水坠砂技术在靖边气田站场建设中应用

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1、水坠砂技术在靖边气田站场建设中应用摘要：在沙漠地区进行的建设工程，由于其特殊的地质条件，不能采用类似于其他地区传统的地基处理方式，如翻夯、压实、震捣等。以往的靖边气田北部地区构筑物基础处理主要是采用深挖、换填的方式，其处理费用较大，而且会因地下水的渗透产生大幅度强度减弱，易产生建筑病害。水坠砂采用了在开挖砂地基槽内大面积、连续性放水、洁净砂逐层密实的方法，使地基在饱和水作用下不再发生沉降和塑性变形，以达到加固地基的目的。关键词：砂土地基；水坠砂；加固1概况截止2013年，靖边气田在毛乌素沙漠边缘砂土地基之上共有集气站34座、污水处理站一座，以及第一、第二两座

2、净化厂及正在建设的第五净化厂，且在沙、土交界地带也建有多座集气站。随着靖边气田北区开发力度的逐渐加大，各站、场的改、扩建和新建工程必将增多，尤其是北区数个压缩机站的兴建已成为了采气一厂近期的重点工作。北区不良的地质条件是否能够得到有效的改善，就成为了决定工程质量优劣的一个重要前提。充分的掌握水坠砂工艺对于指导靖边气田日后的新建工程、油维工程、改扩建工程、技术改造工程等都有十分重要的指导意义。但截止目前，我国并未对水坠砂工艺有一个明确的、可操作的标准设计、施工规范，因此水坠砂施工工艺仍处在一个逐渐摸索、逐渐认识的阶段。本文利用采气一厂近年在靖边气田范围内新建工

3、程的施工管理和地基处理工作所获得的经验和累积的一些数据，对水坠砂的施工工艺进行介绍和治理效果分析，力求能够对今后我厂的各工程产生积极的帮助，同时寻求该工艺的逐步完善。2靖边气田北区地质和岩性特征靖边气田北区地处陕西榆林市榆阳区、靖边县、横山县和内蒙古乌审旗交界处，地貌单元为固定沙丘，地表大面积覆盖风积砂，表层土多为细砂，厚度大，土质均一、松散、压缩性大，并且其天然含水量低，级配良好，大多数呈无结构或弱团块结构，表层土具有良好的渗透性，其承载力较低,且不同层位的地基承载力差异较大，未经处理，一般不能满足工业与民用建筑要求。靖边气田北区各层地基土岩性特征及地基土

4、承载力特征值fak详见表lo场地地下水属第四系松散层潜水，在工程建设较集中的春夏季节地下水位埋深在8.9〜13.3m之间。采气一厂新建站场及设备基础开挖深度一般都保持在表1中①〜③层中，fak值变化幅度较大，①层地基承载力较低，不能满足使用要求。3水坠砂工艺简介3.1理论基础所谓水坠砂，就是通过水对砂子的水坠作用，使砂粒之间根据天然级配重新排列组合，让砂土层形成密实的沙土垫层，达到较高的密实度和承载力来承受建（构）筑物的作用力。在沙漠地区施工中，基坑开挖加深部分釆用水坠砂进行处理，通过分层回填纯净的砂，然后往基坑内灌水，使其淹没砂层并高出砂层表面10〜20c

5、m,借助水下渗的作用力，让砂粒随之下坠并重新排列组合，砂粒间的空隙随之缩小，砂粒紧密接触，待水按一定方式渗透使砂持力层含水达到饱和状态，松散的砂层即被坠实，加之人工和机械碾压，形成比较密实的垫层。这一技术主要利用砂土的两个特点：一是砂土颗粒细小，一旦形成紧密接触状态，砂粒之间的空隙率很小，密实度较大；二是砂子本身不吸水，一旦形成紧密接触状态，其密实度不会再受地下水的影响。3.2水坠层厚度的选择水坠层厚度的确定，与一般垫层类似，详见图1图1水坠层剖面示意图作用于水坠底面处砂土层的自重应力与附加应力之和不大于下卧层的承载力，即：PZ+PCZ?芨fz式中：PZ-水

6、坠层底部处的附加应力设计值，kPa；PCZ-水坠层底面处的自重应力设计值，kPa；fZ-水坠层底面处土层的地基承载力设计值，kPao其中PZ除通过弹性理论的土中应力公式求得，也可以用扩散角0求得。其计算公式为:条形基础PZ=b(P-PC)/(b+2ztg0)矩形基础PZ=bL(P-PC)/[(b+2ztg0)(L+2ztg0)]式中：b-条形或矩形基础底面宽度，m；L-矩形基础底面长度，m；P-基础底面压力，kPa；PC-基础底面处自重应力标准值,kPa；z-水坠层厚度，ni；9-水坠层压力扩散角，°;当z/b=0.25取0=20°,当z/b?燮0.50取0

7、=30°两者之间可以内插，水坠层厚度一般在1〜3m之间，长庆设计院设计要求水坠深度为l・5m。3.3水坠层宽度的确定采用应力扩散角法确定b'?主b+2ztg0式中：b‘-水坠层底面宽度，m；水坠层压力扩散角，。O4水坠砂工艺施工方法3.1适用范围本方法目前限于疏松的天然砂基进行表层处理，而且基础之下未见软弱下卧层，如软土、淤泥、垃圾土、腐殖土等，一般的工业与民用建筑地基均能达到很好的治理效果，根据施工经验及理论表明，粒度较大的中粗砂处理效果最好，其次为细砂，粉砂需掺入一定量中粗砂或细砂水坠，可取得较好的工程效果。水坠法施工对地下水位的要求很高，要求地下水位必

8、须低于需加固的土层，地下水位只有较低时，才能产生自上