惠州炼油项目马鞭洲油库场地5.3万m2抛石填海地基12000kN.m强夯处理工程

柴俊虎¹  杨金龙¹  何立军²

(1中化岩土工程股份有限公司 北京 102600  2上海申元岩土工程有限公司 上海 )

作者简介：柴俊虎 (1981– )，男，高级工程师，主要从事岩土工程方面的施工和科研。E-mail：deltachy@126.com 。

摘  要：场区由开山碎石回填海域形成，回填料级配不均匀，最大填筑厚度约14m，采用最高能级12000kN.m能级强夯进行处理，施工过程中仅需回填石料，可连续施工，且成本较低，夯后采取载荷试验、瑞雷波等方法进行检测，强夯处理效果显著，为今后抛石填海地基处理积累了一定的经验。

关键词：地基处理；抛石填海地基；高能级强夯

一 工程概况

厂区位于马鞭洲岛北半岛三面环水海域，正南侧中部为陆域，一部分山体已被爆破开挖，东南侧为正在运营的原油码头。

本场地由爆破开挖陆域山体碎石土回填海域形成，设计有效处理深度范围内的地基土为素填土，主要成分为开山碎石，级配一般，回填厚度0～14m不等，场地标高10m左右，地下水位同海平面。场区典型地质剖面见图3-2。

根据强夯设计要求，本工程共分4个强夯施工区，分别为Ⅰ区12000kN.m、Ⅱ区、Ⅳ8000kN.m、Ⅲ区3000kN.m三种能级。

I区强夯设计能级为12000kN•m，强夯施工面积16500 m²，主要为办公区，本区域人工填土最大厚度达14m，是本工程重点处理地段；Ⅱ区强夯设计能级为8000kN.m，强夯施工面积8850 m²，为事故水池，是本工程重点处理地段；Ⅲ区强夯设计能级为3000kN.m，该地段回填土厚度较小，是挖填方过渡地段，强夯施工面积9800m²；IV区强夯设计能级8000kN.m，为场区道路，本区域回填土较厚，以控制道路不均匀沉降为目的，强夯施工面积18150 m²。

图3-2  典型工程地质剖面图

二 方案比选及设计参数

2.1 方案比选

(1) 桩基方案

本项目施工场地为开山回填场地，主要成分为开山碎石，且回填料级配不均匀。如采用钻(冲)孔灌注桩存在以下不利条件：

① 因回填成分主要为开山碎石，成孔很困难，施工过程缓慢，不利于工期控制；

② 因本项目地处海岛，施工材料均需由陆地运至施工现场，运输成本高；

③ 场地为新近回填场地，且主要回填成分为开山碎石，回填不均匀，空隙大而且不均匀，灌注过程中充盈系数必然会很大，而且成桩质量不易控制，同时也造成了成本大幅增加。

综上所述，桩基方案在本项目中实施难度较大，且施工成本高、质量控制难度大、工期无法得到有效控制。

(2) 强夯方案

强夯方案在本项目实施中有以下几点优势：

① 本项目为碎石回填场地，此类场地非常适合强夯施工，一般在碎石场地应用强夯工艺都能取得良好的施工效果。虽然本项目最大回填厚度为14m，但可以通过增大强夯施工能级确保强夯的有效加固深度；

② 强夯工艺不需要增加新的建筑材料，在施工过程中仅需要回填石料，而石料在本项目中可以在海岛上获取，不需要由陆地运输建筑材料；

③ 强夯施工工艺简单，质量控制较为容易，而且施工过程中可以组织连续施工，施工周期短，有利于总体施工工期控制；

④ 因强夯方案以上特点，强夯方案的施工成本较低，有利于施工项目的成本控制。

综上所述，强夯方案在工期、质量、成本等方面均有较大优势，本项目最终选择的地基处理方案为强夯方案。

2.2施工参数

(1) 设计要求

① I区位于场地西北部，主要包括综合办公楼、泡沫泵站、海水淡化厂房、罐区变配电所、锅炉房除氧气框架、消防水罐、生产水罐等，处理后地基承载力特征值f_ak要求达到160 kPa，有效处理深度为14.00m左右。采用12000kN.m能级进行强夯处理。

② II区位于场地东南部，主要为雨水/事故池部分，IV区位为场区道路，处理后地基承载力特征值f_ak要求达到120 kPa，有效处理深度10.00m左右；采用8000kN.m能级进行强夯处理。

③ III区位于原油区边缘，介于挖方区与填方区之间，处理后地基承载力特征值f_ak要求达到120 kPa，有效处理深度1.00～7.00 m；采用3000 kN.m能级进行强夯处理。

(2) 施工参数

① Ⅰ区12000kN•m能级参数

Ⅰ区分四遍进行，第一、二遍的单击夯击能均为12000kN•m，夯锤直径为2.6m，每遍夯击次数以最后两击平均夯沉量不大于20cm控制，第三遍夯击能为6000kN•m，主要是使一、二遍间土体得到有效加固，达到密实状态；第四遍为满夯能级为2000 kN•m，每点夯两击。两遍主夯点呈10m×10m正方形布置，第一、二遍夯点采取隔行跳点方式进行施工；第三遍夯点在第一、二遍相邻四个主夯点的中间插点；满夯夯印要求搭接1/4，以夯实地基浅部填土。

图3-3  Ⅰ区12000kN.m能级夯点布置示意图

② Ⅱ区、Ⅳ区8000kN•m能级参数

Ⅱ区和Ⅳ区分三遍进行，第一、二遍的单击夯击能均为8000kN•m，夯锤直径为2.6m，每遍夯击次数以最后两击平均夯沉量不大于15cm控制；第三遍为满夯，夯击能级为2000kN•m，每点夯两击。两遍主夯点呈9m×9m正方形布置，第一、二遍夯点采取隔行跳点方式进行施工，第三遍满夯夯印要求搭接1/4，以夯实地基浅部填土。

三 试验施工

3.1 试验区选定

根据强夯设计要求，本工程共分4个强夯施工区，施工区的具体位置详见强夯区域平面布置图。

Ⅰ区位于场地西北部，主要包括综合办公楼、泡沫泵站、海水淡化厂房、罐区变配电所、锅炉房除氧气框架、消防水罐、生产水罐等；Ⅱ区位于场地东南部，主要为雨水/事故池部分；Ⅲ区位于原油罐区边缘，介于挖方区与填方区之间，是挖填方过度地段，该地段回填土厚度较小；Ⅳ区位于罐区周边道路处，为场区道路，本区域回填土厚度较厚，以控制道路不均匀沉降为目的。

本次施工根据本项目的特点、建筑物的布置、建筑物的重要程度，选择Ⅰ区、Ⅱ区进行试验施工；Ⅲ区、Ⅳ区不进行试验施工，根据类似场地施工经验确定施工参数直接进行工程施工。

3.2 试验要求

(1)试夯区Ⅰ：在现场Ⅰ区范围选定30m×30m的场地，每遍夯点布置按照10m×10m正方形布置。12000KN·m能级强夯两遍，6000KN·m能级一遍，满夯2000KN·m能级一遍。处理后地基承载力特征值f_ak要求达到160KPa，有效处理深度为14m左右；

(2)试夯区Ⅱ：在现场Ⅱ区范围选定27m×27m的场地，每遍夯点布置按照9m×9m正方形布置。8000KN·m能级强夯两遍，满夯2000KN·m能级一遍。处理后地基承载力特征值f_ak要求达到120KPa，有效处理深度约为10m左右。

3.3 单点夯试验

在试验区Ⅰ和试验区II分别选取一个夯点进行单点夯试验，进行夯沉量和周边变形观测，观测成果如下图3-4、图3-5：

  图3-4  试验区Ⅰ单点夯各观测点累计沉降量

图3-5  试验区II单点夯各观测点累计沉降量(由于部分数据缺失，曲线有断开)

由图3-4（靠近夯锤的两个观测点丢失），距夯点中心4m范围内观测点下塌落明显，其余各点也有下沉，但不明显，可以发现夯击侧向影响范围应在5m～6m之间。此点共夯了15击，最终夯坑深2.94米，最后两击平均夯沉量为8cm。第一遍点夯完成后，从现场来看两个夯坑之间塌落较大，在其余各个夯点施工现象和单点夯观测结果一致。第二遍点夯观测中塌落现象明显减弱，最大塌落为14cm。

由图3-4（靠近夯锤的一个观测点丢失），距夯点中心3m范围内观测点下塌落明显，其余各点也有下沉，但不明显，可以发现夯击侧向影响范围应在4m～5m。第一遍点夯完成后，从现场来看两个夯坑之间塌落较大，在其余各个夯点施工现象和单点夯观测结果一致。第二遍点夯观测中塌落现象明显减弱，最大塌落为12cm。

四 试验检测评价

本项目采取了瑞雷波、平板静载荷试验两种检测手段。因本场地在试验过程中进行的重型圆锥动力触探（夯后）仅在表层1～5m范围可实施，且数据不稳定，不能准确评价地基土的特性，故在工程检测中未采用重型圆锥动力触探测试。

本次试验共进行了16组瑞雷波测试，6个点位的平板静载荷测试，下面将通过各区域部分检测数据说明本项目的实际效果。

4.1 瑞雷波评价

(1) 试验区I(12000KN·m)瑞雷波监测

由图3-6，夯后瑞雷波波速明显提高，各测点频散曲线与夯前频散曲线基本呈平行状态。地层密实度增加，波速提高可以判断，强夯地基处理后有效加固深度不小于14m，且地面以下14m范围内无明显低速软弱层。

(2) 试验区II(8000KN·m)瑞雷波监测

由图3-7，夯后瑞雷波波速明显提高，各测点频散曲线与夯前频散曲线基本呈平行状态。地层密实度增加，波速提高可以判断，强夯地基处理后有效加固深度不小于10m，且地面以下10m范围内无明显低速软弱层。

4.2 平板静载荷试验评价

由图3-8、3-9，P-s曲线上无明显的陡降段，s-lgt曲线未出现明显向下弯曲，故各测试点在最大荷载的作用下未达到破坏。依据《建筑地基基础设计规范》(GB50007)进行取值，Ⅰ区承载力特征值f_ak≧160kPa，Ⅱ区承载力特征值f_ak≧120kPa，测试结果满足设计要求。

五 总结与建议

(1) 在地表浅层进行重型动力触探试验时击数就超过了50击甚至出现反弹现象，达到停止试验的标准，不能满足设计要求的处理深度，重型动力触探试验在此类场地不适用，可采取其他方式对有效加固深度测试；

(2) 在强夯处理深度范围内地基土水平、垂直方向均匀性较好；从瑞雷波频散曲线来看，12000KN·m能级区域有效加固深度达到14m以上，8000KN·m能级区域有效加固深度达到10m以上，高能级强夯在抛石填海地基中适用；

(3) 块石回填场地中，夯坑周边塌落严重，应采取最后两击夯沉量和夯击击数作为控制标准。