振冲碎石桩在油罐地基基础处理的应用探讨

华子良

摘要

曹妃甸油库库区T-1、T-2、T-3原油罐采用振冲碎石桩复合地基进行处理，这在国内大型油罐中为数不多。通过介绍该工程地基处理的方案、检测，对振冲碎石桩在大型油罐地基工程中的应用提出了一些探讨。

关键词：振冲碎石桩；油罐；复合地基

中图分类号：TE976文献标识码： A

前言

近年来，随着我国石化行业的发展，油罐向大型化发展。油罐的直径越大，受附加应力影响的土层深度越大，势必造成罐基础的沉降较大，相应的罐底板不均匀变形也大。因此油罐地基处理应重点考虑地基的承载力、不均匀变形以及液化问题。国内处理油罐地基的方法很多，优缺点各不相同，本文结合曹妃甸油库库区T-1、T-2、T-3原油罐工程探讨振冲碎石桩在油罐地基处理中的应用。

工程概况

本工程为北京东方新星石化工程股份有限公司的曹妃甸油库库区T-1、T-2、T-3原油罐详细勘察工程。

拟建曹妃甸油库库区及配套设施场地位于曹妃甸岛的东南角，已建成的矿石码头以东滨海浅滩潮间带处，属砂质海滩，为海相沉积形成。建设规模为80万立方米原油罐（单罐容量10万立方米）。原油罐为钢制，尺寸为80m（直径）×21.8m（高度）；基础为钢筋混凝土环墙式基础。

场地勘察深度内的土层为第四系沉积层，地层分布详见下表。

表1 场地地层分布表

③层土在抗震设防烈度为7度时判定为液化土层，液化等级为轻微；测得地下水位埋深为2.10～3.10m，标高为1.65～2.67m。

地基处理方案论证

我国已建成的大型油罐地基处理大致分为以下几种类型：

1）桩基础：承载力容易满足，沉降量及差异沉降小，施工工期短，但承台板比较厚，配筋量大，综合造价高。

2）半刚性复合地基：主要包括灰土桩、石灰桩、深层搅拌桩和夯实水泥土桩等。它适用于天然地基承载力相对较高，地基处理后，承载力和沉降容易满足油罐使用荷载的要求。这种地基处理方法的基础形式和柔性桩复合地基相同，其造价相对较低，工期短。

3）柔性复合地基综合处理法：这种地基处理方法是先用碎石桩或砂桩对天然地基进行处理，以满足油罐充水前对地基承载力的要求，然后在罐体建成后进行分级充水预压，使地基土强度逐渐增长，最终满足油罐正常使用荷载的要求。油罐基础通常采用钢筋混凝土环墙式基础，环墙内部采用灰土、素土或碎石垫层取代钢筋混凝土承台板，从而大幅度降低造价，施工工期较短。

本场地油罐区天然地基不能满足承载力和变形的要求，且③层粉砂局部地段具液化可能性，为提高承载力、减小变形、消除液化，根据场地地层条件和大型储罐的工程特性及其建筑经验，结合上述3种地基基础方案的优缺点，对罐区的地基处理采用下述方案。

地基处理方案（振冲碎石桩复合地基）

根据场地地层情况，③层底部普遍存在粘性土薄层，④层排水条件较好，碎石桩应穿透③层土进入④层，以形成良好的排水系统，利于地基土层的排水固结。

桩端荷载坐落于④层粉质粘土，圆形布桩，桩长30m，桩距2.3～2.5m，桩径1.2～1.3m。振冲器功率130kW，水压0.4～0.6MPa，密实电流大于95A。

碎石桩施工完成后，应在复合地基上铺设30～50cm的级配砂石垫层，垫层的干密度应大于1.5g/cm3，其渗透系数宜大于1×10－2cm/s。

当碎石桩施工结束、砂石垫层铺设完成、油罐安装后，可对复合地基进行充水预压，即在油罐中分级充水预压，采用充水预压加固可以达到提高地基强度、减少工后沉降的目的，工程质量更容易保证，并且可减少加固费用。

振冲碎石桩工法较成熟，已广泛成功地应用于大型储罐的工程建设，但有工程排浆问题，容易污染环境。

4. 振冲碎石桩试验与检测

设计要求油罐振冲碎石桩复合地基承载力特征值不小于220kPa，碎石桩桩体重型动力触探击数不低于20击，消除地层中粉细砂层的液化。按照设计要求，进行了单桩复合地基静载试验、碎石桩体动力触探试验、桩间土标准贯入试验。

1）单桩复合地基静载试验承压板为方形，面积6.25m2，单级荷载按照65kPa进行加载，分8级加载，总加载量为520kPa。

试验P～s曲线均为平缓光滑曲线，按照相关规范标准，桩复合地基承载力特征值可取s/b或s/d等于0.01所对应的荷载（s为载荷试验承压板的沉降量；b和d分别为承压板宽度和直径，当其大于2m时，按2m计算）和最大荷载或临界荷载值的的一半，取二者中的小值。

结果显示各检测点复合地基承载力特征值≥260kPa，满足设计要求。详见下表：

表2 振冲碎石桩单桩复合地基静载试验结果

2）通过碎石桩体动力触探试验发现，在2.5～3.8m以上击数大多低于20击，个别桩段低于10击；2.5～3.8m 以下击数较高，个别桩段稍低于20击，但数量很少，且不连续。总体来讲，碎石桩桩体3.5m以上密实度较差，这与此深度范围内的地层主要为未压实的回填土有关，3.5m以下密实度较好，连续性、均匀性也较好。由于回填土层以下的桩体比较密实，石料砾径较大，贯入困难，在满足试验结束条件后停止试验。

3）碎石桩桩间土的标贯击数N有明显提高，桩间土的性质已有较大改善，与场地勘察资料对比，判定③层土的液化已经消除。

结论

本工程采用的振冲碎石桩地基处理方法，充分发挥了这种桩的优点，使复合地基承载力得到大幅度提高，地基变形得以降低和有效的控制、消除了地基土的液化，且大大降低了工程造价。

在深厚的低强度、高压缩性层（如松散砂层、淤泥层、软粘土层等）场地，尤其可液化地基，采用大直径振冲碎石桩工艺处理大中型油罐地基具有施工速度快、成本低、工期短、软基固结快、不受地下水影响、工程质量易保证等优点，是一种很好的地基处理方法。

清除桩顶部松散的桩体以及铺设垫层的厚度，直接影响复合地基的桩和桩间土强度的发挥，对提高复合地基整体承载力和减少沉降变形是非常有利的。

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