沖孔灌注樁沖擊震動對LNG儲罐BOG設備影響的試驗研究

宋鵬波，劉晶晶，鄭權恒，張鵬，喬永立

(河北建設勘察研究院有限公司，石家莊 050031)

沖孔灌注樁沖擊震動對LNG儲罐BOG設備影響的試驗研究

宋鵬波，劉晶晶，鄭權恒，張鵬，喬永立

(河北建設勘察研究院有限公司，石家莊 050031)

根據液化天然氣儲罐設計要求，BOG設備運行期間對震動控制的要求比較高，當外界震動在BOG設備處引起的水平速度超過0.98cm/s時會因震動影響而自動停機，造成不可估量的損失。論文結合某工程實際，通過現場動力測試試驗，研究了不同沖程、不同距離、不同工況條件下沖擊鉆孔灌注樁沖擊震動對BOG設備的影響，試驗結果對今后類似工程的建設具有一定指導意義。

LNG儲罐；沖孔灌注樁；震動；水平速度

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.015

1 引言

沖孔灌注樁作為樁基礎的一種，廣泛適用于填土層、黏土層、粉土層、淤泥層、砂土層、碎石土層、礫卵石層、巖溶發育巖層或裂隙發育的地層施工，在現階段的建筑施工中廣泛應用。考慮到沖孔灌注樁沖孔施工時產生較大的沖擊震動，可能對已經建成的設備造成影響[1,2]。本文以廣東某公司的新增BOG壓縮機的樁基工程施工對已建好的BOG壓縮機影響為例，通過現場的動力測試試驗，研究了不同沖程、不同距離、不同工況條件下沖擊鉆孔灌注樁沖擊震動對運行中的BOG設備的影響，試驗結果對今后類似工程的建設具有一定指導意義。

2 工程概況

2.1 工程地質條件

本試驗依托廣東某公司新增第3臺BOG壓縮機樁基工程，該工程位于深圳市大鵬鎮，根據鉆孔揭露，各巖土層分布情況及巖性特征自上而下分述如下：

1）第四系人工填土層(Q4ml)

①人工填土：灰白、灰黃色。主要由中、微風化花崗巖碎塊石或中、微風化碎裂砂巖碎塊石組成，直徑2～20cm，個別塊石直徑可大于50cm，局部地段頂部50cm填充有大量黏性土，該層人工填土經分層碾壓后呈中密狀態。該層分布于全場地，揭露層厚9.90～13.00m；底板埋深9.90～13.00m，底板標

高-8.00～-4.90m。

2）第四系海陸交互沉積相層(Q4mc)

②粉砂：灰黑色，含少量有機質和貝殼殘骸。飽和，稍密狀態，局部中密～密實狀態。該層分布于全場地，揭露層厚6.30～9.50m；頂板埋深9.80～13.00m，頂板標高-8.00～-4.90m；底板埋深18.50～19.60m，底板標高-14.60～-13.50m。在該層進行標準貫入試驗9次，錘擊數12.0～32.0擊，平均值14.38擊，標準值13.18擊。

3）泥盆系碎裂砂巖（D）

③1強風化碎裂砂巖：褐黃色、灰褐色，風化裂隙很發育，巖芯多呈土狀,局部夾碎塊，巖芯手折可斷，合金易鉆進。該層分布于全場地，揭露層厚5.90～10.60m。頂板埋深3.50～16.50m，頂板標高-14.60～-13.50m；底板埋深25.50～30.00m，底板標高-25.00～-20.50m。在該層進行標準貫入試驗6次，經桿長修正后的錘擊數62.3～68.6擊，平均值65.6擊，標準值63.3擊。

③2中風化碎裂砂巖：灰色，裂隙較發育，裂面被鐵質浸染，巖芯呈短柱狀或塊狀，需金剛石鉆進。該層各鉆孔均有揭露。頂板埋深25.50～30.00m，頂板標高-25.00～-20.50m。

2.2 鉆孔灌注樁設計參數

該工程BOG設備的地基處理形式為沖孔灌注樁，沖孔灌注樁共計4根，灌注樁樁徑1200mm，樁長30m，以中風化碎裂砂巖作為樁端持力層，設計要求進入持力層深度不少于1.5m。

2.3 擬建BOG設備周圍環境

該工程樁基施工區域與已建好的BOG壓縮機距離較近，如圖1所示。施工的沖孔灌注樁距離已建BOG壓縮機廠房基礎承臺中心線最近為6.9m，距離BOG壓縮機基礎外緣最近為16.3m。經設計單位計算，沖擊震動在已建BOG設備處產生的水平速度不應超過0.98cm/s，否則已建BOG設備會在震動影響下自動停機[3]。

圖1 擬建BOG設備基礎周圍環境圖

3 試驗方案

3.1 監測設備的選擇

本試驗選用要施工的4根樁作為震源點，采用CZ-6型沖擊鉆機作為震動源。監測設備選用中國地震局生產的量程為20g的水平向和豎向941B型拾振器各1個，G01USB16型數據采集分析系統1套，IBM筆記本1臺。

3.2 震源點及監測點的選取

本工程以4根工程樁作為震源點，測試沖擊鉆機分別在4根工程樁位置沖擊震動時在已建BOG廠房基礎和BOG基礎處產生的水平和豎向的震動速度值。本方案共設計4個震源點（Y1～Y4），監測點7個（C1～C7），如圖1所示。

3.3 試驗步驟

1）沖擊鉆機首先在Y1震源位置就位，接通電源，調試鉆機。

2）在某一監測點位置布置941B型拾振器，拾振器通過數據傳輸線與數據采集系統相連接，最后將數據采集系統直接與筆記本連接。試驗過程中將數據采集系統和筆記本放在不受震動影響的區域，以保證采集數據的真實可靠性。

3）開啟鉆機，使鉆機分別以0.5m、1.0 m、1.5 m、2.0 m、2.5 m、3.0 m、3.5 m、4.0

m、4.5m、5.0m的沖程沖擊施工。鉆機每沖擊施工一次，通過數據采集系統立即記錄、保存所采集到的數據，并當場對其進行分析，以指導下次的試驗。

4）設置落距為1m，使鉆機進行連續沖擊；每沖擊一次，通過數據采集系統立即記錄、保存所采集到的數據，并對其進行分析。

5）將拾振器移至下一監測點進行震動監測，根據設備的重要性和廠房基礎距離震源點的距離，監測點的監測順序為C2、C1、C3、C4、C5、C6、C7。確定鉆機沖程，找出震動最強點繼續重點進行監測。

6）當地層發生變化時，重復試驗步驟5），直至完成震源點處鉆孔施工。

7）將鉆機移至下一震源點Y2進行震動監測。

8）重復試驗步驟3)～6)，完成所有樁基施工。

4 試驗數據分析

本文對沖擊鉆機在各震源點施工時在原有BOG壓縮機的廠房和壓縮機基礎上引起的震動進行了監測，為找到合理的鉆機施工沖程和確保已建BOG壓縮機安全提供了充分的數據依據。

1）圖2為不同落距下鉆機沖擊施工在最近的監測點C2產生的震動水平速度，監測時從距離震源點最近的監測點開始，沖程從0.5m、1.0m、1.5m、2.0m、2.5m、3.0m、3.5m、4.0m、4.5m、5.0m依次開始測試。根據數據分析，各震源點沖擊鉆機的沖程在0.5～5m變化時，最大震動水平速度的峰值為6.8mm/s，不超過設備允許的由震動引起的速度值。

圖2 各震源點在C2監測點不同落距時的震動水平速度

2）圖3～圖6為落距為1m連續進行沖擊施工時各震源點在各監測點引起的震動水平速度。當正常施工時，鉆機沖程為1m，隨后對監測1點～6點進行了模擬施工震動測試（沖程為1m，連續沖擊），最大震動速度在C2和C5監測點測出，分別為5.63mm/s、5.7mm/s，不超過設備允許的由震動引起的速度值，距離震源點的距離越大，震動速度逐漸減弱。

圖3 落距1m連續進行沖擊時震源點Y1在各監測點引起的震動水平速度

圖4 落距1m連續進行沖擊時震源點Y2在各監測點引起的震動水平速度

圖5 落距1m連續進行沖擊時震源點Y3在各監測點引起的震動水平速度

圖6 落距1m連續進行沖擊震源點Y4在各監測點時引起的震動水平速度

5 結論

1)沖孔灌注樁施工時，沖擊震動的大小與距離震源點的距離、沖程和地質條件有很大的關系；距離震源點的距離越大，震動速度逐漸減弱。

2)在距震源點6.9m，最大沖程為H=5m時，最大震動水平速度6.8mm/s；在沖程為H=3m時達到最大震動水平速度5.7mm/s，不影響已建成BOG設備的正常運行。

3)當沖程落距H=1m進行連續沖擊時，各震源點在各監測點引起的最大震動水平速度發生在C2和C5監測點，分別為5.63mm/s、5.7mm/s，不影響已建成BOG設備的正常運行。

【1】王杰賢.動力地基與基礎[M].北京：科學出版社，2001.

【2】孫家麒,等.震動危害和控制技術[M].石家莊：河北科學技術出版社，1991.

【3】GB50040—96動力機器基礎設計規范[S].

The StudyAbout Effect of BOG Equipment of LNG Tank Due to Vibration of Percussion Cast-in-sitePiles Construction

SONG Peng-bo，LIU Jing-jing，ZHENG Quan-heng，ZHANGPeng，QIAO Yong-li
(HebeiResearchInstituteofConstructionandGeotechnicalInvestigationCo.Ltd.,Shijiazhuang050031,China)

Accordingto the request ofLNGtank design,the vibration control standard ofBOGequipment isveryhigh during operation. When the horizontal velocity caused by the shock exceeds 0.98cm/s,the BOG equipment will automatically shut down,the loss is incalculable.Combining with engineering example,this paper study about effect of BOG equipment of LNG tank due to vibration of percussionedcast-in-sitepilesconstruction.

LNGtank；percussionedcast-in-sitepiles；vibration；thehorizontalvelocity

TU473.1+4;TU311.3

A

1007-9467（2016）07-0070-03

2016-02-22

宋鵬波（1981～），男，河北石家莊人，工程師，從事巖土工程設計、施工與管理研究，（電子信箱）835184233@qq.com。