大连西太平洋石油化工有限公司新增原油库区7万m2非均匀回填地基强夯工程

李永波(中国建筑科学研究院地基所)

李小康(洛阳石化工程公司)

王春雨(中国化学工程建筑科学研究院地基所)

王亚凌(中化岩土工程有限公司)

一、概述

大连西太平洋石油化工有限公司新增原油罐区工程由4座10万m³原油储罐和两座5万m³原油储罐及附属配套设施组成。拟建场址位于丘前坡洪积扇裙谷地，地形地貌变化十分复杂。原地形北高南低，场地由东向南有一条冲沟,经人工回填形成了三个泥塘，场地内还发现有地下有防空洞。当整平场地达到设计标高时，形成半开挖、半回填的不均匀地基。为了提高填方区地基的强度和抗不均匀变形能力，设计采用高能级强夯方案对地基进行加固处理。强夯处理后，综合检测结果表明：采用8000kN.m高能级强夯处理方案是可行的，处理效果显著，地基承载力标准值f_k≥250kp，变形模量E_o≥20MPa。本次强夯工程于1999年5月16日开工，1999年7月28日竣工，检测合格后顺利交付安装单位施工。原油储罐建成后经充水满载测试，环墙基础沉降低于油罐地基基础施工及验收规范规定值。

二、工程地质概况

挖方区开挖土层主要为粉质粘土，最大厚度约10m，其次为碎石土和石英岩，两者的最大厚度均不超过2.5m。

填方区场平标高达到41.0m后，地基土自上而下依次为：

(1)素填土层①：褐黄色、松散、主要由粉质粘土组成，厚度0~10m；

(2)素填土层①-1、灰褐色、松散、由石英岩碎石及粉质粘土组成，含少量砖块，为近期回填，主要分布在场地西侧U型沟谷内，厚度1.0～1.5m。

(3)含砾粉质粘土、褐黄色、稍湿、岩芯呈短柱状，1～3cm石英砾石含量15～20％，一般呈强风化，该层在场地局部分布，多呈夹层出现，厚度0.5～1.5m，fk=240kpa。

(4)粉质粘土：黄褐色、稍湿、可塑～埂塑，岩芯呈短柱状，可见铁锰质结核及浸染，大面积分布，层厚1.8m～5.0m，fk=250kpa。

(5)碎石土：黄褐色、中密，1-5cm石英碎石含量60～70%，一般中等风化，次棱角状，其孔隙由粉质粘土充填，大面积分布，f_k=360kpa。

(6)砂砾石混土：黄褐色、松散、2～5cm砂砾含量60～70%，次棱角状～次圆状，分布在西南部冲沟河床边缘，层厚2.5～5.5米，f_k=360kpa。

场地原始地貌的西南部冲沟河床边有缘有地下水出露，其埋深3.5m。场地地质剖面如图12-1所示。

图1  典型地质剖面图

三、地基处理方案的选择

根据本工程的具体情况，设计认为复合地基或桩基方案虽然工程应用普遍，技术成熟可靠，但本场地回填土中混有大块建筑垃圾和爆破后回填的大块岩石，且地下岩脉走向难以确定，预计成桩有一定困难，施工难度大，造价高，施工周期长，不适宜本场地地基处理。高能级强夯方案不但技术可行，更重要的是本工程一期库区大型原油储罐地基已采用高能级强夯处理方案，取得圆满成功，新增库区场地绝大部分区域填土的厚度和设计处理深度均在强夯有效处理范围之内，与一期工程类似。对局部回填土厚度超过10m的区域可分两层进行强夯。本方案施工周期短，工程造价低，适宜本场地地基处理。

四、强夯设计及说明

根据场区内回填土厚度，绝大部分填土区标高达到41m时进行强夯，无须分层。场地西南部回填土超过10m的区域，除了回填土以外，原状土地基承载力不能满足设计要求，设计分两层进行强夯，第一层起夯面标高为33.0m，第二层起夯面标高与场地其它区域相同，为41.0m。

1．33.0m标高层强夯。

本层采用3500kN.m能级强夯，共分四遍进行施工，其中三遍为3500kN.m能级点夯，一遍为1500kN.m满夯。点夯以最后两击的平均夯沉量小于5cm作为宏观控制依据。最后一遍满夯2击。

点夯间距为3.5m×3.5m。第一遍点夯的布置形式为7.0m×7.0m正方形，第二遍在第一遍相邻的4个夯点间插点，第三遍在第一遍相邻的两个夯点间插点。满夯的夯印彼此搭结1/3。

2．41m层标高层强夯

本层大面积采用8000kN.m能级强夯,共分四遍进行施工，其中第一、第二遍主夯点的能级为8000kN.m，第三遍辅助夯点的能级3000kN.m，第四遍满夯能级为1500kN.m。第一、二遍夯点以最后两击的平均夯沉量小于8cm作为宏观控制依据，第三遍辅助夯点以最后两击的平均夯沉量小于5cm作为宏观控制依据，第四遍满夯2击。

点夯间距为4.5m×4.5m，第一遍点夯的布置形式为9.0m×9.0m正方形，第二遍在第一遍相邻4个夯点中间插点，第三遍在第一遍相邻的两个夯点中间插点。满夯的夯印彼此搭结1/3。

五、对特殊区域的处理措施

对冲沟的处理措施：首先清除冲沟内的植被、垃圾及表层耕植土，然后分层回填，并借助土方运输和推土机等施工机械碾压，每层厚度不大于0.7m，回填标高达到大面积填土标高。

对泥塘的处理措施：首先对原始泥塘的范围进行了勘察，确定泥塘实际边界，然后进行排水和清淤，进行了排水清淤后，最后分层回填，并借助土方运输和推土机等施工机械碾压，每层厚度不大于0.7m，回填标高达到大面积填土标高。

对防空洞的处理措施：首先用挖掘机探明地下防空洞的走向并开挖，开挖排水通道排除洞内积水，然后分层回填，并借助土方运输和推土机等施工机械碾压，每层厚度不大于0.7m，回填标高达到大面积填土标高。

六、强夯施工概况：

1.  试验性施工

从单点夯试验施工情况看，场地回填土含水量较高，回填土结构松散，当连续夯击到5-6击时，发生因夯坑太深而起锤困难的问题，质量工期都有可能受到影响，因此大面积施工时需要对原设计参数进行适当调整，即强夯施工遍数由四遍调整为六遍，每遍主夯点分两次完成。夯击数控制标准为：第一次强夯夯坑深度控制≥2.5m且以不吸锤为准。第二次回填碎石土后，最后两击的平均沉降量小于200px。夯点间距及夯点布置形式不变。

2.大面积施工情况

大面积施工以试验性施工确定的施工工艺为依据，两遍主夯点第一次施工以夯坑深度作为控制标准，当夯坑深度≥2.5m时，进行粗骨料回坑，并整平场地，然后进行原夯点再强夯，直至以达设计控制标准。第二次强夯的夯沉量如果达不到控制标准，向夯坑内继续填加粗骨料并再次强夯，直至满足设计要求。

本场地有一台10万m³原油储罐布置在1／4面积出露基岩、3／4的面积为原状土的区域，地基土水平方向和垂直方向差异性均很大，经计算，不均匀沉降量超出规范规定值，不能满足使用要求，因此对罐基基岩部分进行了松动爆破，挖除后重新回填并用土进行2000KN.m能级进行满夯处理，形成褥垫，达到控制差异沉降的目的。

有一台5万m³原油储罐布置在一半位于控方区，一半位于填方区的区域，填方区回填土经过8000KN.m强夯处理达到了设计要求，而挖方区原状土因含水量较高，处理后经检测，地基土的物理力学指标达不到设计要求，采用两遍3000KN.m能级主夯和一遍1500KN．m能级满夯重新进行了处理。处理过程中，主夯点同样采取首先控制夯坑深度，其后回填级配碎石，再进行夯击，控制最后两击沉降量不大于125px。

七、处理效果检测评价

1．  33m标高层检测结果

本层的检测手段为标准贯入试验和室内土工试验，共布置5个钻孔，试验深度5.3m，在试验深度范围内，标贯击数平均值介于10～12击之间。根据原位和室内土工试验结果，本层强夯处理后，地基承载力标准值f_k=250Kpa，压缩模量Es≥15Mpa，满足设计要求。

2.  41m层检测结果

本层强夯区共布置载荷试验9台，布置标准贯入、取土试验共23个孔，对罐基还增加了浅层物探检测，完成7875个物理点。

强夯地基综合检测结果表1和表2和图2。

图2  载荷试验p-s曲线

根据以检测结果，认为强夯处理后地基承载力标准值f_k>250kPa，地基整体均匀，满足设计要求。

八、检测结论

强夯地基综合检测表明，加固后的地基承载力标准值f_k>250kPa，满足设计要求。

根据静载试验结果推算，处于挖填方交界处的地基差异沉降最大，其值为2‰，满足规范要求。

罐体建成后于2000年3月一4月充水试验，环墙基础沉降小于规范规定值，试水成功。

综上所述，大连西太平洋石油化工有限公司新增原油罐区地基采用强夯法进行加固处理是成功的，加固效果良好。

九、经济技术指标对比分析

新增原油罐区填土地基采用强夯法加固地基，按保守的计算方法统计，可比挤密碎石桩复合地基加固方案节省投资约850万元，并大大缩短施工工期，经济和社会效益十分显著。

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