南堡油田灘海地段軟弱地基處理技術

吳旺寶

冀東油田工程監督中心

南堡油田灘海地段軟弱地基處理技術

吳旺寶

冀東油田工程監督中心

在灘海地段石油勘探開發過程中經常面臨軟弱地基處理的問題。南堡油田灘海地段多采用吹填土形成軟弱地基，吹填土呈流塑狀態，天然含水率大、承載力低，常規設備無法在上面施工作業。在南堡油田3-2平臺建設中采用了開挖明溝，強降排水，鋪設雙向格柵并回填石碴進行軟弱地基處理的方案。該方案可在短期內提高地基承載力，達到大型鉆機進場安裝條件；且成本低廉，施工速度快，能有效縮短工期。南堡3-2平臺地基處理共用時9天。經檢測，處理后的場地能滿足大型鉆機進場安裝所需要的承載力，達到了預期的質量及工期目標。

灘海地段；軟弱地基；施工；承載力

隨著石油勘探開發的重點由陸地轉向海洋，南堡油田灘海地帶油田地面建設工程日益增多。該區塊多采用近海新近沉積的泥砂作為吹填料，經吹填形成作業平臺。這種吹填土表面積大，孔隙率小，一般含水處于飽和狀態。砂層的結構極不穩定，失去水后地基承載力顯著增強，遇水后內部結構迅速破壞并使地基承載力減弱甚至消失[1]。在工程開工前需要進行軟弱地基處理以適應開發建設的需要。

1 工程概況

冀東油田南堡3-2新建平臺位于曹妃甸工業區K16+東側，占地面積為6×104m2。該平臺為新近吹填的臨時場，吹填厚度達到6 m。場地土質主要由中、細砂組成，含泥量較少。由于剛剛吹填完，吹填砂體含水量極高，吹填土處于流動和松散狀態，極其不穩定，呈流塑狀態，地基承載力在40 kPa以下。

根據建設單位要求，需要對該場進行處理，工期要求10天。地基處理的目標是地基承載力達到200 kPa以上，能夠滿足鉆井機械等大型設備進場安裝及各類土建工程施工的需要。

2 施工方案的選擇

吹填土是一種特殊類型的軟土，具有三高一低的特點，即天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度低，一般呈軟塑到注塑狀態[2]。地基土處理的方法有多種，《建筑地基處理技術規范（JGJ79-2002）》給出了15種常用的地基處理方法。結合本工程的地基特性及短期內需要達到鉆井設備進場安裝的要求，共擬定了以下3種施工方案可供選擇：

（1）換填墊層法。該方法采用拋石擠淤進行地基處理，拋石厚度為1.5 m，造價為540萬元，成本高。由于平臺三側為模袋，只有一條進場路，路寬4 m，只能允許一輛施工車輛單次進出，工期較長。

（2）攪拌法。該方法采用固化劑進行攪拌處理，固化厚度為1 m，摻固化劑比例為30%，造價為400萬元以上，成本較高，工期較長，軟土處理效果一般。

（3）開挖明溝，強降排水，鋪設雙向格柵回填石碴進行地基處理。采用該方法不但成本低廉，而且能在較短時間內提高地基表層土的強度，短期內即可達到重型設備進場的條件。雙向塑料土工格柵是用高分子聚合物通過擠壓、成板、沖孔后再經縱向和橫向拉伸而成。該材料在縱向和橫向上都具有很大的拉伸強度，這種結構在土壤中同樣也能提供一個更為有效的力的承擔和擴散的理想的連鎖系統，適應于大面積、永久性承載的地基補強。應用格柵把石碴填料與格柵網格互相鎖合在一起，形成穩定的持力層結構。從力學角度講，它可有效地分散載荷，并可承受一定的沖擊載荷，大大提高了整體強度和地基承載力，在理論上是可行的。此外，雙向塑料土工格柵適用范圍極其廣泛，可以在惡劣環境條件下施工，并能大大縮短工程建設周期。

經綜合比較，第三個方案成本低，施工周期短，因此選擇此方案來組織施工。

3 施工方法

3.1 開挖明溝，強降排水

3.1.1 開挖排水溝

南堡3-2平臺東西長300 m，南北寬200 m。首先將平面分隔成50 m×50 m施工單元，在每個單元的四周開挖排水明溝，溝寬2 m左右，溝深1.0～1.5 m。每個施工單元內的地下水靠自身的滲透壓力向四周排水溝自然排出一部分，剩余水就要靠施加外力擾動排出。

由于土體成液化狀態，初期依靠浮筒挖掘機進行開挖作業。受土質條件的限制，每次開挖深度不超過400 mm，對于坍塌區段要重新清理，經多次重復開挖直至達到設計深度為止。

3.1.2 挖掘機擾動排水

因吹填砂層滲透系數小，地下水若靠自然滲出、晾曬，工期不允許，因此需要對含水層施加外力進行擾動排水。其作用機理：吹填土成飽和狀態，在外力周期性作用擾動下，土體中孔隙水壓力驟然上升，液化后的土粒在自身重力、上覆土層壓力作用下重新排列，土的孔隙比減小，密實度增加，同時地下水涌出地表。在浮筒式挖掘機施工3天后，由于自然排水固結，地基承載力提高，改用履帶為600 mm寬的普通挖掘機進場施工。工作方法：將挖掘機的鏟斗插入地面前后搖動1～2 min，然后向前移動挖掘機重復以上操作，地下水就會像噴泉一樣滲出地面，通過排水明溝匯集到一起，然后用水泵抽走。

為了進一步提高地基表面硬度，使用180型推土機排壓2～3遍，將地基土中未能排出的地下水強力擠出，將表層土壓實，進一步提高地面強度。

3.2 鋪設土工格柵

本工程采用雙向拉伸土工格柵，其型號為TGSG20-20，產品性能技術指標見表1。

將場地碾壓平整，高差不大于100 mm。場地平整后鋪設格柵，縱軸向應與主要受力方向一致，搭接寬度不小于250 mm，搭接處用16#鍍鋅鐵絲進行綁扎。鋪設時要求平整、繃緊、順直，避免折皺或扭曲，每隔1.5～2 m用U型釘固定于地面上。共鋪設雙向拉伸土工格柵12 766 m2。鋪設完后盡量避免施工車輛和施工機械行駛或停放在已鋪好的土工格柵上。

表1 雙向拉伸土工格柵技術指標

3.3 填筑石碴

土工格柵鋪設完后及時進行600 mm厚石碴填筑。分層鋪墊，每次鋪墊厚度為300 mm，碾壓密實，共計回墊石碴7 660 m3。

表面不平整處用細塊石或鋼渣找平，填筑時避免對土工格柵造成破壞。

南堡3-2平臺地基處理共用時9天。經檢測，處理后的場地能滿足大型鉆機進場安裝所需要的承載力，達到了預期的質量及工期目標。

4 結語

（1）南堡3-2平臺的吹填土質比較好，含淤泥少，排水較容易，排水后固結情況較好。考慮到工期和投資成本的因素，采用水陸兩用的浮筒式挖掘機反復多次地進行開挖排水溝，對場地進行強力擾動迫使地下水從排水溝中排走，使表層吹填土的含水量降低，表層土更加密實，強度得到提高。

（2）鋪設土工格柵，利用土工格柵鎖合上面的石料，形成一個整體受力，行車時起到了分散荷載的作用，提高了地基承載力。

（3）鋪墊600 mm厚度的石碴進行井場硬化，優先填筑第一部鉆機就位的區域，推土機推平，分層碾壓。

（4）本方案利用土工格柵處理軟弱地基具有以下優點：①進行地基補強，使負荷得到擴散，提高承載力，適用于灘海地段吹填土質的軟弱地基處理；②施工方便，省時、省力，成本低廉，施工速度快，能有效縮短工期；③減少井場填筑渣石厚度，節約造價，土工格柵上面適合鋪墊大粒徑的石料，效果更好。

[1]賀仁貴．真空動力固結施工技術在吹填沙土地基處理中的應用[J]．中小企業管理與科技，2008（35）：113.

[2]王芳，郭進京，鄭忠成．吹填土地基處理方法的討論[J]．巖土工程界，2009，12（6）：15.

（欄目主持 樊韶華）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.10.039

吳旺寶：工程師，2007年畢業于中央廣播電視大學土木工程專業，從事地面建設和油氣儲運監督工作。

2015-04-17

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