振冲置换法碎石桩复合地基在罐基础中的应用

・２９４・　工程科技　振冲置换法碎石桩复合地基在罐基础中的应用　郑洪忠　（中国石化集团洛阳石油化工工程公司，河南洛阳４７１００３）　摘要：随着我国对进口石油的增加，需建设大批储罐；许多储罐不得不建在压缩性高、承载力低的软土地基上；这些软土地基，需要　进行地基处理，形成人工地基，以保证储罐的安全和正常使用。近年来随着地基处理技术的普及和发展，振冲碎石桩复合地基得到了越来　越广泛的应用。介绍了振冲置换法碎石桩处理地基技术在储罐项目中的应用。　关键词：钢储罐基础；振冲碎石桩；软土地基处理　１概述　振冲置换法碎石桩是在地基中制造一群以石块、砂　砾等散粒材料组成的桩体；这些桩体为散体材料桩，只　有依靠周围土体的围箍作用才能形成桩体，不能单独成　桩。　表１工程地质岩层情况分布表　振冲置换法碎石桩加固机理是置换作用。在施工　时，通过振冲器的自重作用、水平振动力和高压水作用　将粘性土变成泥浆排出孔外，形成略大于振冲器直径的　孑Ｌ，将碎石灌人孑Ｌ中，通过振冲器挤压碎石体形成具一　定密度的桩体，桩体和原粘性土地基形成复合地基。　２　槔撑ｉ　沿海某厂原油罐区，拟建５．５万ｍ　浮顶罐３座，罐　体直径　６０ｍ，罐体高Ｈ＝２１．２ｍ，最大基底压力Ｐ＝　２５０Ｋｐａ。该罐区建造在土质情况十分软弱的海涂淤地，　上部软土层厚度３．４～２０ｍ，下部残积层厚２～１５ｍ，下伏　为风化基岩。经分析论证，决定采用振冲碎石桩复合地　基并以第ｖＩ层土为持力层。工程地质岩层情况分布见　表１。　３复合地基承载力特征值　振冲置换法碎石桩复合地基承载力特征值应通过　现场复合地基试验确定；基础设计时也可用单桩和处理　后桩间土承载力特征值确定…。本工程共进行了三根单　桩试验和三组单桩复合地基试验。　３．１试桩要求　本工程试桩桩采用液压振冲碎石法工艺施工，桩经　１１００ｍｍ，桩距１６００ｍｍ，正方形布桩；试桩的具体要求见　５０ｒａｍ中粗砂找平；②埋设土压力计；③铺设１００ｍｍ厚中粗砂、振　《建筑地基处理技术规范｝（ＪＧＪ７９—２００２）及《建筑地基基础设计规　实、找平。　范》（ＧＢ５０００７—２００２）。　３．２．３承压板尺寸：单桩静载试验承压板为直径１　１００ｍｍ的钢　要求试桩应提供下列设计及施工参数：　质圆板，单桩复合地基载荷试验承压板为１．６ｍ　Ｘ　１．６ｍ特制钢质方　３．１．１相应于承压板的累计沉降量大于其宽度６％碎石桩复合　板。　地基承载力特征值；　３．２．４试验加载方式：采用慢速维持荷载法，即逐级加载，每级荷　３．１．２试桩前后的桩问土各层土承载力特征值（处理深度范围　载达到相对稳定后再施加下一级荷载。　３．２．５加卸载与沉降观测　３．１．３桩体承载力特征值；　ａ．加载分级：单桩按５０ｋＮ分级加载、单桩复合地基按６０ｋＰａ分　３．１．４实测的桩土应力比；　级加载，第一次加载均按二级分级荷载加载。　３．１．５复合地基及桩问土的压缩模量（按实际应力范围取值）；　ｂ．沉降观测：每级加载前后各测读一次沉降，以后每隔３０ｍｉｎ　３．１．６桩体破坏位置；　测读一次。　３．１．７各层土碎石桩桩径；　ｃ．沉降相对稳定标准：当１小时沉降增量小于０．１ｍｍ时即可加　３．１．８各试验桩的实际桩长；　下一级荷载。　３．１．９振冲器的功率与型号；　３．２．６终止加载条件：当出现下列情况之一时，即可终止加载：　３．１．１０试桩施工时的水压、气压、密实电流、振动时间、成孔速　ａ．沉降急骤增大、土被挤出或压板周围出现明显的隆起；　度、制桩时间和填料等。　ｂ．承压板累计沉降量已大于压板宽度的１０％。　３．２检测方法　３．２．７卸载与卸载观测：卸载级数为加载级数的一半，等量进　本工程检测采用单桩静载试验、单桩复合地基载荷试验、桩土　行，每卸一级，间隔半小时，读记回弹量，待卸完全部荷载后间隔三　应力测试、原地层及桩间土钻探取土、标准贯入试验、桩体重型动力　小时读记总回弹量。　触探试验、室内土工试验等方法。静载试验１二作在碎石桩达到１０　３．２．８桩间土测试：本工程采用原地层、桩间土标准贯人试验、钻　天龄期后进行。　孔采取不扰动土样进行室内土工试验等方法检验处理后桩间土的　３．２．１试坑开挖：清除碎石桩桩头松散部分，桩间土保持原状并　加固效果。　水平，桩问土与桩头标高相同。　３．２．９桩土应力比测试：取两组单桩复合地基载荷试验点，在承　３．２．２试坑褥垫层铺设：单桩静载试验点：铺设１５０ｍｍ厚中粗　压板下碎石桩顶和承压板对角桩问土位置分别埋设土压力计，测量　砂找平振实。单桩复合地基载荷试验点：①试坑底部铺设厚度　内）；　工程科技　・２９５・　２罐基础的沉降量表　探求计算比较合适的下卧土层中的　应力分布，然后再按分层总和法计算　下卧层的沉降ｓ　。计算复合地基下卧　层中附加应力分布的主要近似方法　有应力扩散法、等效实体法、和当层　法等。这些方法是从不同角度和假定　建立的近似计算法。　对于刚性较小的碎石桩复合地　基，其复合土体与下卧土层的压缩模　量之比（Ｅ　／Ｅ　），一般为１．６—２．２。此　时荷载下复合地基的应力分布非常　静载试验中不同试验压力下桩顶和桩问土的应力值，进而计算桩土　近似各向同性均质地基的情况，类似于压缩模量无显著差别的成层　应力比。　土地基，都是按均质地基计算其应力分布。对碎石桩复合地基来说，　３．３检测结果与分析　就按各向同性均质地基计算荷载下的附加应力分布，更为合理、简　检测结果表明，在处理深度范围内的桩问土的强度有了不同程　便、实用。　度的提高；处理后的复合地基承载力特征值比天然地基土承载力特　５．２复合土层的沉降计算　征值有了明显的提高，碎石桩加固效果显著。　复合地基的沉降是指复合地基的总体沉降。基于前面的分析，　３．３．１复合地基载荷试验结果：相应于承压板的累计沉降量大　可以先分别计算出拟加固区未加固时的天然地基沉降量和下卧层　于其宽度６％的碎石桩复合地基承载力特征值为２４６ｋＰａ；按　的沉降量，再将加固区的天然沉降乘以应力修正系数　即获得处　ＪＧＪ７９—２００２确定的复合地基承载力特征值为２３４ｋＰａ。　理后加固区的沉降，它与下卧层沉降之和即为复合地基的总沉降　３．３．２根据单桩静载试验结果，单桩承载力特征值采为４２０ｋＮ。　Ｓ　。各罐基础的沉降量见表２。　３．３．３通过对实测的桩土应力比分析统计，桩土应力比值ａ在　根据罐基础边加固后总沉降量，各罐基础顶面均进行了预抬　４—５之间取值。　高，确保基础充水固结完毕后满足要求，并根据基础中心与边的沉　３．３．４由桩体重型动力触探试验结果显示，液压振冲碎石桩体　降差，确定基础的顶面坡度。　每１０ｅｍ，击数一般在１５　２５击之间，说明桩体连续且较均匀，密　５．３复合地基的固结分析　实度较好。　地基固结度是指地基某时刻的沉降ｓｔ与最终沉降ｓ之比，即　３．３．５经过开挖验证，桩体在距桩顶２－３倍桩径范围内破坏。　＝鲁；本工程软土层较厚，桩体未穿透整个软土层，形成具有下卧　４布桩　剩余软土的复合地基。对于这种具有下卧压缩土层的复合地基，某　４．１桩的间距　时刻的沉降ｓ．可按成层土地基计算，即　在相同条件下，油罐中心的沉降量大于油罐边缘的沉降量；为　ｓｔ＝ｕ　＋Ｕ￣Ｓｘ　了减少两者的沉降差，本工程复合地基承载力特征值油罐中心处取　式中Ｕ　Ｕ　分别为ｔ时刻复合土层与下卧土层的固结度；ｓ叩、Ｓ　为２２０ｋＰａ，边缘处取为１９０ｋＰａ；承载力不足部分通过充水预压进行　分别为复合土层与下卧土层的最终沉降。　弥补。本工程采用在以油罐中心为圆心，从罐心至罐边逐渐变疏的　因此，只要求得了各土层的固结度，按成层土计算整个压缩土　圆环上等距离布桩；具体为近圆心圆环布桩６根，以序向外每一环　层的沉降，是既方便又较合理的方法。至于求整个压缩土层的平均　增加６根，布桩形成近似正三角形；基础设设护桩２排。　固结度，应按如下的沉降等效原理求得　置换率：中心处：ｍｏ＝（２２０—７５）／（４２０—７５）＝０．４２　由于：Ｓ＝Ｓｗ＋Ｓ　；　Ｓ　：Ｕ１ｓ＝Ｕ　Ｕ　Ｓ　边缘处：ｍ　＝（１９０—７５）／（４２０—７５）＝０．３３　桩距：中心处：Ｓｏ＝ｄ／１．０５４１／ｍｏ＝１．６１６ｍ　取Ｓ０＝Ｉ．６ｍ　则：Ｕ　＝Ｕ　＝　＋　边缘处：Ｓ边＝ｄ／１．０５√１／　＝１．８２ｍ　取Ｓ边＝１．８ｍ　州（１一　　．）　中心处与边缘之间再加桩距各为：ｓｌ＝１．６５　ｓ：：１．７ｍ　Ｓｚ＝１．７５ｍ　的三环桩带。实际置换率：　桩距为１．６ｍ时　ｍ＝ｄ２／ｄｅ２＝０．４３　桩距为１．６５ｍ时　去寺　ｍ＝ｄＺ／ｄｅ　：０．４０　ｕ　＝ＰＵ　＋（１一ｐ）Ｕ　桩距为１．７０ｍ时ｍ＝ｄ２／ｄｅ２＝０．３８　桩距为１．７５ｍ时　式中Ｐ　：各层土最终沉降形成的加权平均参数　１ＴＩ＝ｄ２／ｄｅ　＝０３６　５．４固结度计算　桩距为１．８０ｍ时ｍ＝ｄ２／ｄｅ２＝０．３４　以１＃罐为例本工程充水预压固结完毕所需时间。　４．２桩长的确定　５．４．１计算参数的确定　本工程以ＶＩ　或ＶＩ：为持力层，桩底至ＶＩ　或ｖＩ　层顶面　ａ．选一固结排水时间最长的钻孔计算。　５复合土层的沉降计算　ｂ．将计算深度内各土层的固结系数按厚度求其加权平均值，作　众所周知，地基沉降量的大小，取决于地基土的受力情况与土　为相应固结构质土体的固结系数。　的变形特性。对复合地基来说，其沉降一般既要考虑复合土层及其　ｃ．各罐区填上夯实期确定１Ｏ天。　下卧层的受力情况，又要考虑它们的变形特性。目前几种较实用的　ｄ．井径比：ｎ＝ｄＪｄｗ＝１．６８／０．４＝４．２　近似计算方法，都是作为成层土地基，分别计算复合土层的沉降ｓ　其中：　ｄ　＝１．０５×１．６＝１．６８ｍ：　和下卧土层的沉降ｓ　，二者之和即为复合地基的总沉降量ｓ　。　ｄ　＝ｄ　＝１．２／３＝０．４ｍ　Ｓｖ＝Ｓ　＋Ｓ　ｅ．情况系数：　＝ｐ　５．１下卧土层沉降量计算原则　式中：ＰＩ为土层顶面应力；　为土层底应力　复合地基的下卧层土由于未加固处理，土的变形性态没有改　￡固结时间因素：　变，只因其上复合土层的工程性能对原土而言已有较大的改善，这　竖向时问因素　＝Ｃｚ・，，（∑＾　将导致下卧层应力分布的变化。目前主要的一些近似计算法，皆为　水平时问因素　：　ｔ／ａｏ　・２９６・　工程科技　式中：ｃｚ：表示竖向固结系数；ｃ　：表示水平固结系数；ｔ：固结所用　时间；　ｈ　：表示土层厚度；　ｄ　：表示影响有效半径。　当ｒｆｈ≥０．６表示固结完毕。　ｇ．固结度Ｕ　Ｕ＝Ｉ一（１－Ｕｈ）（１－ｕ３　式中：Ｕ　表示水平固结度，根据ｎ和Ｔｈ查表求之。　Ｕ　表示竖直固结度，根据　，　查表求之。　６罐地基的沉降观测　罐施工完毕后，进行了共６０天的充水预压；环梁上观察点的沉　降量比计理论计算的略小，罐地基沉降均匀，满足工程要求。　７结论　５．４．２　１＃油罐中心点围结度计算　ａ．填土完毕时：算　Ｃｚ＝２．２２　Ｘ　１０一　Ｃｈ＝３．８×１０　Ｔ　ＣＺ．ｔ／Ｈ　＝２．２２×１０Ｉ３×８６４００×５÷１２４０　＝０．０００６２　Ｔｈ＝Ｃｈ．　＝３．８×１０＿３　Ｘ　８６４００×５÷１６８２＝０．０５８　罐内充水试验及近一年的运行表明，无论是地基承载力还是罐　体的沉降，本工程经碎石桩处理的复合地基均能满足安全和使用要　求，加固的效果明显；由于它桩距不受限制，极大的增加了布桩的灵　活性；可根据不同的工程需求达到不同的地基强度和沉降量；它施　工简单、进度快，非常适合碎石充足的地区采用。本罐体地基处理的　成功经验给建造类似的储罐工程提供了有益的启示。　参考文献　［１】龚晓南．地基处理手册（第三版）【Ｍ】．北京：中国建筑工业出版社，　２００８．　基于Ｏｔ＝２５８÷２４６＝１．０５　基于ｎ＝４．２　Ｔｉ　＝０．０５８　＝Ｔ２＝０．０００６２　查Ｕ　：　ｎ，ｒｒｈ）的关系曲线得：　ｏ．４２　总固结度Ｕ＝Ｉ一（１一ｕ　（１一Ｕｈ）＝０．４２　即：ｌ０天填土完毕的固结沉降为：０．４２×２２９＝９６ｒａｍ　此部分发生在基础施工前，规划基础预抬高可不考虑此部分的　影响。　ｂ．充水预压固结完毕所需时间　竖向固结影响较小、可不计，只算水平固结度　ｔ＝０．６×１６８　÷３．８×１０。＝４４５６４２１秒＝５２天即２个月固结完毕。　（上接３１６页）　作为中国优秀旅游城市，杭州有“宋城千古　多姿的形态、令人眼花缭乱的纹饰，不但为研究上古美术史和造型　情”大型演出，十年不衰；桂林有“梦幻漓江”大型演出；阳朔有“印象　艺术提供了丰富的资料，而且是现今装饰艺术很好的借鉴物。我　刘三姐”大型演出；东北各大城市都有二人转剧场；郑州有“禅宗少　们以殷墟３０００多年深厚文化底蕴为依托，进行青铜器的研制开发　林”；因此，作为安阳晚上演出的项目，必须精心打造、精心选址。如　可谓地利人和。如：青铜器一轩辕圣簋就是为弘扬中国的历史文化，　满足华夏儿女特别是海外华人　果按照殷商风情模式，在荚里城附近建造一个露天剧场，专场演出　展示中华民族强大凝聚力和向心力，促进祖国和平统一大业而创意研制　大型“印象殷商”、“映象安阳”节目。不仅可以带动岳飞庙和菱里城　华侨思念故土的特殊情感需要，的旅游发展和相关三产的发展，而且绝对可以吸引和留住大批游客　的国宝级特种纪念品。它寓意深刻、造型典雅，极具历史文化、艺术　堪称国宝级艺术珍品。青铜器的研制还可以向仿　前来观看，“印象殷商”或“映象安阳”大型演出项目，如能大投入、大　欣赏和收藏价值，铜艺品，城市雕塑等方面发展。　策划，邀请张艺谋任总导演，把古老的殷商风情与芭蕾舞和杂技相　古青铜器，结合，把古老的殷商建筑和现代的灯光、舞美相结合，打造一台具有　结束语　中原经济区建设的大潮激越澎湃。安阳人抱定“倍加珍惜机遇、　殷商风情、安阳特色，娱乐性、观赏性融为一体的大型演ｆｆＪ，必将成　为安阳的又一文化产业顶级品牌，必将拉动安阳旅游和第三产业的　积极创造机遇、努力用好机遇”信念，着力用文化软实力打造经济发　展硬实力。新的征程已经开启，新的画卷正在描绘。　迅速发展。　参考文献　３．７城市景观文化建设项目　１］关于文化产业发展新战略理论思考【Ｊ】．上海交通大学学报（哲学　全面实施文化兴市战略，我认为重视打造城市景观文化是一项　【极其重要的］　作，是文化兴市的一个重要方面。　社会科学版），２００９，１７（５）．　２］Ｒ０晓延．文化兴市初探『Ｍ】．北京：中国世纪嘹望杂志社，２００４，１０　安阳是中国七大古都之一，是古老文化甲骨文的发祥地，是民　『３１刘晓廷．文化兴市再探『Ｍ］．北京：中国文联出版社，２００５，８．　族英雄岳飞的故乡，是红旗渠精神的诞生地。安阳既有古老的文峰　ｆ４］田少煦，孙海峰．创意设计的发展走向与核心竞争力［Ｊ］．深圳大学　塔、羡里城，又有近代和现代的袁林、红旗渠、殷墟博物苑等等许多　１，２０１０，３．　值得研究和欣赏的地方。所以，我们也应该有适合时代经济发展背　学报（人文社会科学版）景特征和地域文化背景特征的标志性建筑。同时要加强对城市环境　景观的整体把握，加强可持续发展的把握，加强对低耗、节能、高效　的把握，加强对环境景观服务的终极目标——健康与舒适性的把　握。　３．８殷商文化动漫产业项目　动漫产业是一个新兴的高产出的文化创意产业，我市的文化底　蕴非常深厚，为动漫产业的发展提供了丰富的创作源泉和创作题　材，如西门豹治邺、妇好出征、盘庚迁殷、封神演义、武王伐纣、岳飞、　文王拘演周易等，如暂时不能开发，也应尽早研究、组建创作队伍进　行创作，并及时做好知识产权保护。　３．９青铜器的研制文化产业项目　就世界范同来说，青铜器是所有文物中比较重要的一类，而在　中国这一点尤其突Ｈ｛。青铜器的艺术魅力表现在三个方面：构思巧　妙的形态、富丽精致的纹饰、风格多样的铭文书体。商周青铜器秀美