洛阳石化总厂化纤工程地基强夯处理

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第%)卷第%期岩土工程学报;<="%)><"%%&&(年)月?@45ABAC,%.+;’$&,--(’?(/,+$%,(’苏冰（中国石化洛阳石化工程公司，河南洛阳!’(&&)）摘要：介绍了采用高能级强夯法处理湿陷性黄土地基的工程实例。从夯后地基检测、基坑验槽和重大构筑物沉降观测等方面分析表明，强夯地基加固效果显著，地基处理成功，揭示了夯后地基土沿深度的强度变化规律，并分析了地基在荷载作用下的变形特点。关键词：湿陷性黄土；高能级强夯；检测；强度；地基变形中图分类号：*+!’%"),(文献标识码：-文章编号：(&&&.!/!（0%&&(）&%.&%%(.&#作者简介：苏冰，女，(1/0年生，工程师，从事结构工程设计、工程项目总承包和施工质量管理工作。2+3456（!"#$%&’()*+,-.%/01*23/452,6&-.5-//15-.’*17*1,05*-，()*+,-.!’(&&)，’35-,）@0?%"$-%："-03587,7/1，,2,8/3580*1+*901/,05-.2*66,785:6/6*/889*)-;,05*-<50335.3/-/1.+;+-,4522*-8*65;,05*-581/=5/"0589*)-;03,0801/-.03/-5-./99/20*99*)-;,05*-,90/1;+-,4522*47,205-.581/4,1?,:6/，:,8/;*-03/2*471/3/-85=/,-,6+8585-/@,45-,05*-*99*)-;,05*-，5-A87/205*-*99*)-;,05*-3*6/8,-;8/006/4/-0*:8/1=,05*-*94,B*1801)20)1/8>C3/01/,04/-0*99*)-;,05*-588)22/889)6>C3/83/,1801/-.0323,1,20/1A580528*96*/883,=/://-1/=/,6/;,90/12*47,205-.，,-;;/9*14,05*-9/,0)1/*99*)-;,05*-58,-,6+D/;)-;/13/,=+6*,;8>A#;>("+?：2*66,785:6/6*/88；35.3/-/1.+;+-,4522*-8*65;,05*-；/@,4-,05*-；03/83/,1801/-.03；;/9*14,05*-*99*)-;,05*-塑，局部硬塑。!!前言&.(层粉质粘土、部分粘土：红褐色，层厚%"0&9’"/&$，硬塑。洛阳石化总厂化纤工程是国家“九五”重点建设项目，芳烃抽提装置和对二甲苯装置（简称78装置）是化&.%层粉质粘土夹粉砂：褐红色，层厚#"1&91"1&$，硬塑，很湿，中密。纤工程的重要组成部分。该场地东西长约%/&$，南北宽%(&$，主要建（构）筑物有变配电所、塔及设备基础、’层粉土及粉砂：灰黄—青灰，层厚’"1&9(%"0&$。(层卵石：杂色，成份以沉积岩为主，夹杂岩浆岩，罐基础、钢构架、钢管架、(&&$烟囱及加热炉基础等。很湿，密实。地下水位埋深%’"0/9)&"(’$。"工程地质条件该场地内湿陷性土层厚()$左右，湿陷等级为:该场地地层为第四系冲、洪积粘性土、砂土及卵石。级（轻微）9::级（中等）非自重湿陷，总体趋势由东向场地经回填碾压整平，地面标高(/&"!%9(!’"!#$，地貌西湿陷程度渐轻，且西部地层不具自重湿陷性。单元属黄河二级阶地。土层自上而下分为0层。深度%)$以上土的物理力学性质见表(。!层素填土：以褐黄色粉质粘土为主，局部夹杂褐红色粉质粘土，含少量砖块及瓦片。经过碾压，土质不#地基处理方案均。厚度("#9!"&$，可塑—硬塑。装置区大型设备多，大型钢构架多，其中的二甲苯"层黄土状粉质粘土：褐黄—黄褐色，为新近堆积塔、抽余液塔和烟囱为装置区三大构筑物，对地基承载黄土，具湿陷性，厚度&"/9)"!$，可塑—硬塑。该层力和变形有较高要求。而本场地湿陷性土层较厚，不形成时间短，土质较差，强度低。能满足建（构）筑物对地基的要求。#层黄土状粉质粘土：黄褐—褐色，局部具湿陷性，对湿陷性黄土地基，有多种处理方法。如垫层法，层厚&"/&9%"/&$，硬塑。该层土质较好，但厚度较小。一般适用于消除(9)$厚土层的湿陷性，不能满足设$层黄土状粉质粘土：褐黄色，具湿陷性，层厚计要求。若采用桩基方案，因种种原因，桩位确定难度’"0&9(&"0&$，可塑—硬塑。大，工期紧，且投资较多，还需考虑轻型设备及建筑物%.(层粉质粘土：浅棕—褐红色，局部褐黄色，地基处理费用。厚度)"#&9#"1&$，可塑—硬塑。%.%层粉质粘土：褐红色，层厚(")9!"&$，可!收稿日期：%&&&.&#.%) :::岩土工程学报:??&年表!土的物理力学性质统计表!"#$%&’%()"*+("$"*,-)./+("$-01-%02+%/13/1+$/层号地层名称压缩性!"#!（"4·(567）$!8"#%9%8&&’:湿陷起始压力";9""/!素填土中—高—————————"黄土状粉质粘土中—高&<=>&=>:?=@7::>=7&&=A?=&7?=:>7BC&@7?=?A7#黄土状粉质粘土低&>=B&=@D?=>7A7&=@&A=&?=??=&A——%6:粉质粘土中:A=:&=B>?=>:D7&=B&A=??=AD?=::——根据目前国内强夯技术的发展，对处理较深层的湿陷性黄土采用强夯方案比较理想。强夯施工便捷、节省材料、工期短、效果直观，费用比桩基方案节省7>F。地质报告也建议采用强夯方案。设计方经过研究，确定对该场地采用高能级强夯法处理。"=!夯击能的选择强夯能级的选择以消除黄土湿陷性为主要目的，使用的能级及有效加固深度取决于预期消除湿陷的深度。有效加固深度采用梅纳公式估算：()#!*+"&?图#夯击次数与夯沉量关系I+4=:M%$"2+1*/)+-#%2N%%*(15-"(2+*4*L5#%0/"*,式中(为有效加固深度（5）；#为修正系数，黄土为/%22$%5%*21331L*,"2+1*?,7A-?,D；*为锤重（;G）；+为夯锤落距（5）。根据试验结果，夯坑四周仅有微小的隆起现象。针对建（构）筑物的不同要求，设计确定对芳烃、9H当夯击能量为@???;G·5时，夯击数可选&&C&:击，罐区采用=D万-&地基强夯处理&&A表!主夯点、辅夯点平均夯沉量!"#$%&’(%)"*%+%,,$%-%.,/0-"1/)2/-3"2,4.*+3/,+".5+633$%-%.,")72/-3"2,4.*+3/,+施工步骤能级（89:·-）间距8-锤底面积8-&夯沉量8-平均击数8击平均夯沉量8-最后两击平均夯沉量82-主夯第一遍;<<<;=>>=?，@=A&=B<&C@=BABD=?<主夯第二遍;<<<;=>>=?，@=A&==&E&BA=>=?&=B>=?B=;D=B<<辅夯第三遍A<<<>=&@=A<=>B?C&=>@&B<==?A单位夯击能为DD?B9:·-8-&，罐区单位夯击能为土层夯间的干密度大于夯点干密度。按通常情况，应@?>A9:·-8-&。是夯点上的加固效果比夯间加固效果好。图>所反映二甲苯塔区面积BA<<-&，主夯点与辅夯点共DA的情况，并不说明夯间加固效果优于夯点效果，而是因个，填入粒径小于&<<--的砂石料达&<<<多-A，经>为夯点土受到多遍强力的直接作用，土受扰动的程度遍夯击后，已形成平均厚度约A-、直径A=&-左右的DA比夯间土要大，其应力恢复所需时间要比夯间土长；同个圆柱群体，从整体上提高了地基土表层的承载力。时也因雨季造成的地基表层局部含水率过高，致使夯强夯完成后，各遍主夯点、辅夯点夯沉量见表&。实效果不佳。湿陷性黄土地区强夯适宜于低于塑限含FG、芳烃装置场地北半部总夯沉量平均为?;=A2-水率的土，最佳含水率为低于塑限含水率BICAI。左右，罐区累计夯沉量E@=?2-左右。由于南半部场只有在最佳含水率下才能获得最佳的夯实效果。根据地在满夯前回填土方，其平均总夯沉量不易计算。检测报告，本工程的最佳含水率!为B>=;ICB@=;I，"=!效果检测最大干密度为B=;<=<-以上，干密度提高幅度较大，比夯前增大BDICB;I；在标高BA@=<=<-范围内，土的干密度增加幅度较小，仅B<=BI。说明在标高BA@=<-以下，土的干密度图"典型孔夯点夯间干密度对比曲线与夯前互有大小，此深度以下土体虽受强夯冲击能影J4*=>N/.,)"+,/05)75%.+4,7/0+/4$",2/-3"2,4.*+3/,+L4,M,M/+%4.+6))/6.54.*")%"响，结构受到扰动，但不足以达到加密效果。图%南区典型孔夯前夯后湿陷系数对比曲线J4*=@N/.+,)"+,/02/%00424%.,/02/$$"3+%0/),7342"$M/$%+#%0/)%".5"0,%)2/-3"2,4.*4.+/6,M")%"图#北区夯前夯后平均干密度$标高关系图（&）夯后土的湿陷性J4*=AK%$",4/.#%,L%%.5)75%.+4,7/0+/4$".5"(%)"*%%$%(",4/.#%0/)%".5"0,%)2/-3"2,4.*4../),M")%"从土的湿陷性试验结果分析，不少土样"+H<，按在检测的@<多个钻孔中，有D对钻孔夯点、夯间黄土规范计算，总湿陷量与自重湿陷量均为零。由南相邻布置。经比较检测结果发现，其中&对钻孔上部区典型孔湿陷系数"+在夯前夯后对比曲线（见图@）可 ((G岩土工程学报(""$年看出，检测深度内夯后土的!!均小于"#"$%，甚至为后应间隔G周左右，才适宜进行检测；另外黄土是一种"#""，反映强夯后原黄土层的湿陷性已消除，仅就消除具有结构强度的土，强夯破坏了它的原状结构，土的强湿陷性而言，强夯的影响已达$&’。度恢复和增长需要一定的时间，而本次从停夯到检测多（&）土的压缩系数和承载力数为一周，因此出现+偏低且分散较大的现象。强夯后既提高土的承载力，又使土的压缩性降低。压缩系数!$"(是反映地基受压后可能产生变形大小的指标之一。图)为南区夯后压缩*标高散点图。从整体上看，南区!$"(#"$$占))$$+%；!$"(&"$("’"$(&仅有(个点，占$#%,。总体来说，在标高$&%#"’以上，土经强夯后呈中—低压缩性，即变形性质有较大改变。图$典型孔夯前夯后标贯)标高散点图-./#A01234.56!7.8914:116+36=,91<5?136=3<41?;5’83;4.6/（%）有效加固深度加固深度，是指通过强夯后地基检测结果同夯前相比，在地基强度等各项指标有明显增减、满足设计要求的地层深度。从夯击前后各种指标的对比分析，夯后土体随深图!典型孔夯前夯后压缩系数"标高散点图度分成两个带：!自起夯面到地下一定深度，即标高-./#)01234.56!7.8914:116;51<<.;.16436=121>34.56$G"#"’以上，加密效果显著，其指标表现为压缩性、3<41?;5’83;4.6/.6!5@473?13孔隙比大幅度减小，干密度、承载力大幅度提高，这个为确定地基承载力，本场地共进行A台载荷试验，带为强加密带，厚度为)BA’左右；"从强加密带向其中罐区(台，二甲苯塔区、抽余液塔区、烟囱区各(下至标高$&%#"’左右，土的承载力、干密度不如强加台。A台载荷试验中，有%台试验结果达到设计要求，&密带提高的幅度大，夯击能对这个带的影响相对较小，台试验结果偏低。由此表明，在表层"B*(#%’深度这个范围主要受夯击能的挤压，称为加密带，厚度在内，土层不均匀，局部密实度较差，或土的含水率偏大，%’左右。在标高$&%#"’以下，干密度、标贯击数与导致承载力偏低。二甲苯塔地基()*曲线见图+。夯前土相比互有大小，反映不出强夯的效果。由于强夯处理效果受许多因素影响，如施工参数、施工工艺、地层结构、土本身特性等，因此加固深度是有变化的，见表&。由表&可知，不同能级形成不同的处理深度，加固效果是不相同的。（)）夯后不同时期检测结果的比较强夯结束后半年，为掌握更准确的地质资料，在图#二甲苯塔地基荷载试验()*曲线构*$+*%、构*$A*(范围布置&个技术孔，进行钻-./#+()*;@?>1!5<253=.6/41!45<<5@6=34.56<5?CD2161;52@’6孔、取土样及标贯试验。本次结果与夯后十几天及夯场地夯后土的承载力标准值达到(""EF3，比夯前前附近钻孔的资料比较见表G和图H。提高$+#),B$"",，二甲苯塔区加石料表层的承载力检测表明，标高$GG#"’以上，II达到(%"EF3。$、(孔检测指标值略优于原指标值，而I（G）夯后土的标贯击数&孔的检测指标较原检测结果略差。统计整理的结果表明，干密度比原检测结果少本场地共进行了%&个孔的标贯试验，标贯击数在(,，孔隙比增加了(,，压缩系数增加H,，承载力降低%B(+击之间，平均值为$$#&击。图A为附近有夯前孔的+),散点图。从图A看(#H,B%,，标贯击数差($#%,。其原因，一是该段地处表部，受雨水影响较大；二是随时间的推移，土中孔隙出，到检测之日，夯后+不高，反映强夯效果不明显。水压力的消散，受夯压的土体有轻微的反弹影响。本场地土基本上为粉质粘土，按照规范要求，强夯结束 第>期苏冰Q洛阳石化总厂化纤工程8:5万4>地基强夯处理>>;表!不同土区加固深度!"#$%&’()%*+(,%*-*+.%/(,-*.-00%)%*(")%"区域夯击能（123·4）夯前场地标高（平均值）14强加密带14加密带14加固深度14修正系数罐区5666789:;<=5:768:;676:566:8&北区=666789:&>7=:=6;:;678:&66:;7南区=66678=:7=<=:<6;:;678:>66:;6二甲苯塔区（加石料）=66678=:85876:;68:6678:;66:;7表"典型孔夯前夯后检测结果的比较!"#$%8?@4/")-A@*@04%"AB)%.)%AB$(A0@)(C/-D"$,@$%A-*.%00%)%*(/%)-@.标高14孔号时间（+·D4E&）!"1FG"E7$12G"%1击"!.17#>2AH>7，>;，&&夯前7:8<6:=8=6:&96766，76;，7<677:56:68>6H7:=66:;696:6=6>667<:=788:68，><夯后76I75.（J>>:8K）（E86K）（E<9:;K）（J7<:5KIJ766K）（J;&:8K）6:66;6以上H7:<<6:;>56:77;79;7;:&7，>，&夯后5个月6:66=&（J>6:8K）（E&=K）（E<6:;K）（J78:7，>;，&&夯前7:8>6:9><6:7667;67>:86:6&7;H7:;56:<856:6=>7=676:8788:68，><夯后76I75.（J9:9K）（E79:;K）（E7=K）（J>6K）（E75:7K）6:66>，&夯后5个月6:66&8（J78:=K）（E><:8K）（J7:6K）（J>5:5:5K）H>7，>;，&&夯前7:&56:99;6:7&<7;677:66:6>76H7:;56:<;86:767756=:5788:68，><夯后76I75.（J78:8:>K）（E>5:&K）（J5:7:=K）6:667，&夯后5个月6:665<（J7>:;K）（E>7K）（E><:=击或击数>6I><击、干容重!7:<6+1D4&、含水率小于>6K为满足设计要求，否则为不满足设计要求，应进行处理。钎探验槽结果反映了强夯后地基土的土质情况。从整体看，芳烃抽提装置西部、GM装置从北向南大部分场地土质分布较均匀、密实，钎探击数较高，=7K以图#典型孔夯前夯后干密度对比曲线上的钎探结果符合设计要求。如GM装置构E74的基坑打钎探点共75<个，击数均满足设计要在标高788:6I786:;4，本次检测指标比原检测指求，其中表层&6D4达到766击以上的就有>>个点，第标稍好，干密度提高8:9K，孔隙比降低<:9K，承载力8步最高击数达79<击，有>6个点打到6:9I7:>4处提高5::N=灰土来处理。略差或基本相同，这说明，该区段埋藏较深，受强夯影响较小，随时间的推移，地基土强度无明显变化。$构筑物沉降观测本次只检测了三个钻孔，数量有限，其数据只代表重大构筑物的沉降观测，可反映强夯后地基的实小范围土层的变化，还不能全面反映整个场地的夯后际变形情况和地基变形对构筑物的影响程度，同时也状况，但检测的数据已说明，强夯影响深度内，地基土是对夯后地基土压缩性的一种检验。的强度变化规律已初步可见。塔基础设计规范确定的地基容许变形值为：!基":!基坑开挖情况分析础容许沉降量为76644；"当&:>4O&"5:84时，从夯后的检测和罐区、二甲苯塔基坑等验槽情况基础倾斜值限制在>:;P以内（&为塔型设备内径）。表明，本场地经强夯后表层存在不均匀性，部分土层含二甲苯塔、抽余液塔和烟囱的荷载如下：二甲苯塔水率较高。为此，设计方与检测方专家研究，参照地基自重=>7523，充水重>>=5623；抽余液塔自重 !!&岩土工程学报!’’#年!""#$%，充水重###&’$%；烟囱自重!())!$%。塔介质重!’’’$%。此后多次对三大构筑物作沉降观#***年(月，抽余液塔进行水压试验，充水分)个测，二甲苯塔和抽余液塔地基沉降值与充水试压后的阶段加载。充水完毕，基底压力达到#(&$%+,!，实测沉降值相比，基本未有变化，烟囱地基总沉降量为平均沉降值为(*,,。继续观测-.，沉降基本稳定，(#/-,,。两塔沉降观测结果见图#’。平均沉降值为)#/(,,。然后将塔内充水放掉，观测GH、芳烃罐区共有!’台储罐，容量##’I#’’’,(，地基变形，两个月内平均回弹量)/(0,,，表明地基的罐体直径-/(I##/’,，部分罐基础沉降观测值为压缩仍处于弹塑性变形范围，回弹量只占总压缩量的#!I#0,,，基础环墙最大沉降量!!,,，最小沉降量#’/&1。整个充水试压过程地基沉降情况良好。*,,，最大沉降差&,,，小于规范允许值。#***年"月，二甲苯塔充水分&阶段进行（充水前，塔内固定件已调整好水平度），每阶段加载后期，沉#结语降曲线出现下滑坡度，当充水停止并保持#.时，曲线（#）本场地黄土地基采用强夯处理后，效果显著，也保持水平段不变；如此递推，直到第&阶段充水完土的湿陷性已消除，上部土层承载力达到!’’$G7，二毕。上水时间共#&.，基础底面压力达到#&*$%+,!，甲苯塔区达到!-’$G7。累计沉降量平均为(’/!-,,，基础倾斜值为#/#!"2，（!）强夯后地基均匀性良好，建（构）筑物变形是安地基沉降较均匀。全的，满足设计要求。塔上满水后观测(.，基础沉降值一直保持不变，（(）本工程地基检测是在强夯结束后一周左右进行达到基本稳定后用!.时间放完水。地基在突然卸载的，夯后地基土的孔隙水压力并未达到消散期，因而地后，-.内回弹(,,，且回弹较均匀，显示出地基与基基检测报告提交的检测结果受到时间和地基条件的制础良好的弹性性能。约。随着时间的推移，地基土的强度有一定程度增长。与抽余液塔地基相比，二甲苯塔地基在水压试验中（)）从物理力学指标及钎探击数来看，检测所提地的特点是：!沉降值小。抽余液塔地基在水压试验中沉基承载力有些偏低。降平均为##/-,,，二甲苯塔地基仅沉降了"/"-,,，说（-）由于#**0年洛阳气候异常，雨水偏多，由此造明夯入砂石料的地基性能优于未填石料的地基；"沉降成的地基土含水率偏高，必须引起足够的重视。应加稳定时间短。抽余液塔充满水后，地基-.才达到基本强场地的防雨排水措施，进一步保证地基夯实的效果。稳定，而二甲苯塔充满水后，地基便停止沉降，沉降值始终稳定在(’/!-,,；#二甲苯塔试水时间要比抽余液塔本文得到熊兴邦高级工程师、范淑杰高级工程师、王亚凌晚(个多月，地基固结时间相对来说更有利。副总工程师、李晓伟高级工程师、刘铭芳教授级高级工程师、嵇二甲苯塔放完水后，塔内固定件水平度偏差仍在转平高级工程师的热情指导和帮助，在此表示衷心的感谢！允许范围内。#***年0月初对塔体垂直度进行测量，仅向西偏!,,，向南偏!,,，至装置运行前，地基沉参考文献：降值仍保持在!"/!-,,左右，倾斜值为#/#!"2，说明［#］杨玉海/洛阳石化总厂化纤工程GH、芳烃抽提及制氢装置地基处理后的效果非常显著。岩土工程勘察报告［J］/保定：中国石化总公司勘察设计院，#**"/［!］范淑杰/洛阳石化总厂化纤工程对二甲苯、芳烃抽提装置强夯处理后地基检测报告［J］/北京：中国建筑技术开发总公司，#**0/［(］耿凯鹏/洛阳石化总厂化纤GH装置补充检测岩土工程检测报告［J］/保定：中国石化集团勘察设计院，#**0/［)］王铁宏/全国重大工程项目地基处理工程实录［K］/北京：中国建筑工业出版社，#**0/［-］陈仲颐，叶书麟/基础工程学［K］/北京：中国建筑工业出版图!"二甲苯塔荷载、平均沉降量随时间变化曲线社，#**(/345/#’6784794:;:<=:7.7;.7>?875?@?99=?,?;9A49B94,?［&］地基处理手册编写委员会/地基处理手册［K］/北京：中国<:8CD=?;?E:=F,;建筑工业出版社，#*00/!’’’年#月，两套装置中交后，进入稳定试生产［"］地基处理经验集萃编写组/地基处理经验集萃［K］/北京：阶段。正常操作时，二甲苯塔介质重)’’’$%；抽余液中国电力出版社，#**&/