置換碎石樁聯(lián)合強夯在軟弱地基處理上的應用

常海軍，伊 震，楊耀森

（中國寰球工程公司遼寧分公司，中國 撫順 113006）

1 工程概況

1.1 工程概況

2001年1月我院承擔了撫順石化公司石化七廠在鲅魚圈二港池順岸堆場新建散蠟油罐區(qū)的設計任務，罐區(qū)位于鲅魚圈二港池順岸堆場內(nèi)，罐區(qū)東端距鍋爐房﹑ 煙囪12 m左右，罐區(qū)西端距碼頭前沿線22.5 m，罐區(qū)北端距煤輸送廊道8 m左右，罐區(qū)南端與港口地下排水溝相鄰，場地建港前屬剝蝕丘陵，建港后經(jīng)填海整平，地形較平坦。總庫容為1.4萬m3，其中2臺5 000 m3浮頂罐，油罐直徑為20 m，高度為16.08 m，4臺1 000 m3浮頂罐，油罐直徑為10 m，高度為13.08 m。于2001年7月建成，2001年8月投入使用，4個多月油罐基礎的平面傾斜值、非平面傾斜值和基礎椎面坡度均滿足要求。本工程勘察﹑ 地基處理及檢測工作均由沈陽勘察研究總院進行。

1.2 工程地質(zhì)條件

石化七廠新油庫區(qū)庫地，原屬剝蝕丘陵，建港后經(jīng)填海整平形成現(xiàn)有場地，地形平坦，假定場區(qū)混凝土地面為準，H=0.000 m。

根據(jù)工程地質(zhì)勘察報告揭示，新油庫區(qū)為一復雜場地，場地按東西向劃分兩個區(qū)域，自地面以下土層分布如下：

I區(qū)：分布在場區(qū)西半部

1）吹填砂：

0.0～0.5 m混凝土：

0.5～7.0 m為吹填砂：呈黃綠色～黃褐色，夾黏性土，含大塊石，結構松散，標貫3～9擊。

2）淤泥質(zhì)黏土：層位7～9 m，厚度2 m，灰黑色，軟～流塑。飽和，fK=60 kPa。

3）回填塊石：以混合花崗巖為主，呈中風化狀態(tài)，塊徑0.5～1.5 m。空隙充填砂 9.0～13.4 m。

4）中粗砂：黃褐色。局部夾黏性土，粉細砂層。呈中密～密實狀態(tài)，飽和，fK=220 kPa。

II區(qū)：分布在場區(qū)東半部

1）回填塊石：

表層0.0～0.5 m為混凝土層，0.5～13.4 m為回填塊石。塊徑0.5～2.0 m不等。含量60%～80%，空隙充填砂土，6.5～9.0 m有淤泥質(zhì)黏土夾層。

2）中粗砂：黃褐色，局部夾黏性土，粉細砂層，呈中密～密實狀態(tài)，飽和，厚度為12.7～15.1 m標貫15～22擊，fK=220 kPa。

3）粉質(zhì)黏土：黃褐色，含鐵錳結核，可塑，飽和。厚度為4.9～6.8m，fK=200 kPa。

4）殘積土：黃褐色，飽和，可～硬塑。含礫石、塊石等。標貫12～30擊，fK=250 kPa。

本場地的地層變化較大，條件復雜，I區(qū)地層上部為吹填砂及淤泥質(zhì)黏土，承載力較低，II區(qū)為回填塊石，厚度較大。

作為大中型油罐的地基，原場地土必須進行地基處理才能滿足罐基對地基承載力和變形值的要求。

設計要求地基處理后的有效影響深度9 m，地基承載力不小于200 kPa，土的壓縮模量≥16 kPa。

2 地基處理方案的確定

地基處理方案的確定，除了取決于原場地各土層的性質(zhì)，還要考慮周圍建（構）筑物的影響及綜合經(jīng)濟利益。

根據(jù)場地土層的分布情況以及擬建油罐荷載較大，對沉降敏感，安全等級為一級。可采用下面三種方案進行地基處理。其一：采用樁基，樁基按摩擦樁考慮，即采用普通鉆孔鋼筋混凝土灌注樁，比較安全可靠，但是工程造價太高，估價在308萬元左右，且由于地下塊石太大，施工也是相當?shù)睦щy。其二：采用強夯加固處理，強夯單擊能在6 000 kN·m以上，因回填土層較厚，需較大夯擊能，且回填土層巖性差異較大，工程性質(zhì)較差，于周圍建（構）筑物及碼頭前沿相鄰較近，因此強夯加固后的地基處理效果及對周圍建（構）筑物的安全很難保證，但工程造價比較經(jīng)濟，估價在13萬元左右。其三：采用強夯置換碎石樁加固處理。依據(jù)工程地質(zhì)勘察報告及對相鄰原有建（構）筑物影響。I區(qū)：埋深9 m以內(nèi)主要為吹填砂及淤泥質(zhì)黏土，埋深9～13.4 m為回填塊石及填充砂，采用強夯置換碎石樁進行加固，強夯單擊能在4 000 kN·m以下，既能地基承載力的要求，對相鄰原有建（構）筑物的影響甚微。II區(qū)：埋深0.5～13.4 m為回填塊石及填充砂，回填塊石厚度較大，為減小強夯周圍建（構）筑物的影響，采用振沖置換碎石樁進行加固；既能地基承載力的要求，對相鄰原有建（構）筑物的影響甚微。經(jīng)過對上述情況作認真分析后，對I ﹑區(qū) II區(qū)分別采用強夯置換碎石樁及振沖置換碎石樁進行加固，I區(qū)﹑ II區(qū)加固處理的工程造價在80萬元左右。

綜上所述對三種方案進行比較，第一種加固處理方案效果好，施工比較困難（地下塊石大而多）且施工的工程造價太高；第二種加固處理方案工程造價低，但加固效果難以保證設計要求；第三種加固處理方案加固效果能滿足設計要求，且施工的工程造價也比較合理，只是對周圍建（構）筑物需做防震處理；經(jīng)過對上述方案分析對比，同時又經(jīng)過與業(yè)主及施工單位商討，最后確定采用第三種加固處理方案進行地基處理。

3 設計與施工

由于場地由I 區(qū)﹑ II區(qū)兩種結構土體組成，我們采用了強夯置換碎石樁和振沖置換碎石樁分別處理不同的土層，形成復合地基。

3.1 振沖碎石樁復合地基

根據(jù)場地工程地質(zhì)勘探報告及罐區(qū)平面布置圖振沖碎石樁設計如下：

3.1.1 布樁

按正方形布樁，樁徑850～900 mm，樁間距1 300 mm，樁長2 500～11 500 m, 均勻布樁，總樁數(shù)324根（以一臺5 000 m3油罐設計），總樁長2 746 m。

3.1.2 施工參數(shù)

1）使用ZCQ-55型振沖器；

2） 造孔水壓500～600 kPa，成樁水壓300～400 kPa ；

3）造孔速度1 m/d，清孔1～2次；

4）成樁密實電流90 A；

5）制樁采用連續(xù)填料法，密實間距小于0.5 m，嚴禁快速提升；

6）采用石料粒徑為20～60 mm混粒碎石，宜為硬質(zhì)巖石或未風化石灰?guī)r，含泥量﹤ 8%。

7）施工順序為排打法。

a.施工機具：

b.吊車：輪式或履帶吊車（提升振沖器）1臺；

c.鏟車：用做填料的裝卸機（40型為宜）；

d.ZCQ-55型振沖器及附屬設施2套；

e.污水泵3臺，多級泵1臺。

3.1.3 施工工期

施工于2001年3月3日至2001年3月19日共16天進行振沖碎石樁施工。

3.1.4 振沖施工質(zhì)量保證體系及注意事項

1）施工人員按班定崗，嚴格執(zhí)行方案，確保施工質(zhì)量。

2）施工前施工人員規(guī)劃好現(xiàn)場，防止污水亂流，以利下部施工。

3）施工人員應協(xié)調(diào)好施工各個環(huán)節(jié)，對施工進度及質(zhì)量負責，發(fā)現(xiàn)問題應及時向有關人員匯報協(xié)商解決。

4）施工填料時應保證慢填且均勻。

5）記錄員要認真填寫施工記錄，如實反應現(xiàn)場情況，且記錄簽署齊全。

6）檢測及評價

振沖碎石樁施工結束后，待孔隙水壓力消散后，對場地進行質(zhì)量檢測，檢測采用重型（2）動力觸探試驗，靜載荷試驗及穩(wěn)態(tài)瑞利波法試驗，檢測在樁上和樁間土分別進行。根據(jù)檢測結果對照相關規(guī)范對場地進行綜合評價。如果樁體強度不夠時，可在振沖碎石樁上進行強夯碎石樁，提高場地的加固效果。直到滿足設計要求為止。

3.2 強夯置換碎石樁復合地基

3.2.1 布樁

按正方形布樁，樁徑400～1 000 mm，樁間距1 250 mm，樁長9 000 mm，均勻布樁，成樁時下部復打3 m。總樁數(shù)177根（以一臺5 000 m3油罐設計），總樁長5 625 m。

3.2.2 施工參數(shù)

置換錘錘重12 t，錐形，底面積0.3 m2，最大直徑1.0 m，錘長約3 m。滿夯錘重14 t，直徑2.0 m。置換強夯錘單夯擊能110～120 t.m。夯擊擊數(shù)≥13擊。采用石料粒徑為20～60 mm混粒碎石，宜為硬質(zhì)巖石或未風化石灰?guī)r，含泥量﹤ 8%。

3.2.3 強夯置換碎石樁施工

強夯置換碎石樁施工第一遍樁數(shù)177根，錘重12 t，落距10 m，擊數(shù)14，點夯填加碎石。第二遍樁數(shù)177根，錘重14 t，落距2 m，擊數(shù)2，錘印搭接滿夯。

3.3 施工監(jiān)測及工程現(xiàn)場檢測

3.3.1 施工監(jiān)測

為防止強夯施工對原有建（構）筑物造成損害，設計要求施工的同時對夯擊能量在夯點

周邊的擴散進行了實地監(jiān)測，對附近建（構）筑物進行了變形觀測。夯擊能量擴散監(jiān)測采用RSM-12G工程測振儀及891型加速度傳感器進行，主要監(jiān)測指標為加速度及夯擊首次沖擊波持續(xù)時間。變形觀測主要是采用T2經(jīng)緯儀和N3水準儀對夯區(qū)附近建（構）筑物（輸煤廊道，海堤，吊車軌道）進行了水平位移和垂直位移觀測，根據(jù)監(jiān)測和變形測量結果（僅幾毫米），強夯施工未對附近建（構）筑物產(chǎn)生位移影響。

3.3.2 工程現(xiàn)場檢測

為了評價地基土的加固效果，由沈陽勘察研究總院檢測中心人員對施工質(zhì)

量進行了檢測。共完成4處靜載試驗，24處動力觸探試驗，44處瑞利波試驗，檢測數(shù)據(jù)見附件一。

綜合分析處理后地基土的重型動力觸探，瑞利波檢測及靜載荷試驗結果，結合該場地施工工藝，根據(jù)復合地基承載力及復合地基壓縮模量計算公式：

式中：fsp，k—復合地基承載力標準值

fp，k—樁體單位截面積承載力標準值

fs，k-—樁間土的承載力標準值

m—面積置換率

Esp-—復合土層的壓縮模量

Es—樁間土的壓縮模量

n—樁土應力比

經(jīng)計算得出復合地基承載力標準值為210 kPa，壓縮模量為1.58 MPa。綜上所述，可得出如下結論：該場地復合地基承載力標準值可采用210 kPa，壓縮模量可采用1.58 MPa。

4 實驗成果

2個5 000 m3浮頂油罐4個1 000 m3浮頂油罐建設過程中，經(jīng)過充水試壓，基礎沉降基本穩(wěn)定，建成投入使用后，經(jīng)過4個多月的監(jiān)測，最大沉降為18 mm，對徑點最大差異沉降為8 mm，罐基礎最大錐面坡度變化為0.5%，均滿足設計要求，地基處理問題也已經(jīng)解決。所以采用振沖碎石樁和強夯置換碎石樁對處理圍堤填海的復雜場地。建造大中型油罐是成功的。這也是設計，建設單位，勘察，施工等多個單位通力合作的結果。取得了較大的經(jīng)濟效益和社會效益。

附件一：

采用重型動力觸探法在振沖處理場地共進行 4處樁體及4處樁間土檢測，動觸試驗統(tǒng)計見表1。

采用重型動力觸探法在強夯處理場地共進行 8處樁體及8處樁間土檢測，動觸試驗統(tǒng)計見表2。

根據(jù)每個試驗點的瑞利波速度計算出該試驗點各層間的瑞利波速度，由各試驗點的分層瑞利波速度統(tǒng)計計算出場地分層的瑞利波速度平均值，由場地瑞利波速度計算出場地分層的承載力值，見表3。

本次檢測共進行瑞利波測試44點，瑞利波檢測點位置見表7。

表1 振沖場地重型動力觸探統(tǒng)計表Table 1 Heavy dynamic sounding statistical data in vibroflotation site

表2 強夯場地重型動力觸探統(tǒng)計表Table 2 Heavy dynamic sounding statistical data in dynamic compaction site

表3 強夯場地碎石樁瑞利波試驗成果表Table 3 Result of rayleigh wave test for detritus piles in dynamic compaction site

表4 強夯場地樁間土瑞利波試驗成果表Table 4 Result of rayleigh wave test for soil between piles in dynamic compaction site

表5 振沖場地碎石樁瑞利波試驗成果表Table 5 Result of rayleigh wave test for detritus piles in vibroflotation site

表6 振沖場地樁間土瑞利波試驗成果表Table 6 Result of rayleigh wave test for soil between piles in vibroflotation site

表7 振沖及強夯碎石樁承載力標準值及對應沉降量表Table 7 The bearing capacity nominal value ofvibro-replacement and dynamic compaction detritus pile and the corresponding settlement

地基靜載荷試驗采用堆重反力結構。用安裝在500 kN千斤頂上的壓力表監(jiān)測施加的豎向荷載，用兩塊大量程（300 mm）位移百分表同時測讀承壓板在豎向荷載作用下的位移。

本次試驗采用0.5 m2的圓形承壓板。

本次檢測共進行地基靜載荷試驗4點7。

根據(jù)現(xiàn)場試驗記錄，經(jīng)整理計算后輸入計算機，由計算機繪制出振沖及強夯碎石樁靜載荷試驗 p-s曲線。根據(jù)試驗曲線，得出振沖和強夯碎石樁承載力標準值及對應沉降量，見表7。

［1］JGJ79-2002，建筑地基處理技術規(guī)范[S].

［2］JGJ94-2008，建筑樁基技術規(guī)范[S].