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加油站软土地基处理方案的比选及应用论文

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  关键词:加油站;软土地质;桩基础;强夯置换法

  0引言

加油站软土地基处理方案的比选及应用论文

  加油站作为城市的能源补充站,存储并销售属于危化品的成品油(汽油、柴油)。为确保加油站能够顺利建设,保障后期的运营安全,需要选择技术可行、安全有效、经济合理的地基处理方案,提升不良地质的承载力,减少后期建筑物及油罐区的不均匀沉降和变形,实现预期的质量目标。

  本文以某新建加油站项目为背景,从工期和费用两个方面对比分析桩基础和强夯置换法两种不同地基处理方案。并选择强夯置换法对新建项目的地基进行处理,通过竖向抗压静载试验和平板载荷试验对处理后的地基进行检测,总结强夯置换法处理加油站软土地基应用经验,供类似项目借鉴。

  1项目情况

  某新建加油站项目占地面积约3 500 m2,位于沿海区域,软土主要由冲积海积相和海积相沉淀的淤泥及淤泥土组成,周边暂无建筑物,临近河流。

  1.1项目地质条件

  (1)①层素填土:主要由砂质黏土、粉质黏土、砂土等组成,呈松散状态,含约15%~40%的碎石、块石、砼块等硬杂质。层厚2.50~3.00 m,平均值2.84 m。

  (2)②1层淤泥:富含有机质和腐殖质,有腥臭味,呈流塑状。层厚15.20~20.70 m,平均厚度17.14 m。

  (3)②2层黏土:土质较纯,干强度及韧性高,呈软塑-可塑状。层厚12.70~16.20 m,平均值14.68 m。

  (4)③1层粗砾砂:主要以石英质为主,不均匀含较多黏粉粒,局部含较多圆砾,分选性较好,级配不良,以中密状为主。层厚2.40~7.10 m,平均厚度5.63 m。

  (5)③层砂质黏性土:由花岗岩风化残积而成,不均匀含砂粒,呈可塑~硬塑。层厚3.30~17.70 m,平均值8.73 m。

  1.2项目水文条件

  1.2.1地表水

  场地内地表水不发育,地表水对场地影响较小,主要为大气降雨补给。

  1.2.2地下水

  地下水类型:地下水按赋存方式主要分为第四系孔隙水,基岩风化构造裂隙承压水。填土层局部存在上层滞水,第四系孔隙水主要存于冲积层③1层粗砾砂层中,属强透水层,地下水较丰富。

  地下水位:地下水位的变化与地下水的赋存和补给关系密切,每年4—9月雨季时,大气降雨充沛,水位会明显上升,而在冬季因降雨减少,地下水位随之下降,地下水年变化幅度为1.00~2.00 m。

  2地基处理方案选择对比

  加油站建筑物和罐区的基础处理质量关乎加油站的建设和运营安全,通过合适有效的处理方案,提升基础的承载力,使处理后的地基承载力特征值达到150 kPa以上。

  2.1桩基础方案

  桩基础是通过将桩身穿越软土层进入相对承载力较高的持力层,提高建筑物基础的承载力。加油站项目一般采用预应力管桩处理建筑物和罐区基础,采用水泥土搅拌桩处理对不均匀沉降不敏感的行车路面,本项目桩基础方案参数如表1所示。

  桩基础施工费用计算:管桩总长度约1 650 m,施工费用约70万元;水泥土搅拌桩总长度约19 500 m,施工费用约150万元。选取桩基础处理地基工程造价约220万元,工期约40 d。

  在软土地区进行桩基础施工需严格按照相关施工规范对施工步骤进行质量把控,尤其是控制桩间回填土的施工质量,保证桩基础施工质量符合规范要求。

  2.2强夯置换法

  强夯置换法是通过对强夯法和换填法改进,在处理厚度、黏性过高的软土地基时,不仅能提高地基的承载力和整体稳固性,防止在夯实地基过程中出现淤泥沉降等情况,并且能通过将回填料砸入软土层降低地基土质水分、增加地基牢固度,缩短基础处理工期[1]。

  强夯置换法施工面积为3 500 m2,夯点按照梅花形布置,施工造价约95万元,工期约25 d[2]。

  2.3方案比选

  在工程应用中,桩基础通常作为加油站地基处理的首选方案。该方法能够直接提升建筑物和罐区的基础强度。强夯置换法在石化行业有较多应用案例,尤其是处理沿海区域石化项目的地基[3]。受加油站地理位置和周边环境的限制,在加油站建设项目上应用较少,通过从工期和费用两个方面对桩基础方案和强夯置换法方案进行比较,选择强夯置换法处理该项目软土地基。

  3强夯置换法实践研究

  3.1强夯置换法处理方案

  3.1.1强夯施工技术参数

  (1)本项目采取四遍强夯方案,夯锤重约50 t,夯锤直径2.5~2.8 m,施工落距约20 m。

  第一遍强夯置换10 000 kN·m能级,按照10.0 m×10.0 m的间距进行正方形布置,填料次数2~4次。当最后两击平均夯沉量不大于20 cm,击数在8击左右时收锤。

  第二遍强夯置换10 000 kN·m能级,夯点为第一遍夯点中间插点,按照10.0 m×10.0 m的间距进行正方形布置。当最后两击平均夯沉量不大于20 cm,击数在8击左右时收锤。

  第三遍加固夯采取3 000 kN·m能级,在第一遍和第二遍夯点中间位置按照梅花形布置,夯点间距10.0 m×10.0 m中间插点。当最后两击平均夯沉量不大于20 cm时收锤。

  第四遍满夯能级为1 000 kN·m,对第一遍、第二遍和第三遍所有的强夯点全部夯一遍,每个夯点2击,夯印要求搭接1/4锤印,满堂处理。

  (2)强夯置换夯点布点如图1所示。

  3.1.2夯坑回填料计算

  施工区域面积3 500 m2,按照70个夯点设计,单墩墩长按照8 m计算,夯坑填料取2.5倍扩孔,按照1.15倍充盈系数和富余量,总需回填料计算如下:

  (1)单点碎石量:3.14×0.8×0.8×8×2.5=40.2 m3;

  (2)总计需要碎石量:40.2×70×1.15=3 236.1 m3。

  3.1.3施工准备

  (1)施工前需先清除项目地面的植被、树苗和生活垃圾等杂物,将杂物清除出场地外,不得将杂物挖坑回填到施工区域内,对挖除树根和植被产生的坑穴要分层回填至地面标高。

  (2)地基处理前需对场地进行分层回填至设计标高,回填土中不得含有不良土质。

  3.1.4试夯流程

  (1)正式施工前,需在建筑物和罩棚基础区域中各选2~3个点进行试夯。试夯时,应记录每一锤击的夯沉量,根据锤击次数与夯沉量的关系曲线和最终累计夯沉量确定正式施工时的每点夯击次数和夯坑回填料。

  (2)试夯结束后,应在夯点上进行钻孔取样,以便给出地基承载力特征值、单墩墩长等指标。

  (3)试夯结果满足设计技术要求时,方可按照强夯方案大面积施工。

  3.2基础检测试验

  按照设计要求和《建筑地基基础检测规范》要求,强夯置换法处理的地基需采用单墩静载荷试验和复合地基平板载荷试验进行承载力检验,要求单墩承载力特征值达到400 kN,检测数量不得小于3个;复合土地基承载力特征值要求≥150 kPa,采用静载试验测定,检验点数不得少于5点,检测点于场地均匀布置[4]。

  3.2.1单墩竖向抗压静载试验

  强夯置换完成地基处理后,选择3根强夯置换墩进行单墩竖向抗压静载试验,采用压重平台反力装置进行单墩竖向抗压静载试验,最大试验压力为单墩承载力的2倍,即800 kN。

  在最大试验荷载作用下,3根强夯置换墩平均沉降量为36.41 mm,沉降量在规范允许范围内,单墩竖向抗压极限承载力为800 kN,试验结果如表2所示。

  3.2.2复合地基平板载荷试验

  采用压重平台反力装置对复合地基进行平板载荷试验,最大试验压力为设计承载力的2倍,即300 kPa。

  通过平板载荷试验检测,5个检测点承载力特征值极差不超过平均值,复合地基承载力为150 kPa,满足设计承载力要求,试验结果如表3所示。

  3.3施工过程中的注意事项

  (1)施工前应收集周围环境资料,查明场地内及附近地下管线等,并采取有效措施以防破坏。当强夯施工所引起的振动和侧向挤压对邻近建构筑物产生不利影响时,应设置监测点,并在场地周边采取挖隔振沟等隔振或防振措施,确保临近已有建构筑物及已成型地基土不受扰动。

  (2)当夯点周围挤出软土影响继续施工时,需及时清理干净后再继续施工。施工过程中还应及时开展场地抽排水,以防处理的地基被浸泡。

  (3)施工完成后开挖罐区基坑前,应采取止水钢板桩对基坑进行支护,开挖过程中要随时监测坑底状态,防止底部淤泥涌起。

  (4)夯实地基施工结束后,应根据地基土的性质及所采用的施工工艺,待土层休止期结束后,方可进行基础施工。

  支持。海工维修主管领导驻船督战,计划细化到小时,每日进行效率评估及比对,及时召开海管后挖沟验收技术要求专家讨论会,有效评估挖沟效果。管线铺设、挖沟过程,工程项目组派驻专职检验人员,实行24 h全程监控,确保各个工序都在质量受控状态下进行。在海管路由调整后,关于海管埋深的研究也为项目成功实施创造了较为合理条件,原本2013年无法完工的外输气管线在经过项目组采取的多项弥补措施的情况下,终于在2013年8月底清管试压结束,并于9月初机械完工。

  6结语

  本文介绍锦州25-1南外输天然气管线路由进行重大调整,管线长度需要增加2.6 km,项目施工方在并未有前期建设经验可以借鉴的前提下,在将风险降到最低的前提下最大限度地减少资金投入。

  前期工程地质调查时要充分考虑挖沟作业要求,增加钻孔密度并提供海管挖沟深度范围内详细的疏浚土土质参数,为后期挖沟机选型和挖沟作业提供更加准确有效的地质报告。在挖沟设备准备阶段,需要研发或升级目前挖沟设备,重点解决地质复杂多变且不排水抗剪切力较高泥质的挖沟作业。同时尽快出台挖沟操作技术标准,并完善适应不同地质参数和作业环境的挖沟机系列。在施工管理方面,要提高对挖沟作业的重视程度,制定行之有效的风险控制措施和应急处理方案,协调海事和渔政部门,增派执法船舶疏导过往船舶和作业渔船,维护施工现场的正常作业。同时,加强现场的通信广播,通知过往船舶和其他作业船舶注意避让锚缆,特别是在吸沙区和航道区附近进行作业时。在施工阶段,要充分考虑渤海海域的复杂性,全面评估挖沟所使用设备与船舶的匹配性,根据施工效率安排挖沟计划。进一步完善挖沟定额,根据土壤硬度配置相应的施工设备,就此核算施工效率,并依此预算相应费用。

  参考文献:

  [1]高嵩.海底管道挖沟技术与设备的分类及适用范围[J].海洋工程装备与技术,2015,2(3):205-208.

  [2]刘青杨.海管挖沟机的工艺设计及配管设计[J].石油和化工设备,2013,16(10):422-444.

  [3]张国光,顾林声.海底机械开沟机的研制进展与技术水平[J].中国海洋平台,1993(3):121-124.

  [4]戴必林.射流助推式ROV型开沟机喷射臂及其冲刷过程研究[D].杭州:浙江大学,2016.

  [5]张国光.海底管道开沟技术的发展及其综合评价[J].海洋通报,1989(2):106-111.

  [6]杜喜军,赵杰,王艳涛,等.海底管道挖沟方法的选择[J].管道技术与设备,2015(5):52-54.

  [7]高溦.水力冲射海底开沟机的参数优化[D].大连:大连理工大学,2008.

  [8]张国光,顾林声.海底管道开沟机械的技术经济性能评定与选型[J].海洋技术,1993(3):16-27.

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