高能級強夯在儲罐區軟基處理中的應用

鐘鵬旭，李文勇

（1.中電投錦州港口有限責任公司，遼寧錦州 121007；2.中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300220）

關鍵字：高能級強夯；大型LNG 儲罐區；碎石土；地基處理

引言

采用高能級強夯在處理大厚度非飽和土、大面積重堆載場地、大中型油庫以及新近出現的液化天然氣儲罐等新近回填土等，可進一步提高地基土強度和均勻性，降低壓縮性，消除濕陷性，改善其抵抗震動液化的能力，使強夯法的經濟高效性得以更加充分地施展[1]。目前，國內興起的液化天然氣儲罐常采用回填碎石土作為地基，因其顆粒粒徑極不均勻，孔隙大，級配差，而且回堆填厚度較大，承載力和變形特性難以滿足指標要求，采用高能級強夯法處理這類場地能否滿足工程需求是亟待解決的重大問題。結合目前國內外高能級強夯原理及施工工藝的現狀，介紹渤海地區某液化天然氣（LNG）儲罐高能級強夯地基處理工程中的成功實踐，供同行參考。

1 工程概況

該項目建造5 個200 000 m3LNG 儲罐及相關配套工程，儲罐承臺投影范圍直徑及外擴區域110 m。項目所在區域上部土體為新近回填的碎石土（碎石和角礫），以風化巖屑和粘性土填充，土質不均勻，厚度介于14～21 m，因回填時間短且未經碾壓，土體處于松散～稍密狀態，其承載力和變形特性難以滿足上部結構所需。根據場地情況和上部結構需要，并經地基處理方案比選，采用高能級強夯法對其進行加固，要求經處理后的地基承載力 fak≥220 kPa，變形模量E≥18 MPa，加固深度≥15 m。另外，本項目北側為護岸，尚需對該護岸在高能級強夯影響下的穩定性和安全性監測。

2 強夯試驗

在場地具有代表性的位置選取30 m×30 m 的區域進行試夯，強夯處理工藝采用“夯三平二”工藝，即點夯3 遍，滿夯2 遍。夯錘直徑2.2～2.6 m，第1 遍和第2 遍點夯的單擊夯擊能為12 000 kN·m，第3 遍能級 6 000 kN·m，第4 遍和第5 遍滿夯夯擊能為2 000 kN·m，夯點間距均為9 m×9 m。

試夯時，選取護岸合適位置布置速度拾振器監測其動力反應。夯后，布置平板載荷試驗、重型動力觸探及瑞雷波試驗各3 點對地基加固效果進行評價和綜合分析。

圖1 夯點及檢測點位示意圖

2.1 護岸振動監測

因場區北側約80 m 處有東西走向、高約6 m的防浪護岸，為確定高能級強夯施工對護岸的影響程度，并對其進行評價，隨機選取試夯區不同距離6 個夯點位置，并在護岸距試夯區最近處布置兩處測試點，A 點位于護岸墻根地面上，B 點位于護岸頂部表面。各測試點均對強夯振動過程進行監測。

測試前，測試點均按徑向、切向、垂向三個方向設置不同的拾振器，分別記錄徑向、切向、垂向三個方向的振動分量。

根據表1、表2 所測數據可知，強夯時的瞬時沖擊振動，護岸墻根部地面和頂部表面的振動速度隨距離的增大而逐漸衰減。就單一測點而言，無論A 點或B 點，徑向振動速度最大，垂向次之，切向最小。這表明強夯施工對護岸的影響以水平徑向起主導作用，垂直方向的作用也不可忽視。另外，B 點較A 點最大振動速度值在徑向、切向、垂向三個維度均大，這反映出相對于底部，護岸頂部因無約束更容易在強夯振動影響下誘發結構的破壞或者結構內力的重新調整。

表1 A 點振動測試結果

表2 B 點振動測試結果

參照《爆破安全規程》GB6722 相關規定，可知在本試夯區特定條件下，護岸結構物最大質點振動速度瞬時合成值最大2.91 mm/s，滿足相關要求，即12 000 kN·m 高能級強夯不會對護岸產生較大的結構破壞。倘若后期有護岸近距離有強夯施工，開挖一定深度的隔振溝能對保護護岸有明顯的作用。

2.2 平板載荷試驗

平板載荷試驗直觀且能反映載荷板以下2 倍板寬范圍內地基土的強度和變形綜合特性，尤其對于成分和結構不均勻的碎石土更為合適。試夯區布置了3 點平板載荷試驗。

根據試驗結果繪制的荷載-沉降（Q-s）曲線如圖2 所示。夯后載荷試驗點Z1、Z2、Z3 加載至440 kN 時，Q-s 曲線均呈緩變形，荷載板周邊亦未出現明顯隆起，根據《建筑地基處理技術規范》JGJ79 相關規定，得到夯后試驗點Z1、Z2、Z3 承載力特征值fak均大于220 kPa，變形模量E 依次為33.3 MPa、40.4 MPa、38.7 MPa，滿足設計要求。

圖2 平板載荷試驗曲線圖

2.3 重型動力觸探試驗

強夯前、后各進行了3 點重型（N63.5）動力觸探試驗，夯前、夯后動力觸探對比曲線如圖3-5 所示。

圖3 D1 夯前、夯后對比曲線圖

圖4 D2 夯前、夯后對比曲線圖

圖5 D3 夯前、夯后對比曲線圖

因場區內加固深度范圍內的素填土（碎石）和素填土（角礫）組分差異性大，致動探擊數離散性大，密實度不均勻。總體而言，隨著深度增加動探擊數逐漸遞減，這表示強夯影響作用在逐漸減弱。夯前動探擊數平均為5.5 擊，土體密實度以松散為主，局部稍密。夯后0～5.5 m 深度范圍內動探擊數平均為13.8 擊，土體密實度為中密～密實，該深度范圍加固效果相當明顯。5.5～15.0 m 深度范圍內動探擊數平均為8.7 擊，土體密實度為稍密～中密，該深度范圍加固效果較為明顯。從動力觸探數據分析，強夯有效加固深度不小于15m。

2.4 瑞雷波試驗

瑞雷波波速的高低，直接反映了地基土的承載性狀。在強夯加固后的地基上進行瑞雷波探測，對比瑞雷波波速的變化情況，可對地基加固效果進行相應的評價。本次應用的主要設備為SWS 型面波儀，采用 12 道 1 個排列，進行多道瞬態面波測試。夯后瑞雷波頻散曲線如圖6-8 所示。

圖6 R1 瑞雷波頻散曲線如圖

碎石土回填地基經高能級強夯處理后，土體顆粒間空隙受到擠壓，土體變密實，瑞雷波波速將會隨著介質密度的增加而增大。夯后土體波速介于200～270 m/s，波速曲線形態呈上高下低，這與動力觸探錘擊數的變化趨勢一致，另外也說明場地均勻性較好。波速曲線局部有突變段，通過與附近動力觸探孔資料對比，可以發現曲線轉折部位往往對應著該深度內存在較大粒徑的塊石，而且在塊石粒徑越大，波速突然變小幅度也越大，這充分說明土體中若存在較大塊石會明顯影響其下土體的加固效果。

圖7 R2 瑞雷波頻散曲線如圖

圖8 R3 瑞雷波頻散曲線如圖

3 結語

1）強夯時的瞬時沖擊振動，振動速度隨距離的增大而逐漸衰減。這表明強夯施工對護岸的影響以水平徑向起主導作用，垂直方向的作用也不可忽視。相對于底部，護岸頂部因無約束更容易在強夯振動影響下誘發結構的破壞或者結構內力的重新調整；

2）平板載荷試驗和重型動力觸探結果表明對地表以下一定深度范圍內的土體加固效果較為明顯，其強度和變形能力均能滿足后期設計和施工使用；

3）夯后土體波速介于200～270 m/s，波速曲線形態呈上高下低，與動力觸探錘擊數的變化趨勢一致，同時說明場地均勻性較好。