高能級強夯加固山區(qū)回填地基普光氣田凈化廠強夯處理工程

職稱評定論文8000kN.m能級強夯在普光氣田凈化廠西區(qū)120萬平方米山區(qū)非均勻回填地基處理工程中的應用單位：中國化學工程重型機械化公司姓名：黎龍云日期：二〇〇八年十月PAGE14職稱評定論文8000kN.m能級強夯在普光氣田凈化廠西區(qū)120萬平方米山區(qū)非均勻回填地基處理工程中的應用黎龍云一、工程概況中國石油化工股份有限公司中原油田分公司普光氣田凈化廠是國家重點工程項目，川氣東送工程的重要項目。廠址位于四川省宣漢縣普光鎮(zhèn)銅坎村（趙家壩），在普光鎮(zhèn)西南約2.5公里，正南距宣漢縣約20公里，西距210國道約20公里，交通便利，介于北緯31°06′08″～31°49′57″、東經(jīng)107°22′29″～108°32′47″。普光氣田是目前國內(nèi)繼中石油羅家寨大型高含硫天然氣之后的又一重大發(fā)現(xiàn)，預計2008年探明天然氣地質(zhì)儲量2100×108m3。動用地質(zhì)儲量1500×108m3，凈化廠建成后生產(chǎn)能力為年產(chǎn)150×108m3天然氣。普光氣田天然氣凈化廠原廠址（東區(qū)）2006年已經(jīng)按原設計方案平整場地并對填土層進行了強夯加固處理。西區(qū)是在原計劃凈化廠（東區(qū)）的基礎上，將規(guī)模向西擴大一倍，西擴區(qū)域南北長約800米，東西長約900米。本工程要對東區(qū)有變化的區(qū)域和西區(qū)的填方區(qū)，在回填的過程中對填土層進行強夯加固處理，以提高其密實度。項目地基處理工程由中國建筑西南勘察設計研究院設計，西區(qū)填方區(qū)分5層進行強夯施工：350m標高層、358m標高層、366m標高層、374m標高層和380m標高層，強夯能級90%以上為8000kN.m，填方厚度較小的區(qū)域采用4000kN.m和3000kN.m能級，五層強夯地基處理施工總面積為1212501.49m2。經(jīng)過招投標，強夯施工由六家施工單位共同完成，本文介紹中國化學工程重型機械化公司在本工程中的施工概況及其施工區(qū)的檢測情況。二、工程地質(zhì)條件1.地形地貌擬建場地位于四川盆地東部，大巴山南坡前山帶，屬盆地邊緣低山－丘陵區(qū)，構造剝蝕地形，地形起伏較大，地貌屬低山峽谷區(qū)。場區(qū)內(nèi)總體地勢北高南低，北部是低矮山丘，南部小河從場地南側(cè)流過。場地西、北、東三面屬低山丘陵，山頂海拔在450～500m之間，山丘相對高差在60～150m之間，自然坡度在20～30度之間。2.地層結(jié)構及巖性特征勘察過程中場區(qū)范圍內(nèi)出露地層主要為侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組泥巖、砂巖和砂質(zhì)泥巖等，第四系松散層則以殘坡積層、坡積層、沖洪積層和人工填土為主。從上至下分述如下：1．填土層（Q4ml）:雜色，主要由粘性土組成，含少量碎塊石及有機質(zhì)，層厚在0.8～4m之間，主要分布于村落附近。2．粉質(zhì)粘土層（Q4pd）：褐色，流塑，飽和，主要由粘粒和粉粒組成，含植物根及有機質(zhì)，斷續(xù)分布于山谷之間的水田、水塘中，層厚在0.3～1.9m之間。2-1．粉質(zhì)粘土層（Q4el+dl）：褐色，軟塑，濕，主要由粘粒和粉粒組成，含少量碎石，植物根及有機質(zhì)，主要分布于山間谷地中，層厚在0.14～6.0m之間。2-2．粉質(zhì)粘土層（Q4al+pl）：為第四系沖洪積形成，褐色，可塑，稍濕，主要由粘粒和粉粒組成，含少量碎石，主要分布于山間谷地中，層厚在0.2～10.5m之間。3．細砂（Q4al+pl）：灰色，松散～稍密實，稍濕～濕，主要由長石、石英組成，含少量粘粒，呈透鏡狀分布，主要分布于河谷階地，層厚在0.9～10.2m之間。4．角礫（Q4al+pl）：呈透鏡狀分布，層厚在0.8～1.9m之間。5．泥巖、砂質(zhì)泥巖層（J2s）：為軟質(zhì)巖石。侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組，巖層產(chǎn)狀為156∠55度，巖層節(jié)理裂隙不發(fā)育，棕紅色，薄至中厚層狀，塊狀構造，泥質(zhì)膠結(jié)。根據(jù)風化特征，將該層分為全風化層（r3）、強風化層（r2）、中等風化層（r1）和未風化層。6．砂巖層（J2s）：為硬質(zhì)巖石。侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組，巖層產(chǎn)狀為156∠55度，巖層節(jié)理裂隙不發(fā)育，細粒結(jié)構，鈣泥質(zhì)膠結(jié)，薄～中厚至巨厚層狀構造，錘擊聲脆，難擊碎，回彈大，風化物呈砂粒狀。根據(jù)風化特征，將該層分為全風化層（r3）、強風化層（r2）、中等風化層（r1）和未風化層。三、強夯設計方案及施工參數(shù)的確定1.本工程地基處理方案因有凈化廠東區(qū)強夯處理的成功經(jīng)驗，建設單位結(jié)合現(xiàn)場實際情況，經(jīng)過在工期、建設投資、質(zhì)量保障等各個方面的綜合對比，決定西區(qū)地基處理方案仍然采用強夯工藝。2.設計院初步設計的8000kN.m能級強夯施工參數(shù)：（1）350m標高層后巴河區(qū)強夯：強夯能級8000kN.m，主夯點6米正三角形布置，分兩遍進行，每點10-14擊，以最后兩擊平均夯沉量≤150mm控制，若不滿足適當增加擊數(shù)；兩遍點夯后用2000kN.m能級滿夯一遍，3擊，夯印搭接1/3，不得留有空白。（2）358m標高層、366m標高層、374m標高層和380m標高層強夯：主夯能級8000kN.m，主夯點8m×8m正方形布置，分兩遍進行，第二遍在第一遍四個主夯點中間插點，每點10-14擊，以最后兩擊平均夯沉量≤150mm控制，若不滿足適當增加擊數(shù)；兩遍主夯后在第一遍或第二遍相鄰兩個主夯點中間插點施工加固夯，能級4000kN.m，以最后兩擊平均夯沉量≤100mm控制，若不滿足適當增加擊數(shù)；加固夯后用2000kN.m能級滿夯兩遍，3-4擊，夯印搭接1/3，不得留有空白。（3）地基處理后要求新填土層的壓實系數(shù)應不小于0.97，并且地基承載力特征值不小于200kPa，壓縮模量不小于12Mpa。3.試夯及最終施工參數(shù)的確定建設單位安排了其他施工單位于2008年1-2月在后巴河區(qū)350m標高層進行試驗性施工，并于施工結(jié)束2周后進行了科學嚴格的檢測，根據(jù)檢測結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場實際情況及東區(qū)的施工經(jīng)驗，最終確定了大面積強夯施工8000kN.m能級強夯施工參數(shù)：350m-380m標高層：強夯能級8000kN.m，主夯點6米正三角形布置，分兩遍進行，每點10-14擊，以最后兩擊平均夯沉量≤150mm控制，若不滿足適當增加擊數(shù)；兩遍點夯后用2000kN.m能級滿夯一遍，3擊，夯印搭接1/3，不得留有空白。且點夯施工時，夯坑周圍不應發(fā)生過大隆起，不因夯坑過深而發(fā)生提錘困難。夯點布置如圖所示：四、工程實施概況1.施工組織根據(jù)工程規(guī)模大、工期短、地基處理難度大的特點，中國化學工程重型機械化公司成立了項目經(jīng)理部，對工程實施項目法管理。項目經(jīng)理部由項目經(jīng)理、項目副經(jīng)理、HSE經(jīng)理、項目技術負責人、安全組、質(zhì)檢組、施工組、技術組、設備管理組等組成，共投入施工人員100人左右。強夯合同施工面積23萬平方米，計劃工期167天。2.施工機械設備及材料投入本工程的主要施工機械設備包括5臺W200A履帶式起重機，2臺W1101履帶吊車，1臺QU25履帶式起重機，1臺山推SD16推土機，1臺KATO400E汽車式起重機，17.8T-43.8T夯錘，輕、重型龍門架，自動脫鉤器，全站儀、經(jīng)緯儀、水準儀及其它機械設備。強夯施工主要消耗油料、設備配件和鋼絲繩。3.施工工藝本工程8000kN.m能級強夯施工工藝流程為：場地平整→測量放線→第一遍8000kN.m主夯→夯坑回填，場地平整→測量放線→第二遍8000kN.m主夯→夯坑回填，場地平整→測量放線→第三遍2000kN.m滿夯→場地平整，高程測量→交付檢測→檢測→驗收。4.質(zhì)量控制標準強夯地基質(zhì)量檢驗標準見下表：項序檢查項目允許偏差或允許值值檢查方法單位數(shù)值主控項目1地基強度設計要求按規(guī)定方法2地基承載力設計要求按規(guī)定方法一般項目1夯錘落距mm±300鋼索設標志2錘重kg±100稱重3夯擊遍數(shù)及順序設計要求計數(shù)法4夯點間距mm±500用鋼尺量5夯擊范圍(超出基基礎范圍距離離)設計要求用鋼尺量6前后兩遍間歇時間間設計要求五、強夯地基處理檢測手段本工程的檢測綜合采用了平板靜載荷試驗、超重型動力觸探、鉆探、大容重試驗、室內(nèi)土工試驗、物探等多種手段對檢測資料進行了對比驗證，這里著重介紹以下三種檢測手段：1．靜載荷試驗先將試驗點位置向下開挖約一定深度，并找平，在其上鋪設100～150mm中粗砂，壓實、再鋪設正方形鋼板（承壓板）并堆載。主梁與承壓板之間采用500T油壓千斤頂加、卸載，在承壓板上對稱安置六只自動位移計，記錄承壓板在要求荷載作用下的沉降量（現(xiàn)場試驗裝置示意圖如下）。2.動力觸探試驗動力觸探是利用一定落錘的能量，將與觸探桿相連的圓錐形探頭打入土層，根據(jù)打入的難易程度（貫入度）得到每打入一定深度所需的錘擊數(shù)，以此判定地基土的工程特性(密實度,均勻性及預估承載力)。本工程檢測采用超重型動力觸探試驗（N120），試驗時，依次記錄每打入10cm的錘擊數(shù)。若10cm擊數(shù)超過50擊，可終止。記錄格式為N=50擊／實際貫入深度（厘米）。N120動探擊數(shù)與承載力特征值的關系可參考《工程地質(zhì)手冊》中碎石土N120與承載力特征值fk的關系表：N120擊數(shù)34568101214≥16fk（kpa）250300400500640720800850900試驗裝置圖如下：3．物探（瑞雷波試驗）瑞雷波法是一種利用瑞雷波的運動學特征和動力學特征來進行工程質(zhì)量檢測及工程地質(zhì)勘察的地球物理檢測方法，通過地面瞬態(tài)瑞雷波測試與N120動力觸探和靜載荷試驗進行對比、驗證，掌握地基承載力分布情況、地基均勻性以及強夯加固深度、影響深度范圍等。本工程選用的是瞬態(tài)瑞雷波法，該法是在激振時產(chǎn)生一定頻率范圍內(nèi)的瑞雷波，并以復頻形式傳播。現(xiàn)場采用縱排列接收瑞雷波，通過現(xiàn)場試驗，根據(jù)場地情況，選擇合適的工作的偏移距、道間距、記錄長度、采集間隔等參數(shù)。測試原理簡圖如下：六、檢測結(jié)果1.靜載荷試驗本工程靜載荷試驗按不同施工層分別進行，并按要求在原狀土區(qū)域不超過1500㎡布置一個測點，重疊區(qū)域不超過3000㎡布置一個測點，試驗分8級進行，每級加載量約為50kPa。最大加載量為地基設計承載力特征值的2倍，即400kPa（4800KN），其平板上堆載荷載大于4800kN。靜載荷試驗共做9㎡壓板試驗點23個，12㎡壓板試驗點57個。其中9㎡壓板各試驗點最大試驗荷載均為3600kN（400kPa），地基最大沉降為18.92mm-34.77mm，各試驗點p-s曲線上未出現(xiàn)明顯的拐點，按地基承載力特征值的確定方法，9㎡壓板試驗區(qū)地基承載力特征值不小于200kPa。12㎡各測點最大試驗荷載均為4800kN(400kPa),地基最大沉降為11.44mm-27.23mm，200kPa壓力對應的壓板沉降為8.48mm-14.82mm。各測點p-s曲線上未出現(xiàn)明顯的拐點，按地基承載力特征值的確定方法，12㎡壓板試驗區(qū)地基承載力特征值不小于200kPa，滿足設計要求。根據(jù)實際情況和以往經(jīng)驗得出回填土壓縮模量在14Mpa-18Mpa，滿足設計要求。2．超重型動力觸探本工程頂層和底層每300m2布置一個觸探檢測點，重疊部分每600m2布置一個觸探檢測點，共布置453個檢測點。剔除異常值后依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）對試驗錘擊數(shù)進行桿長修正，各層面修正后統(tǒng)計得到的（N120）錘擊數(shù)平均值均大于4擊，錘擊數(shù)均勻且較高，可見天然原狀土和回填土層經(jīng)強夯處理后力學性質(zhì)明顯提高，承載力滿足要求。3.物探本工程每層標高強夯完成后，標段內(nèi)布置不少于一條測線進行地面瞬態(tài)瑞雷波及地質(zhì)雷達測試，測線與N120動力觸探和靜載荷試驗點重合，以便地面瞬態(tài)瑞雷波測試與N120動力觸探和靜載荷試驗進行對比、驗證。測線布置在重要的建（構）筑物區(qū)域。（1）瑞雷波試驗：根據(jù)面波速度與介質(zhì)的橫波速度可以直接換算(Vs≈1.11Vr,Vs:橫波波速；Vr:面波波速)，通過多年來國內(nèi)外有關單位的研究，證實Vs與土層的標準貫入度N63.5、變形模量E0及土層容許承載力fak等有相關關系，根椐相關資料，面波波速300m/s相應的N63.5達到30～40擊左右，強夯加固土層達到了密實程度，E0值達到25～30MPa，fak達到240～330kPa。從檢測結(jié)果分析，深度超1米以后，面波速度值基本超過300m/s，表明強夯地基效果顯著。頻散曲線反映的地層情況基本上與動探結(jié)果吻合。（2）地質(zhì)雷達：地質(zhì)雷達檢測結(jié)果表明：雷達反射波組能量均勻，呈水平分布，反映場地地基土經(jīng)強夯后整體密實度明顯提高，密實度均勻性較好，沒有發(fā)現(xiàn)強夯較大不密實層或漏夯區(qū)，強夯效果較好，滿足設計要求。七、工程總結(jié)1.中國石油化工股份有限公司中原油田分公司普光氣田凈化廠工程是國家重點建設工程，西區(qū)120萬平方米強夯地基加固效果顯著，經(jīng)濟和社會效益突出，是國內(nèi)大型工程項目地基處理的成功實例之一。2.2006年普光氣田凈化廠東區(qū)強夯施工結(jié)束后，對施工區(qū)進行了靜載荷試驗和動力觸探試驗。靜載荷試驗結(jié)果表明經(jīng)強夯處理后回填土層承載力顯著提高，效果明顯，但標準貫入度試驗顯示少數(shù)測點在一定深度錘擊數(shù)異常偏高，且變化特別大，地基局部存在不均勻性，初步推測可能是由于回填過程中填進了較大粒徑的石料，測點正好位于石料上方，下探遇到石料，致使錘擊數(shù)異常偏高，穿過石料后因強夯的能量無法破壞大粒徑石料，石料下方存在空隙，回填土加固效果不好，使錘擊數(shù)突然又大幅降低。在2007年東區(qū)樁基施工過程中也出現(xiàn)了少數(shù)樁位局部深度范圍內(nèi)鉆進困難，漏漿等情況，驗證了回填土層中存在大粒徑填料的推測。因此，在山區(qū)開山回填強夯地基處理過程中，應嚴格控制回填料的粒徑，使其級配均勻，否則，易產(chǎn)生強夯后地基不均勻的情況，影響工程質(zhì)量。3．西擴區(qū)內(nèi)原有一條河流從場地東西向彎彎曲曲的流過，西擴方案確定后，將河流進行了改道，使其從場外南面通過，這樣，原河道經(jīng)排水、清淤，再回填2-4米開山石后就形成了底層350m標高層強夯區(qū)?？紤]到河道已存在了很長時間，流域水系發(fā)育，不能將水排盡，根據(jù)現(xiàn)場實際，設計院出具了以下方案：回填過程中，沿河道每50m用沙袋和卵石設置一個豎向排水井，主夯過后，再開挖橫截面3×5m的溝槽，溝底和側(cè)壁鋪設土工布，回填卵石形成排水盲溝，將豎向排水井連通，形成排水通道，盲溝表面用土工布覆蓋后進行上一層回填。豎向排水井從底層一直貫通到頂層，每層均設置盲溝，所有山溝均做上述排水系統(tǒng)。經(jīng)檢測表明，地下水位在全場施工完成后，沒有明顯上升，排水系統(tǒng)效果明顯，是一個成功的實例。4．本工程在回填之前，先將溝側(cè)山坡表面植被、雜草清除干凈，用挖掘機沿山坡做了高、寬均為1米的臺階，然后進行回填，使強夯處理后填、挖方區(qū)能夠良好銜接，增加了填挖交界處的抗滑穩(wěn)定性，這也是類似