CFG桩复合地基在兰州某油库地基处理工程中的应用

谷 峰 田耀文

(中国石油集团工程设计有限责任公司岩土工程分公司,北京 100085)

CFG桩复合地基在兰州某油库地基处理工程中的应用

谷 峰 田耀文

(中国石油集团工程设计有限责任公司岩土工程分公司,北京 100085)

结合兰州某油库地基处理工程,主要介绍 CFG桩复合地基在该工程上的应用及其应用效果,对类似工程具有一定的借鉴。

CFG桩;复合地基;承载力

CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩 (Cement Flyash Gravel pile)的简称,它由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩,桩、桩间土和褥垫层一起构成 CFG桩复合地基,通过褥垫层共同承担上部荷载。CFG桩适用于处理粘性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基。

1 工程概况

兰州某油库,设计库容为 18720m3,包括 18座 1040m3外浮顶原油罐,油罐直径为 80m,整体式基础,总重 103300kN,估算基底压力约 250kPa。

2 场地工程地质条件

2.1 地形地貌

油库所处地貌单元为黄河Ⅱ级阶地前沿,地势比较平坦,地形稍有倾斜,最大高差约 1.60m,地面标高在 1536.0m～1537.58m之间。

2.2 工程地质概况

该场地地层较为简单,勘探范围内的地基土从上到下划分为:

①杂填土:杂色,以粉土为主,土质极不均匀,厚度 0.30m～1.50m;

②黄土状粉土:黄褐色 -褐黄色,稍密,散粒结构,土质比较均匀,局部含少量粘性成份,近粉质粘土,欠固结,孔隙发育,具虫孔;地下水位以上具非自重湿陷性,稍湿 -湿,地下水位以下不具湿陷性,湿-很湿,干强度低,韧性低,无光泽反应,厚度为 2.00m～5.30m;

③细砂:褐黄色,松散,饱和,散粒结构,厚度 0.10m～2.30m;

④卵石:杂色,中密 -密实,饱和,级配较好,骨架颗粒为亚圆状,粒径 20mm～90mm,最大粒径达150mm左右,含量约占总重的 65%～90%,填充物以细砂为主,次为圆砾和砾砂,厚度 3.80m～7.00m。

2.3 水文地质概况

场地地下水主要赋存于卵砾石和细砂层内,含水层平均厚度约 5m,稳定地下水位埋深一般在 2.00m～4.50m之间,属松散层孔隙潜水。

3 CFG桩复合地基设计

根据场地工程地质条件,采用 CFG桩复合地基方案,以卵石层为 CFG桩桩端持力层,桩端进入卵石层深度不小于 1.0m,基坑开挖深度为自然地平面下 3.0m。进行桩基设计时,设计参数可按表 1考虑。3.1设计技术参数

表1 复合地基设计参数一览表

(1)CFG桩桩直径为 420 mm;桩距:S=1.136m～1.281m;

(2)桩长:桩长应进入④层卵石不小于 1.0 m;

(3)CFG桩面积置换率:罐区复合地基面积置换率为 0.096,总桩数为 3997根,罐内桩为正方形布置,共 2957根桩,间距 1.20m,从油罐半径 37.60m处呈环形布置 1040根桩,共 5排,每排 208根,排距1.20m,桩间距 1.136m～1.281m;

(4)桩体强度等级相当 C 20;

(5)桩间土地基承载力特征值为 70 kPa; (6)油罐的处理面积为 5644.97m2;

(7)复合地基承载力特征值不小于 250kPa;

(8)褥垫层采用级配碎石,厚度 300mm,粒径≤30mm,夯填度≤0.9。

3.2 复合地基承载力及变形计算

3.2.1 承载力计算:

式中:fspk——复合地基承载力标准值 (kPa);

fk——为天然地基承载力标准值 (kPa);

m——为面积置换率;

Ap——单桩截面面积 (m2);

β——桩间土折减系数,宜按地区经验取值,如无经验时可取 0.75～0.95,天然地基承载力较高时取大值;

up——桩的周长 (m);

qsi——桩周土侧阻力标准值 (kPa);

qp——桩端承载力力标准值 (kPa); li——第 i层土的厚度 (m);

K——安全系数,取 2.0。

根据计算,桩径为 D =420 mm,桩端进入④层卵石层 1.0m,桩间距为 1.20m,复合地基承载力 fspk=314kPa>250kPa,满足油罐地基承载力的要求。

3.2.2 复合地基变形计算:

根据《石油化工钢储罐地基与基础施工及验收规范》表 22的规定,罐基础沉降差允许值:0.003D(D为罐内径)。

复合地基压缩模量 (Esp)计算式为:

式中:Ep——桩体压缩模量 (MPa);

m——面积置换率;

Es——桩间土压缩模量 (MPa)。

采用分层总和法计算复合地基的压缩量 S1,计算式为:

式中:ΔPi——第 i层复合土上附加应力增量;

Hi——第 i层复合土层厚度。

基础底面设计压力按 250 kPa计算,计算复合体的总沉降量为 52mm,而 0.003D=240mm>52mm,符合规范要求。

4 CFG施工工艺

4.1 工艺流程

根据场地的工程地质条件,采用长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩的施工方法。

施工流程:测量放线→钻机就位→钻孔→至设计深度→泵送混合料成桩→养护→截桩头→铺设褥垫层。

4.2 施工难点

(1)由于该场地地层的特点,卵石层上有饱和细砂和湿陷性黄土,拔管后桩孔中容易产生缩颈现象,增加了施工难度,当缩颈严重时,可采取复打办法解决。

4.3 质量控制

(1)预防窜桩。施工中局部地区容易窜桩,为了减少和避免窜桩,可采取隔桩、隔排跳打的方法,减少在窜孔区域的打桩推进排数,并合理控制钻进速率。

(2)准确掌握提拔钻杆的时间。钻孔进入预定标高后,开始泵送混合料,管内空气从排气阀排出,待钻杆内管及输送软、硬管内混合料连续时提钻。若提钻时间较晚,容易造成管路堵塞。应杜绝在泵送混合料前提拔钻杆,以免造成桩端处存在虚土或桩端混合料离析、端阻力减小。

(3)严格控制拔管速率。拔管速率应与泵的压力相适应,太快可能导致桩径偏小或缩颈断桩,而过慢又会造成水泥浆分布不匀、桩顶浮浆过多、桩身强度不足和形成混和料离析现象,导致桩身强度不足。故施工时,应严格控制拔管速率。

(4)加强对施工的监测。施工时对桩顶上升量较大或怀疑发生质量问题的桩应开挖查看,并做必要处理。

5 地基检测

CFG桩承载力检验应采用复合地基载荷试验,检验应在桩身强度满足试验荷载条件时,并宜在施工结束 28天后进行。试验点数量宜为总桩数的 0.5%～1%,且每个单体工程的试验数量不应少于 3点,并应抽取不少于总桩数的 10%的桩进行低应变动力试验,检测桩身完整性。

5.1 低应变动力检测

(1)检测设备

低应变动力检测仪器为美国 PD I公司研制的 PIT-V动测仪。

(2)检测结果

现场共进行了 400根桩低应变动力检测,其中Ⅰ类桩 376根,占检测总数的 94%;II类桩 16根,占检测总数的 4.0%;III类桩 8根,占检测总数的 2.0%。III类桩经过处理可以满足工程使用条件。

5.2 单桩载荷试验检测和单桩复合地基载荷试验检测

(1)检测设备

检测设备包括:JYC桩基静载荷分析仪、油压千斤顶、位移传感器、压力传感器等。

(2)检测结果

现场共进行了 3根 CFG单桩载荷试验检测,3根单桩承载力和变形均满足设计要求。复合地基载荷试验检测共进行了 40个,承载力和变形均满足设计要求。图 1和图 2分别为单桩载荷试验和单桩复合地基载荷试验的荷载 -沉降曲线。

6 结语

(1)CFG桩复合地基是一种低强度混凝土桩,介于刚性桩与柔性桩之间,能通过垫层的调节作用,充分利用桩间土的承载力,与土共同作用,并可传递荷载到深层地基中去,具有较好的技术性能。

(2)采用 CFG桩法对油库地基进行处理是适宜的,该方法可应用于各种形式罐基处,安全可靠,费用较低,是一种值得推广应用的地基处理形式。

[1]SH3068-1995石油化工企业钢储罐地基与基础设计规范[S]

[2]JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范[S]

[3]JGJ 94-2008建筑桩基技术规范[S]

[4]GB 50007-2002建筑地基基础设计规范[S]

TU473.1

A

1009-5462(2011)01-0051-04

2011-03-01

谷峰,男,河北辛集人,中国石油集团工程设计有限责任公司岩土工程分公司工程师。

[责任编校:张彩红 ]