南堡油田滩海地段软弱地基处理技术

2015-01-12吴旺宝

油气田地面工程 2015年10期

关键词：土工格栅工期

吴旺宝

冀东油田工程监督中心

南堡油田滩海地段软弱地基处理技术

吴旺宝

冀东油田工程监督中心

在滩海地段石油勘探开发过程中经常面临软弱地基处理的问题。南堡油田滩海地段多采用吹填土形成软弱地基，吹填土呈流塑状态，天然含水率大、承载力低，常规设备无法在上面施工作业。在南堡油田3-2平台建设中采用了开挖明沟，强降排水，铺设双向格栅并回填石碴进行软弱地基处理的方案。该方案可在短期内提高地基承载力，达到大型钻机进场安装条件；且成本低廉，施工速度快，能有效缩短工期。南堡3-2平台地基处理共用时9天。经检测，处理后的场地能满足大型钻机进场安装所需要的承载力，达到了预期的质量及工期目标。

滩海地段；软弱地基；施工；承载力

随着石油勘探开发的重点由陆地转向海洋，南堡油田滩海地带油田地面建设工程日益增多。该区块多采用近海新近沉积的泥砂作为吹填料，经吹填形成作业平台。这种吹填土表面积大，孔隙率小，一般含水处于饱和状态。砂层的结构极不稳定，失去水后地基承载力显著增强，遇水后内部结构迅速破坏并使地基承载力减弱甚至消失[1]。在工程开工前需要进行软弱地基处理以适应开发建设的需要。

1 工程概况

冀东油田南堡3-2新建平台位于曹妃甸工业区K16+东侧，占地面积为6×104m2。该平台为新近吹填的临时场，吹填厚度达到6 m。场地土质主要由中、细砂组成，含泥量较少。由于刚刚吹填完，吹填砂体含水量极高，吹填土处于流动和松散状态，极其不稳定，呈流塑状态，地基承载力在40 kPa以下。

根据建设单位要求，需要对该场进行处理，工期要求10天。地基处理的目标是地基承载力达到200 kPa以上，能够满足钻井机械等大型设备进场安装及各类土建工程施工的需要。

2 施工方案的选择

吹填土是一种特殊类型的软土，具有三高一低的特点，即天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低，一般呈软塑到注塑状态[2]。地基土处理的方法有多种，《建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002）》给出了15种常用的地基处理方法。结合本工程的地基特性及短期内需要达到钻井设备进场安装的要求，共拟定了以下3种施工方案可供选择：

（1）换填垫层法。该方法采用抛石挤淤进行地基处理，抛石厚度为1.5 m，造价为540万元，成本高。由于平台三侧为模袋，只有一条进场路，路宽4 m，只能允许一辆施工车辆单次进出，工期较长。

（2）搅拌法。该方法采用固化剂进行搅拌处理，固化厚度为1 m，掺固化剂比例为30%，造价为400万元以上，成本较高，工期较长，软土处理效果一般。

（3）开挖明沟，强降排水，铺设双向格栅回填石碴进行地基处理。采用该方法不但成本低廉，而且能在较短时间内提高地基表层土的强度，短期内即可达到重型设备进场的条件。双向塑料土工格栅是用高分子聚合物通过挤压、成板、冲孔后再经纵向和横向拉伸而成。该材料在纵向和横向上都具有很大的拉伸强度，这种结构在土壤中同样也能提供一个更为有效的力的承担和扩散的理想的连锁系统，适应于大面积、永久性承载的地基补强。应用格栅把石碴填料与格栅网格互相锁合在一起，形成稳定的持力层结构。从力学角度讲，它可有效地分散载荷，并可承受一定的冲击载荷，大大提高了整体强度和地基承载力，在理论上是可行的。此外，双向塑料土工格栅适用范围极其广泛，可以在恶劣环境条件下施工，并能大大缩短工程建设周期。

经综合比较，第三个方案成本低，施工周期短，因此选择此方案来组织施工。

3 施工方法

3.1 开挖明沟，强降排水

3.1.1 开挖排水沟

南堡3-2平台东西长300 m，南北宽200 m。首先将平面分隔成50 m×50 m施工单元，在每个单元的四周开挖排水明沟，沟宽2 m左右，沟深1.0～1.5 m。每个施工单元内的地下水靠自身的渗透压力向四周排水沟自然排出一部分，剩余水就要靠施加外力扰动排出。

由于土体成液化状态，初期依靠浮筒挖掘机进行开挖作业。受土质条件的限制，每次开挖深度不超过400 mm，对于坍塌区段要重新清理，经多次重复开挖直至达到设计深度为止。

3.1.2 挖掘机扰动排水

因吹填砂层渗透系数小，地下水若靠自然渗出、晾晒，工期不允许，因此需要对含水层施加外力进行扰动排水。其作用机理：吹填土成饱和状态，在外力周期性作用扰动下，土体中孔隙水压力骤然上升，液化后的土粒在自身重力、上覆土层压力作用下重新排列，土的孔隙比减小，密实度增加，同时地下水涌出地表。在浮筒式挖掘机施工3天后，由于自然排水固结，地基承载力提高，改用履带为600 mm宽的普通挖掘机进场施工。工作方法：将挖掘机的铲斗插入地面前后摇动1～2 min，然后向前移动挖掘机重复以上操作，地下水就会像喷泉一样渗出地面，通过排水明沟汇集到一起，然后用水泵抽走。

为了进一步提高地基表面硬度，使用180型推土机排压2～3遍，将地基土中未能排出的地下水强力挤出，将表层土压实，进一步提高地面强度。

3.2 铺设土工格栅

本工程采用双向拉伸土工格栅，其型号为TGSG20-20，产品性能技术指标见表1。

将场地碾压平整，高差不大于100 mm。场地平整后铺设格栅，纵轴向应与主要受力方向一致，搭接宽度不小于250 mm，搭接处用16#镀锌铁丝进行绑扎。铺设时要求平整、绷紧、顺直，避免折皱或扭曲，每隔1.5～2 m用U型钉固定于地面上。共铺设双向拉伸土工格栅12 766 m2。铺设完后尽量避免施工车辆和施工机械行驶或停放在已铺好的土工格栅上。