大功率振動水沖碎石樁在超大儲油罐軟土地基中的應(yīng)用_圖文

1、地質(zhì)學(xué)刊,32(3,221226,2008大功率振動水沖碎石樁在超大儲油罐軟土地基中的應(yīng)用吳建華(江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局第三地質(zhì)大隊,江蘇鎮(zhèn)江212001摘要:大功率振沖法可增加碎石樁直徑、樁長等,有效提高復(fù)合地基承載力,在軟地基處理方面具有較好的應(yīng)用前景,施工中確保加密電流、留振時間和加密段長度是保證大功率振動水沖碎石樁質(zhì)量的關(guān)鍵。以中國北方港曹妃甸原油碼頭儲油罐樁基工程為實(shí)例,對大功率振動水沖碎石樁在超大儲油罐軟土地基中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。關(guān)鍵詞:大功率;振沖碎石樁;質(zhì)量控制;河北唐山中圖分類號:T U47213+5文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-3636(200803-0221-06收稿

2、日期:2008-01-29;修訂日期:2008-04-24;編輯:蔣艷作者簡介:吳建華(1957,男,江蘇泰興人,工程師.0引言近年來振沖碎石樁作為一種傳統(tǒng)的地基處理方法,已在很多地區(qū)廣泛推廣應(yīng)用于火力發(fā)電廠、高速公路路基、工業(yè)及民用建筑等軟土地基,并向超深、超大直徑方向發(fā)展,傳統(tǒng)的30k W 、55k W 的振沖器處理地基已無法滿足不斷提高的設(shè)計地基承載力的要求,而更趨于使用75k W 、125k W 甚至130k W 振沖器,180k W 振沖器國內(nèi)已處于試驗(yàn)中。大功率振沖法處理軟地基設(shè)計目前還處在半理論半經(jīng)驗(yàn)狀態(tài),一些計算方法還不夠成熟,某些設(shè)計參數(shù)仍只能憑工程經(jīng)驗(yàn)選定。因此振沖碎石樁施

3、工特別是大功率振沖器施工質(zhì)量控制顯得尤為重要。1工程概況中國北方港曹妃甸原油碼頭儲油罐樁基工程位于河北省唐山市南100km 渤海中的曹妃甸島。一期工程100000m 3儲油罐8個,本工程為T 22原油罐。儲油罐高1715m ,基礎(chǔ)半徑4415m ,占地約6200m 2,基礎(chǔ)設(shè)計采用振沖碎石樁與原地基土組成復(fù)合地基,樁徑112m 113m ,樁長3010m ,樁間距214m 215m ,放射形(三角形布置。設(shè)計復(fù)合基地承載力特征值230kPa,要求振動器功率為130k W ,水壓為0.3MPa 018MPa,加密電流大于90A ,留振時間不小于8s,加密段長度013m 015m 。場地勘察深度內(nèi)

4、的土層為第四系全新統(tǒng)濱海相沉積層,巖性為粉細(xì)砂、粉質(zhì)粘土、粉土,多為層狀土。與振動水沖碎石樁施工有關(guān)地層分述如下。層吹填砂(Q 4m l :褐黃色,近期吹填,成分以粉細(xì)砂為主,含植物根莖、貝殼碎屑,含云母、石英、長石等礦物,濕飽和、稍密中密,局部松散。該層僅在T 22罐場地區(qū)域分布,層厚2130m 4180m ,在該區(qū)域T 22罐南部和西部邊緣為防波堤,1m 4m 范圍內(nèi)有圍填的塊石。層細(xì)砂(Q 4m :灰黃色,石英、長石為主,見貝殼碎屑、云母,顆粒級配均勻,很濕飽和,稍密密實(shí)。該層分布普遍,層厚2130m 4180m ,層底標(biāo)高-6113m 1110m 。層粉砂(Q 4m :灰色,石英、長石

5、為主,見貝殼碎屑,顆粒均勻,飽和,稍密密實(shí)。該層下部見粘性土薄夾層。該層分布普遍,層厚6190m 20150m ,層底標(biāo)高-24180m -9140m 。層粉質(zhì)粘土(Q 4m :灰色,含云母、有機(jī)質(zhì)、貝殼碎屑,軟塑,無搖振反應(yīng),切面稍有光滑,干強(qiáng)度中等,韌性中等,夾多層粉砂薄層,近互層狀。該層分布普遍,層厚7100m 31170m ,層底標(biāo)高-43164m -27170m 。層粉土(Q 4m :淺灰色,含貝殼碎屑、云母、石英,有鐵錳質(zhì)浸染,飽和,中密密實(shí),搖振反應(yīng)迅速,干強(qiáng)度低,無光澤反應(yīng),韌性低,上部0130m 0140m 為含貝殼15%25%的貝殼層。該層分布普遍,層厚0170m6120m

6、,層底標(biāo)高-46190m -39176m。場地地下水對混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕等級為中等腐蝕,對混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋腐蝕等級為弱腐蝕,對鋼結(jié)構(gòu)具有中等腐蝕。層土在抗震設(shè)防烈度為7度時判定為液化土層,液化等級為輕微。2施工工藝及技術(shù)指標(biāo)2.1工藝原理振動水沖碎石樁,是利用起重機(jī)吊起振沖器強(qiáng)烈水平振動和高壓力水沖貫入到土層預(yù)定深度,形成鉆孔,經(jīng)過清孔后從地面向孔中逐段填入碎石,并利用振沖器產(chǎn)生水平向振動力振擠填料及周圍土體,從而在地基中形成一根密實(shí)的樁柱體,和原基地土形成復(fù)合地基,并通過樁體與樁周土相互作用共同承擔(dān)上部荷載從而達(dá)到提高地基承載力,減少沉降量,提高抗震液化能力,增加地基穩(wěn)定性以及消除濕陷性黃土的

7、濕陷性等作用。振沖碎石樁適用于砂性土,非飽和性粘土,以及爐灰,爐渣,建筑垃圾為主的雜填土,松散的素填土。因其經(jīng)濟(jì)效益顯著、工藝簡單,工期短,加固效果好等特點(diǎn)而為建設(shè)單位所樂于接受,和其他軟基加固工藝(如沉管樁、粉噴樁、CFG樁等相比,振沖碎石樁的最大特點(diǎn)是樁徑較大(一般可達(dá)018m 113m、承載力大、抗液化力強(qiáng)。2.2工藝流程振沖碎石樁的工藝流程為:測放樁位振沖器就位造孔清孔逐段填料振密成樁結(jié)束。2.3主要施工機(jī)械振沖碎石樁機(jī):本工程根據(jù)設(shè)計要求及技術(shù)參數(shù),使用130k W振沖器,投入4臺Z CQ130型振沖器,并配4臺50T履帶吊車(吊臂高,大于37m組成碎石樁機(jī)。填料機(jī)械:施工時每臺碎石

8、樁機(jī)配一臺料斗為115m3的Z L M-30E裝載機(jī)喂料。振沖施工供水泵揚(yáng)程不小于80m,流量不小于15m3/h,本工程振沖器配套采用揚(yáng)程125m、供水量50m3/h的I S80-50-315型高壓水泵,蓄水池采用4m3鐵皮箱。電器控制裝置:可控制振沖施工中造孔電流、加密電流、留振時間等,施工中當(dāng)電流和留振時間達(dá)到設(shè)定值會自動發(fā)出信號(當(dāng)電流達(dá)到設(shè)計值時,指示燈亮;當(dāng)留振時間達(dá)到時,電鈴響,指導(dǎo)控制施工。振沖導(dǎo)管:采用外徑299mm,壁厚16mm的無縫鋼管與振沖器采用法蘭盤連接。施工前用鋼尺測量,在導(dǎo)管上每015m用8mm盤條焊結(jié)明顯的標(biāo)志。自檢設(shè)備:采用DPP2100型工程鉆機(jī),<42

9、鉆桿作探桿,探頭采用直徑74mm、錐角60°的重型探頭對工程近行跟蹤、成樁質(zhì)量檢查。2.4工程施工2.4.1測量放樣控制點(diǎn)及樁位測放采用全站儀(NTS2322和鋼尺,高程測量采用水準(zhǔn)儀(S3和塔尺。2.4.2造孔振沖器對準(zhǔn)樁位,先開啟壓力水泵,振沖器末端出水口噴水后,再啟動振沖器,待振沖器運(yùn)行正常開始造孔,使振沖器徐徐貫入土中直至設(shè)計深度。造孔應(yīng)注意以下7個方面的事項(xiàng)。振沖器開孔允許偏差不大于100mm;施工時振沖器噴水中心與樁位中心偏差不得大于50mm。造孔過程中振沖器應(yīng)處于懸垂?fàn)顟B(tài),防止振沖器偏離貫入方向,若發(fā)現(xiàn)樁孔偏斜應(yīng)立即糾正。造孔水壓宜控制在013MPa018MPa,本工程

10、經(jīng)試樁應(yīng)控制在014MPa016MPa。造孔速度取決于地層條件、振沖器類型及造孔水壓等,本工程造孔水量50L/m in,造孔速度不超過2.0m/m in。如遇振沖器不利貫入的土層時,應(yīng)增加水壓,如果效果仍不明顯,可增設(shè)輔助水管,以增加下沉速度。造孔深度不應(yīng)淺于設(shè)計處理深度以上013m 015m。造孔時,振沖器出現(xiàn)上下顛動或電流大于電動機(jī)額定電流無法貫入時,應(yīng)及時調(diào)整施工參數(shù)。造孔過程中,振沖器每貫入1m2m孔段,應(yīng)記錄一次造孔水壓、水量、電流和時間,直到貫入到設(shè)計圖紙規(guī)定的孔深。2.4.3清孔造孔時返出的泥漿較稠、孔中標(biāo)有狹窄或縮孔地段應(yīng)及時進(jìn)行清孔。清孔可將振沖器提出孔口或在需要擴(kuò)孔地段上下

11、提拉振沖器,使孔口返出泥漿變稀,保證振沖孔順直通暢以利石料沉落。2.4.4填料加密本工程正常情況下采用連續(xù)填222地質(zhì)學(xué)刊2008年料法進(jìn)行施工,當(dāng)石料在振沖器上蓬積,振沖器工作電流長時間達(dá)不到加密電流時,采用強(qiáng)迫填料法,即利用振沖器的自重和振沖力將孔上部的石料送到孔的下部。加密從孔底開始,逐段向上,當(dāng)達(dá)到設(shè)計規(guī)定的加密電流和留振時間后,將振沖器上提繼續(xù)進(jìn)行下一個加密段加密,重復(fù)上一步驟工作直至加密到設(shè)計要求樁頂標(biāo)高。樁體加密按如下方法控制。采用加密電流、留振時間、加密段長度作為控制標(biāo)準(zhǔn),填料量指標(biāo)作為參考值,當(dāng)填料量與設(shè)計要求相差較大時,及時調(diào)整施工工藝參數(shù),確保施工質(zhì)量。正式施工前對每臺機(jī)

12、組操作人員進(jìn)行崗前培訓(xùn),確認(rèn)施工工藝及施工技術(shù)參數(shù)。本工程采用的主要技術(shù)參數(shù)為:加密電流95A;留振時間8s;加密段長度30c m50c m。樁體材料采用40mm150mm碎石,含泥量不大于5%。樁體加密由樁底標(biāo)高開始,每次提升振沖器高度在110m115m左右,保證孔內(nèi)有015m加密樁體的填料量,并嚴(yán)格控制加密段長度在30c m50c m 內(nèi),中間不得漏振,振沖成樁應(yīng)超過設(shè)計樁頂標(biāo)高110m115m,當(dāng)超高不足時,振沖施工后應(yīng)對基地土層及有效樁體頂部做壓實(shí)處理。加密水壓控制在013MPa016MPa。振沖成樁時應(yīng)連續(xù)施工,不得中途停止,以免影響成樁質(zhì)量,施工中如發(fā)現(xiàn)串樁,應(yīng)對被串樁重新加密或在

13、其旁邊補(bǔ)樁。成樁過程中,應(yīng)保持振沖器處于懸垂?fàn)顟B(tài),施工電壓應(yīng)保持穩(wěn)定,允許偏差為380V±20V,加密過程中,當(dāng)電流超過振沖器額定電流時,暫?；驕p緩振沖器的貫入或填料速度。施工時應(yīng)由專人負(fù)責(zé)查對樁號,樁體加密時,每110m210m記錄一次電流、時間、水壓,并及時記錄填料量,記錄要詳細(xì)、如實(shí)、準(zhǔn)確、整潔。成樁完成后的樁頂中心與設(shè)計定位中心偏差應(yīng)小于200mm。3施工過程中的質(zhì)量預(yù)控、事故處理311樁位偏差控制樁位:每測放一批樁應(yīng)及時由質(zhì)檢員檢查驗(yàn)收,并及時報監(jiān)理審查。由于土質(zhì)(已施工段和未施工段相差大不均勻,造孔時向土質(zhì)軟(未施工的一側(cè)偏移,則在開孔時將振沖器向硬的一邊稍作偏移,偏移量

14、根據(jù)現(xiàn)場施工實(shí)際情況確定,也可在軟土一側(cè)倒入填料阻止樁位偏移。樁位標(biāo)識應(yīng)明顯、牢固,在施工時應(yīng)注意復(fù)核,保證其準(zhǔn)確度。如振沖器導(dǎo)管上端的橫拉繩拉力方向或松緊程度不合適造成振沖器偏移,現(xiàn)場應(yīng)及時調(diào)整拉繩方向和松緊度。振沖器與導(dǎo)管安裝時中心線不在垂直線上或?qū)Ч軓澢?。施工前?yīng)及時檢查,發(fā)現(xiàn)問題,應(yīng)立即調(diào)整或更換彎曲的導(dǎo)管。312樁頂標(biāo)高(有效樁長控制施工中應(yīng)及時測量了解地面高程變化情況。當(dāng)?shù)孛娉霈F(xiàn)下沉或淤積抬高時,振沖器入土深度要做相應(yīng)調(diào)整,以保證樁體長度。313施工技術(shù)參數(shù)的控制為保證加密電流和留振時間的準(zhǔn)確性,施工中應(yīng)采用電器自動控制系統(tǒng)。機(jī)械在高頻振動條件下,設(shè)定的加密電流、留振時間可能發(fā)生變

15、化,應(yīng)及時校正。施工中應(yīng)確保加密電流、留振時間和加密段長度都滿足設(shè)計要求,否則不能結(jié)束這一加密段。如成樁加密電流達(dá)不到設(shè)計要求,而振沖器在提拉時電流異常超負(fù)荷,此時應(yīng)停止填料,在該加密段多次提拉振沖器,待被卡石料暢通后正常施工。相同型號振沖器的空載電流也存在差異。因此,在施工中安排專人班前測量各機(jī)組振沖器的空載電流并進(jìn)行記錄。當(dāng)空載電流變化在5A以內(nèi)時,應(yīng)及時調(diào)整加密電流,當(dāng)空載電流發(fā)生突變時應(yīng)停止使用,查明原因?qū)φ駴_器進(jìn)行檢修,合格后再使用,保證各機(jī)組施工質(zhì)量的一致性。314材料質(zhì)量的控制填料應(yīng)經(jīng)過質(zhì)量檢驗(yàn)方可使用,填料的粒徑、含泥量及強(qiáng)度等指標(biāo)應(yīng)符合設(shè)計要求,填料應(yīng)按2000m35000m

16、3作為一組試樣進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn),不足2000m3時按一批次送檢。對不合格的石料一律清除出場。前場孔口指揮人員應(yīng)控制好加料速度和加料量,并及時做好記錄。322第3期吳建華:大功率振動水沖碎石樁在超大儲油罐軟土地基中的應(yīng)用315樁體質(zhì)量自檢控制對樁體的密實(shí)度采用重型動力觸探進(jìn)行抽樣檢測,檢測時間為成樁1d后進(jìn)行,檢測數(shù)量按施工樁數(shù)的1%3%控制,隨機(jī)進(jìn)行,檢測合格標(biāo)準(zhǔn)為標(biāo)準(zhǔn)重型動力觸探取值大于20擊/10c m。隨著工程的進(jìn)行要跟蹤并檢查成樁質(zhì)量。316預(yù)防抱卡振沖器(導(dǎo)管采用大直徑高強(qiáng)度導(dǎo)管,減小導(dǎo)管與振沖器連接處的突變,增加造孔設(shè)備的自重,增強(qiáng)穿透能力,可降低抱卡振沖器的機(jī)會。當(dāng)出現(xiàn)卡抱振沖器的跡

17、象時,應(yīng)及時停止下放振沖器,讓振沖器停留在原深度,加大水壓水量預(yù)沖一段時間,然后緩慢下放振沖器,在該地段附近多次上下提拉振沖器清孔,實(shí)現(xiàn)穿透。當(dāng)振沖器不慎卡埋在孔中,采用以上方法無效時,可使用大噸位吊車提住振沖器,起動振沖器慢慢上提,多次反復(fù)直至提出。4施工質(zhì)量及效果檢驗(yàn)受業(yè)主委托,保定實(shí)華工程測試有限公司對本工程進(jìn)行了碎石樁單樁復(fù)合地基靜載試驗(yàn)、碎石樁樁體重型動力觸探試驗(yàn)及樁間土標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn),檢驗(yàn)復(fù)合地基承載力、樁體的密實(shí)性、成樁連續(xù)性,評價樁間土的加固效果。共計完成單樁復(fù)合地基靜載試驗(yàn)5組、樁體重型動力觸探試驗(yàn)15根、樁間土標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)5孔,試驗(yàn)位置如圖1。根據(jù)“中國石化華北管網(wǎng)曹妃甸原油

18、罐振沖碎石樁復(fù)合地基檢測報告”,T22原油罐復(fù)合地基靜載試驗(yàn)P-S曲線平緩光滑,在520kPa最大試驗(yàn)荷載下,各檢測點(diǎn)復(fù)合地基均未遭到破壞,各檢測點(diǎn)復(fù)合地基承載力特征值均不小于220kPa,復(fù)合地基承載力特征值為260kPa,滿足設(shè)計要求。T22原油罐碎石樁樁體密實(shí)度較好,連續(xù)性、均勻性也較好。碎石樁樁間土性質(zhì)與場地勘察資料相比有較大改善,強(qiáng)度有較大提高,層土的液化已經(jīng)消除。檢測結(jié)果如表1、圖2 。圖1T22罐檢測點(diǎn)平面布置示意圖12靜載試驗(yàn)樁;22重型動力觸探試驗(yàn)樁;32樁間土標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)(說明:T2210251表示T22罐第10圈第51根樁;樁位按順時針方向布置;檢測點(diǎn)標(biāo)注表1各檢測點(diǎn)復(fù)

19、合地基承載力特征值及對應(yīng)沉降量試驗(yàn)點(diǎn)號T22123T2210251T227229T2210221T22728復(fù)合地基承載力特征值fs p,k/kPa260260260260260對應(yīng)沉降量s/mm1316210104101341413714136最大試驗(yàn)加載壓力P/kPa520520*對應(yīng)沉降量s/mm34158321052916934145441295結(jié)語振沖法加固軟土地基具有速度快、工期短、工藝簡單、操作簡便、成本低、應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)。振沖碎石樁加固的軟粘、砂土地基,承載力可提高3倍。一般認(rèn)為,設(shè)計承載力小于200kPa的結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)采用振沖法加固地基比較經(jīng)濟(jì),與其他樁基礎(chǔ)相比,可節(jié)省工程費(fèi)用

20、60%左右,縮短一半工期。而大功率振沖器則更有成樁直徑大、加固地基深度大、加固后復(fù)合地基承載力高的優(yōu)點(diǎn),在水庫堤壩加固、碼頭、大型油罐等軟地基處理中已顯現(xiàn)出有效提高復(fù)合地基422地質(zhì)學(xué)刊2008年圖2T22罐靜載試驗(yàn)點(diǎn)檢測曲線匯總圖承載力的良好效果。抓好施工過程中漏振、加密段過長及加密電流偏小等環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制,是大功率振沖器(特別是130k W加固超深地基成功的關(guān)鍵。實(shí)踐表明,適當(dāng)增加振沖設(shè)備自重(7t8t,用75T 100T汽車吊配合施工,效果更好。參考文獻(xiàn):1JGJ79-2002,建筑地基處理技術(shù)規(guī)范S.2DL/T5214-2005,水電水利工程振沖法地基處理技術(shù)規(guī)范S.3DL/T5214

21、-2002,建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范S.4鄭俊杰.地基處理技術(shù)M.武漢:華中科技大學(xué)出版社,2004.5SH/T3083-1997,石油化工鋼儲罐地基處理技術(shù)規(guī)范S.522第3期吳建華:大功率振動水沖碎石樁在超大儲油罐軟土地基中的應(yīng)用 226 地 質(zhì) 學(xué) 刊 2008 年 ( Party 3 of J iangsu Bureau of Geology and M ineral Resources, Zhenjiang 212001, J iangsu 中科院資深院士 。石油地質(zhì)學(xué)家 。江蘇蘇州人 , 生于上海 。 1945 年畢業(yè)于重慶國立中央大學(xué)地質(zhì)系 。 先后任大港油田 、 任丘油

22、田地質(zhì)研究所主任地質(zhì)師 , 勝利油田地質(zhì)所副所長 , 玉門油田地質(zhì)師 、 總地質(zhì)師 。 1991 年當(dāng)選中科院學(xué)部委員 ?，F(xiàn)任中國石油天然氣總公司石油勘探開發(fā)科學(xué)研究院總地質(zhì)師 ,是美國石油 地質(zhì)學(xué)協(xié)會終身會員 。 長期從事石油勘探開發(fā)和地質(zhì)研究工作 。在任西北石油局地質(zhì)師期間 ,從事鄂爾多斯盆地的地質(zhì)勘探 和延長油田的開發(fā) 。 1954 年 1958 年主持玉門油田的勘探開發(fā) 。 1959 年 1963 年參與松遼盆地的勘探和 大慶油田開發(fā) ,是大慶油田發(fā)現(xiàn)過程中的地球科學(xué)工作者之一 。積極倡議在大慶油田采用“ 油田邊內(nèi)橫切 割注水開發(fā)技術(shù) ”參與編制完成大慶油田第一部開發(fā)方案 薩爾圖油田

23、146 平方公里面積的開發(fā)方案 , “ 報告 ” 1964 年 1977 年主持渤海灣盆地地質(zhì)綜合研究 。 20 世紀(jì) 60 年代中期和 70 年代 ,參與創(chuàng)立了渤海 。 灣油區(qū) 。提出渤海灣油區(qū)復(fù)式油氣聚集 (區(qū) 帶的理論 ,用來指導(dǎo)實(shí)踐 。在我國陸相石油地質(zhì)理論 , 含油氣 盆地分類 ,儲層時片研究 ,古潛山油氣藏研究以及裂疑性儲層特征研究等方面都做出了重要貢獻(xiàn) 。 ( 出版著作有 : 石油勘探地下地質(zhì)學(xué) 、 中國含油氣盆地的構(gòu)造類型 英文版 和李德生石油地質(zhì)論 文集 1982 年獲國家科委自然科學(xué)一等獎 , 1985 年獲國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步特等獎 , 1994 年又獲美國石油地 。 質(zhì)學(xué)家協(xié)會國際石油地質(zhì)學(xué)杰出成就獎?wù)?。 (曉 生 Abstract: H igh 2 power vibration may increase the diameter and length of gravel p ile, imp rove the bearing capacity of comp lex founda2 tions, and is of fine