土：主要由粉土組成，經(jīng)壓實，該層壓實不均，稍濕—干燥，多為松散，一般厚度為0.3～12.3m。

②黃土：風(fēng)積成因，部分地段夾有層厚100～200mm不等的鈣質(zhì)膠結(jié)硬塊層，一般厚度0.50～15.40m。

②1黃土狀粉土：沖洪積成因，部分地段夾有粉、細(xì)砂透鏡體以及角礫層，該層厚度0.30～11.70m。

③黃土：沖洪積成因為主，中密為主，稍濕，具水平層理，土質(zhì)不均，普遍夾有鈣質(zhì)膠結(jié)層。該層分布不連續(xù)、大部分地段缺失，層厚0.30～4.30m。

④砂礫巖：系第三系半成巖，強(qiáng)風(fēng)化，該層硬度變化較大。厚度0.30～10.00m。

④1砂質(zhì)泥巖：半成巖，強(qiáng)風(fēng)化。

④2砂礫巖：中等風(fēng)化，成巖較好。

⑤千枚巖：強(qiáng)風(fēng)化，一般厚度0.20～7.00m。

⑥千枚巖：中等風(fēng)化，部分地段為片巖及板巖，最大厚度為25.70m。

⑦千枚巖：微風(fēng)化，局部片巖及板巖，夾有石英巖脈。揭露最大厚度8.30m。

3　試驗方法

選取具有代表性的G-11020號儲油罐基礎(chǔ)鉆孔灌注樁為試驗對象，G-11020號儲油罐采用機(jī)械成孔灌注樁基礎(chǔ)形式，共布設(shè)機(jī)械成孔灌注樁653根，鉆孔灌注樁設(shè)計參數(shù)為：樁徑?800mm，樁間距2850m，樁身混凝土設(shè)計強(qiáng)度C30，正方形布設(shè)，樁端全截面至少進(jìn)入中等風(fēng)化砂巖內(nèi)0.8～1.2m，設(shè)計要求機(jī)械成孔灌注樁單樁承載力特征值2150kN。

3.1單樁載荷試驗

單樁載荷試驗采用堆載反力裝置，一臺500t液壓千斤頂加載，荷載通過壓力傳感器測量，測試儀自動記錄；樁頂沉降觀測通過對稱布置于剛性承壓板的4個位移傳感器測量，測試儀自動記錄沉降，所有位移傳感器用磁性表座固定于基準(zhǔn)梁上，基準(zhǔn)梁安裝在獨(dú)立的基準(zhǔn)樁上。如圖1所示。

根據(jù)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2003）［2］及《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50202-2002）［3］，單樁豎向抗壓極限承載力可按下列方法綜合分析確定：

圖1　單樁載荷試驗原理圖

（1）根據(jù)沉降隨荷載的變化特征確定極限承載力：對于陡降型Q-s曲線，取Q-s曲線發(fā)生明顯陡降的起始點(diǎn)對應(yīng)的荷載值。

（2）根據(jù)沉降量確定極限承載力：對于緩變型Q-s曲線取s=40mm對應(yīng)的荷載，對于大直徑樁可取s= 0.05D（D為樁端直徑）所對應(yīng)的荷載值。

（3）根據(jù)沉降隨時間的變化特征確定極限承載力，取s-lgt曲線尾部出現(xiàn)明顯向下彎曲的前一級荷載值。

（4）某級荷載作用下，樁頂沉降量大于前一級荷載作用下沉降量的2倍，且經(jīng)24h尚未達(dá)到相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)時，取前一級荷載值。

通過對G-11020號儲油罐的3根鉆孔灌注樁進(jìn)行載荷試驗，所得結(jié)果統(tǒng)計如表1所示。

表1　單樁載荷試驗結(jié)果統(tǒng)計表

根據(jù)表1統(tǒng)計結(jié)果，以及結(jié)合Q-s（圖2）及s-lgt（圖3）曲線可以看出：當(dāng)單樁加荷至預(yù)期最大荷載4300kN時，穩(wěn)定后樁頂累計沉降為8.32～14.68mm，Q-s曲線呈緩變型，s-lgt曲線呈平緩狀變化趨勢。依據(jù)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，單樁承載力特征值取最大加荷值的一半，即單樁承載力特征值為2150kN。

圖2　單樁載荷試驗Q-s曲線

3.2高應(yīng)變試驗

基樁高應(yīng)變試驗即在樁身頂部用重錘進(jìn)行豎向激振，使樁在土中產(chǎn)生足夠的相對位移，通過對稱安裝于樁身側(cè)表面的應(yīng)變測量傳感器（力傳感器）和加速度傳感器，得到力信號和加速度信號，用基樁動測儀信號和加速度信號進(jìn)行采集、儲存。然后利用樁土體系有關(guān)參數(shù)運(yùn)用波動理論及相關(guān)模型通過高應(yīng)變擬合分析軟件進(jìn)行擬合分析，計算出基樁的側(cè)摩阻力和樁端阻力，進(jìn)而得出單樁豎向承載力。

在分析及推定單樁豎向極限承載力時，做如下假定：①樁為一維彈性桿件，其介質(zhì)均勻、連續(xù)；②試驗時，動阻力全部集中在樁端，且動阻力與樁端速度成正比，即Rd=JcZV（toe，t），其中Jc和Z為常數(shù)；③試驗過程中，樁側(cè)土為理想剛塑性體，各部分極好限靜阻力與變形無關(guān)，為定值。

根據(jù)以上假定，通過一系列的力學(xué)公式推導(dǎo)出極限承載力：

圖3　單樁載荷試驗s-lgt曲線

通過對G-11020號儲油罐的37根鉆孔灌注樁進(jìn)行高應(yīng)變試驗，根據(jù)高應(yīng)變擬合分析，計算出基樁的側(cè)摩阻力和樁端阻力，進(jìn)而得出單樁豎向極限承載力為4965～6044kN，其極限承載力大于4300kN的標(biāo)準(zhǔn)值。

3.3低應(yīng)變試驗

對基樁進(jìn)行低應(yīng)變試驗的目的是檢驗樁身的完整性，其原理為：在樁身頂部進(jìn)行豎向激振，彈性波沿著樁身向下傳播，當(dāng)樁身存在明顯波阻抗差異的界面（如樁底、斷樁和嚴(yán)重離析的部位）或樁身截面積變化（如縮徑或者擴(kuò)徑）部位，將產(chǎn)生反射波。經(jīng)接收放大、濾波和數(shù)據(jù)處理，可識別來自樁身不同部位的反射信息，據(jù)此計算樁身波速，以判斷樁身完整性。

依據(jù)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》，樁身完整性評價分為4種情況，見表2、表3。

表2　樁身完整性分類表

表3　樁身完整性分類表

通過對G-11020號儲油罐的131根鉆孔灌注樁進(jìn)行低應(yīng)變試驗，根據(jù)實測波形的時域信號特征分析，所試驗的131根樁中，有115根為Ⅰ類樁（樁身完整），有16根為Ⅱ類樁（樁身基本完整），Ⅰ類樁所占測樁的87.79%，Ⅱ類樁占所測樁的12.21%，樁身完整性評為合格。

4　結(jié)論

（1）根據(jù)本次所選3個點(diǎn)的單樁載荷試驗結(jié)果統(tǒng)計，G-11020號儲油罐單樁承載力特征值大于2150kN，滿足設(shè)計要求。

（2）根據(jù)本次所選37根樁的高應(yīng)變結(jié)果統(tǒng)計，G-11020號儲油罐單樁極限承載力大于4300kN，滿足設(shè)計要求。

（3）G-11020號儲油罐采用低應(yīng)變檢測基樁131根，占該罐基樁總數(shù)的20%，根據(jù)低應(yīng)變檢測對樁身完整性類別判定結(jié)果，低應(yīng)變試驗的131根樁在樁身完整性方面合格，滿足設(shè)計要求。

［1］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.JGJ94-2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［2］中華人民共和國建設(shè)部.JGJ106-2003建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

［3］中華人民共和國建設(shè)部.GB50202-2002建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范［S］.北京：中國計劃出版社，2002.

Application and Study ofAuger-Drilled Piles in a Dry Conditions for a Large Oil Tank Project

SHI Lei1，CHEN Bao-jun2
（1.Beijing Branch of China Petroleum Engineering Co.，Ltd.，Beijing 100085，China；2.Beijing Geotechnical Engineering Survey Institute，Beijing 100083，China）

Bored piles are used in oil tank foundation treatment in a certain national petroleum reserve base project.Single pile loading test，high strain dynamic test and low strain test of bored piles of G-11020 oil tank are processed respectively，the test results indicate that the bored piles can completely meet the design requirements for single pile loading capability characteristic values，ultimate bearing capacity of single pile and pile integrity.

Oil tank；bored piles；high strain dynamic test；low strain test

·石油與鉆掘工程·

TU753

A

1004-5716（2016）06-0005-04

2015-06-10

2015-06-10

時磊（1981-），男（漢族），河南周口人，工程師，現(xiàn)從事巖土工程設(shè)計、施工方面的工作。