川西地區井架基礎軟弱地基處理方法探討

秦松柏 周輝 祁鵬

(中國石油化工股份有限公司西南油氣分公司工程技術研究院，四川德陽 618000)

0 引言

井架是鉆井設備中荷載最高的設備，其對地基承載力要求最高，一般達到150 kPa以上，若井架基礎出現不均勻沉降或基礎產生裂縫等問題，鉆井過程中因井架傾斜或處理地基問題而停待所造成的損失將非常巨大，因此需首先保證井架基礎的安全。

在川西地區，一些區域因存在軟弱土層或易液化砂層，很難達到井架基礎的承載力要求，需要考慮地基處理或降低承載力要求。因鉆井工期緊，對井場基礎施工要求以方便、快捷、經濟、安全為原則，一般采用換填、樁基礎及整板鋼筋筏板基礎三種方法進行處理，均能達到井架基礎承載力要求。

1 工程地質特征分類

井場土建工程在一口井的總成本上所占比例不高，在川西地區，一般來說，井場井架基礎地基屬于承載力較高的粉質粘土，無需處理，但部分地區也存在粉質粘土、淤泥質土、易液化砂土、填土等承載力小于150 kPa的情況，需要進行處理。

以下對川西地區井場工程中井架基礎軟弱地基的幾種典型的工程地質特征分類如下:

1)粘性土夾砂土的巖土工程地質特征(Ⅰ類)。

這種地層中有粘性土又有砂土，一般地層順序為:粉質粘土→細、中砂(流動)→卵石層，主要出現在川西平原地區，如德陽孝泉鎮等地。工勘資料顯示，粉質粘土、中砂承載力均低于100 kPa，屬于軟弱地層。

2)粉質粘土為主的巖土工程地質特征(Ⅱ類)。

該地層主要為承載力較差的粉質粘土，一般地層順序為:粉質粘土→卵石土→卵石層→泥巖/砂巖，在地勢較低的川西平原地區分布，如德陽、崇州、成都等地，因地下水位較淺，粉質粘土含水率高，承載力低。

3)粘性土為主的巖土工程地質特征(Ⅲ類)。

該地層主要為粘性土，包括淤泥質粉質粘土、粉質粘土，一般地層順序為:淤泥質粉質粘土→粉質粘土→泥巖/砂巖，主要分布于川西丘陵地帶，如德陽羅江縣、中江市、資陽等地，一般分布于易于積水的凹陷地帶，地下水水位較淺。

4)填土、石塊為主的巖土工程地質特征(Ⅳ類)。

在井場施工中，有些井位于山區，原始井場高低不平，需要挖填平衡井場，因施工周期要求短，填土/爆破土石很難達到承載力和沉降要求，需要進行技術處理，當厚度超過4 m時，需考慮樁基礎，以下部的基巖作為持力層。除了井場新填土以外，有些井場還存在承載力低的老沖積填土，厚度一般較厚。川西地區所選井場內存在高填土的地區較少，主要分布于中江、聚源等丘陵山區。

在川西地區，降雨量豐沛，雨季持續時間長，一般在3月～9月份，地下水水位極其豐富，埋深一般在0.5 m～3 m，以砂卵石層為儲水層。地基土承載力特征值見表1。

表1 川西地區地基土承載力值特征值統計表

2 軟弱地基處理方法原理及使用條件

目前，在川西地區針對井架基礎軟弱地基處理的方法有三種:換填處理、樁基礎及整板鋼筋筏板基礎。

換填處理:將基礎底面下一定范圍內的軟弱土層挖去，然后回填強度較高、壓縮性較低并且沒有侵蝕性的材料，如卵石、毛石混凝土等，再分層夯實，作為地基的持力層。在川西地區，因井架基礎范圍小，地下水水位較淺，開挖后不易碾壓，一般采用C15毛石混凝土換填處理。該方法使用有一定的局限性，在地下水水位埋深較淺、軟弱地基較厚的情況下，開挖會造成大面積塌方，施工周期長、造價高，會影響到周邊其他基礎施工。

樁基礎:上部井架及掛鉤作用力通過樁基直接傳至下部持力層。在川西地區，因承載力較高的卵石層、基巖埋深較淺，以端承受力為主，采用預制方樁或預應力管樁，樁長一般在6 m～11 m。該方法安全、可靠，適用于川西地區大部分軟弱地基，但造價高昂。

整板鋼筋筏板基礎:對除井架及其基礎間除方井外澆筑鋼筋混凝土基礎，使井架基礎由兩條條形基礎變為整板基礎。通過增加井架基礎與地基土的接觸面積，減少單位面積地基土的井架荷載(降低基底凈反力)，從而達到軟弱地基承載力要求;同時為保證井架基礎的整體性，防止由于地基土不均勻沉降造成的基礎斷裂，對基礎型式采用整體鋼筋混凝土筏板基礎。對井架基礎采用鋼筋筏板基礎，需保證地基整體均勻穩定性，不宜直接作用在易壓縮性土、回填土或不均勻地基上，防止沉降、不均勻沉降，造成井架傾斜。

3 軟弱地基處理經濟性對比分析

在處理軟弱地基時，鉆機型號不同，鋼筋筏板基礎對地基承載力的要求不同，存在較大差異，主要受掛鉤極限荷載影響。除需考慮自身重量外，井架還需考慮振動荷載和風荷載。振動荷載系數一般取1.3～1.4，即井架基礎上總靜荷載的1.3倍～1.4倍;風荷載影響較小，根據情況而定，一般附加在振動荷載系數上。

表2 各型號鉆機井架筏板基礎對地基承載力要求表

表2通過對不同型號鉆機荷載及面積的計算，得出了不同型號鉆機筏板基礎對地基承載力要求，筏板基礎要求地基承載力需大于55 kPa～75 kPa，當地基土承載力低于筏板基礎對地基承載力要求時，則不能考慮筏板基礎，需舍棄。以ZJ40鉆機為例，軟弱地基處理施工費用對比分析表見表3。

表3 軟弱地基處理施工費用對比分析表(以ZJ40鉆機為例)

通過對三種處理方法經濟適用性對比分析，如表4所示，軟弱地基厚度低于2 m時，可優先考慮換填處理;當軟弱土層厚度在2 m～4 m時，需優先考慮鋼筋筏板基礎;當筏板基礎不滿足使用要求時，可優先考慮換填處理;軟弱土層厚度超過4 m時，需優先考慮鋼筋筏板基礎。一般地下水水位高于軟弱土層，換填處理因開挖面積大、排水等因素，當筏板基礎不滿足使用要求時，需優先考慮樁基礎。

在川西地區，對于Ⅰ類，Ⅱ類軟弱地基土，軟弱土層厚度超過2 m均可優先考慮筏板基礎，而對于Ⅲ類，Ⅳ類軟弱地基土，筏板基礎已不滿足使用要求，軟弱土層厚度低于4 m則需優先考慮換填處理。

表4 軟弱地基處理方法經濟適用性對比分析表

4 結語

1)川西地區軟弱地基巖土工程地質條件存在較大差異，對地基處理方法的選擇需考慮其使用條件及經濟適用性;

2)對于不同型號鉆機，鋼筋筏板基礎對地基土承載力要求不同，一般要求地基土大于55 kPa～75 kPa;

3)對三種處理方法的經濟適用性分析表明:在川西地區，軟弱地基厚度不超過2 m時，采取換填處理是最合理的;超過2 m時，采用整體鋼筋筏板基礎效果最佳，而樁基礎適用范圍最廣，整體上鋼筋筏板基礎在不同厚度軟弱地基處理中均有較好的應用價值。

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