強夯法在卡拉庫姆國天然氣處理廠地基處理中的應(yīng)用

強夯法在卡拉庫姆國天然氣處理廠地基處理中的應(yīng)用

1沙區(qū)填方區(qū)域該項目位于圖姆斯坦布州阿姆河右岸，位于阿姆河盆地，卡拉庫姆沙漠，屬于沙漠形態(tài)單位。場地大部分區(qū)域?qū)儆陲L(fēng)積地貌成因的草灌叢壟崗狀沙灘,多屬于固定沙丘,高差幾米至幾十米,一般為2～4m,少部分為丘狀沙地。沙丘上植物主要為低矮灌木,呈斑狀或不連續(xù)分布,覆蓋厚度30%～40%,表層為粉砂土,無活動跡象。在該區(qū)域建設(shè)一個天然氣處理廠,需要對于填方區(qū)域采用強夯處理方案,使地基的承載力、變形及地基均勻性符合設(shè)計的要求。根據(jù)現(xiàn)場實際條件,強夯能級定為1500kNm、2000kNm、3000kNm、4000kNm。2項目的地理條件2.1中生界地層阿姆河盆地是以中生界為主的沉積盆地,中生界地層以砂巖、泥巖為主,局部為鈣質(zhì)砂巖。中生界地層之上新生界地層發(fā)育有第三系和第四系地層。第三系以粘土、粉砂巖、砂、細(xì)砂等為主。第四系地層以晚更新統(tǒng)Q3和全新統(tǒng)Q4大陸沉積層為主。2.2細(xì)砂層次劃分場地多屬于固定沙丘地貌,地層主要由晚更新Q3陸相沉積砂土組成,細(xì)砂為褐黃色,稍濕,礦物成分為石英、長石、云母,分選好,級配不良。層里不發(fā)育,無包含物,局部為亞粘土夾層,夾層厚度不超過5m,亞粘土層里發(fā)育。該層厚度大,自上而下按其密實程度分為三個亞層:1～1亞層為稍密狀態(tài)細(xì)砂;1～2亞層為中密狀態(tài)亞層;1～3為密實狀態(tài)細(xì)砂。2.3現(xiàn)場地下水地下水位穩(wěn)定埋深約14～15m,穩(wěn)定水位標(biāo)高為190m左右。3地基處理方案的確定由于本工程地處土庫曼斯坦卡拉庫姆沙漠腹地,沙漠里嚴(yán)重缺水,這對地基處理工作造成了極大的困難,必須綜合考慮各種因素,采用合理的地基處理方案。而目前沙漠地帶的地基處理工程沒有可借鑒的工程經(jīng)驗,筆者初步設(shè)想了兩種地基處理方案進行對比。3.1振沖擠密法加固砂層技術(shù)振沖擠密法利用振動和水沖使地基振密實,在振動密實過程中形成的空洞,用碎石回填再振密實,適用于處理砂土和粉土等地基。振沖擠密法加固砂層的原理簡單說來是一方面依靠振沖器的強力振動使飽和砂層發(fā)生液化,砂顆粒重新排列,孔隙減少,另一方面依靠振沖器的水平振動力,在加碎石等回填料情況下還通過碎石等使砂層擠壓加密。該種地基處理方法處理效果好,但施工現(xiàn)場處于沙漠腹地,加之土庫曼斯坦碎石供應(yīng)極為困難且造價很高,只能放棄該方案。3.2強法律調(diào)控土含土基充填法強夯法是由法國Menard技術(shù)公司于1969年首創(chuàng)的一種地基加固方法,它通過10～40t的重錘和10～40m的落距,對地基土施加很大的沖擊能(一般為500kN·m～8000kN·m),利用沖擊能在地基土中所出現(xiàn)的沖擊波和動應(yīng)力,提高地基土的強度、降低土的壓縮性、改善砂土的抗液化條件、消除濕陷性黃土的濕陷性等。同時,夯擊能還可提高土層的均勻程度,減少將來可能出現(xiàn)的差異沉降。強夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與粘性土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基,尤其適合于砂土地基的加固處理。強夯法設(shè)備簡單,施工便捷,技術(shù)成熟,施工質(zhì)量容易控制,施工周期短,而且以往的工程實踐證明強夯法在各類土處理都取得了十分良好的技術(shù)經(jīng)濟效果。綜合考慮施工材料、施工機械、施工周期及施工難度等因素,本工程采用了強夯法進行地基處理。3.3到中密細(xì)砂亞層頂面(1)填方區(qū)(非鋼管樁建構(gòu)筑物及裝置區(qū)輪廓外5m范圍內(nèi))要求處理后地基承載力特征值不低于180kPa,壓縮模量不低于13MPa,處理深度達(dá)到中密細(xì)砂亞層頂面。(2)填方區(qū)需打鋼管樁的構(gòu)筑物由于處于裝置區(qū)內(nèi),與其他結(jié)構(gòu)形式的建構(gòu)物交叉布置,設(shè)計要求按如上。(3)填方區(qū)需打鋼管樁的建筑物的地基也需要強夯處理,可采用低能級強夯,要求處理后的地基承載力特征值不低于150kPa,壓縮模量不低于10MPa,處理深度需達(dá)到中密細(xì)砂亞層頂面。(4)填方區(qū)(非建筑物及裝置區(qū))即可采用低能級強夯處理,要求最終的場地土壓實系數(shù)達(dá)到0.85(一般場地)～0.90(道路)。3.4強制安裝參數(shù)設(shè)計根據(jù)設(shè)計條件并結(jié)合試夯的試驗結(jié)果,確定強夯主要施工參數(shù)如表1。4強制安裝4.1第一階段時時基礎(chǔ)夯實作用①清理并平整施工場地;②施放夯點位置,根據(jù)現(xiàn)場情況必要時設(shè)置隔振溝并設(shè)置監(jiān)測點。③起重機就位,使夯錘對準(zhǔn)夯點位置;④測量夯前錘頂高程;⑤將夯錘起吊到預(yù)定高度,待夯錘脫鉤自由落下后。放下釣鉤,測量錘頂高程,若發(fā)現(xiàn)因坑底傾斜而造成夯錘歪斜時,應(yīng)及時將坑底整平;⑥重復(fù)步驟⑤,按設(shè)計規(guī)定的夯擊次數(shù)及控制標(biāo)準(zhǔn),完成一個夯點的夯擊;⑦重復(fù)步驟③至⑥,完成第一遍全部夯點的夯擊;⑧用推土機將夯坑填平,并測量場地高程;⑨在第一遍夯擊完成1周后進行插夯;⑩插夯完成一周后,進行遍夯,將場地表層松土夯實,并測量夯后場地高程。4.2強寬帶設(shè)計施工(1)強夯施工用帶自動脫鉤裝置的履帶式起重機,在臂桿端部設(shè)置輔助門架,或采取其他安全措施,防止落錘時機架傾覆。(2)強夯施工前,甲方應(yīng)提供場地范圍內(nèi)的地下構(gòu)筑物和各種地下管線位置及標(biāo)高,以便施工時采取必要的措施,避免因強夯施工而造成破壞。(3)強夯施工過程中,應(yīng)做到夯錘升降平穩(wěn),避免歪夯,禁止錯位夯擊施工。(4)強夯施工過程中應(yīng)有專人負(fù)責(zé)下列監(jiān)測工作:①開夯前應(yīng)檢查夯錘重和落距,以確保單擊夯擊能量達(dá)到設(shè)計要求;②在每遍夯擊前,應(yīng)對夯點放線進行復(fù)核,夯完后檢查夯坑位置,發(fā)現(xiàn)偏差和漏夯時應(yīng)及時糾正;③按設(shè)計要求檢查每個夯點的夯擊次數(shù)和每擊的夯沉量。5基礎(chǔ)處理效果分析強夯地基處理檢測主要為載荷試驗和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗。其中載荷試驗主要測試地基承載力,標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗主要測試地基密實度。5.1沉降已達(dá)相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)的荷載計算根據(jù)現(xiàn)場實際情況,載荷試驗檢驗點設(shè)置80個。試驗承壓板面積為1.0m2最大加載量為設(shè)計承載力特征值的2倍。試驗加荷方式采用分級維持荷載沉降相對穩(wěn)定法,加荷等級為10級,第一級按2倍分級荷載加荷。每級荷載施加后,間隔5min、5min、10min、10min、15min、15min各測讀一次沉降,以后每隔30min測讀一次沉降,當(dāng)連續(xù)每小時沉降量小于等于0.1mm時,即視為沉降已達(dá)相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn),施加下一級荷載。典型載荷試驗數(shù)據(jù)如表2所示。當(dāng)荷載為368kPa時,最大沉降為9.36mm典型載荷試驗P-s曲線、s-lgP曲線、s-lgt曲線如圖1、圖2、圖3所示。由試驗結(jié)果可知:強夯后地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值為180kPa。由載荷試驗圖1可以看出,P-S曲線幾乎呈直線狀,說明強夯后地基比較均勻。5.2混凝土基礎(chǔ)質(zhì)量根據(jù)工程需要,在夯前、夯后進行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗,針對不同地基處理區(qū)域,按每900m2不少于一個試驗點,孔深6m(根據(jù)選用強夯能級影響的深度),每孔1.0m間距做1次標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗,夯前標(biāo)貫孔為224個,夯后標(biāo)貫孔為897個。典型標(biāo)貫試驗結(jié)果如圖4所示。通過夯前、夯后數(shù)據(jù)分析,強夯后的標(biāo)貫試驗擊數(shù)比強夯前有不同程度的提高,深度在5m以內(nèi),強夯后的標(biāo)貫擊數(shù)是強夯前的1.5～2.0倍左右,各孔的標(biāo)貫擊數(shù)平均值均在30擊以上。經(jīng)強夯處理后的土體密實度提高明顯,根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021-2001)中標(biāo)貫擊數(shù)對砂土密實度N的判斷:15<N≤30為中密,N>30為密實。判斷強夯處理后的砂土整體密實性達(dá)到中密程度,即達(dá)到設(shè)計的要求。6強寬基坑樁地基處理的優(yōu)勢通過該工程的實踐,充分說明強夯法是在沙漠地帶處理細(xì)沙地基來加固地基的最佳方案,且有以下優(yōu)點:(1)通過靜載試驗及標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗的結(jié)果可知,強夯處理后地基的強度、變形、地基均勻性均滿足設(shè)計要求。(2)采用強夯法可以極大降低地基處理的成本。本工程最初是按擠密碎石樁地基處理,工程造價約1.2億人民幣,而按照強夯法進行處理,工程造價約5000多萬人民幣,極大節(jié)約了工程成本。(3)強夯法