仪征地区10万m3储油罐地基处理方案优选及应用

刘影

中国石化华东管道设计研究院，江苏徐州221008

仪征地区10万m3储油罐地基处理方案优选及应用

刘影

中国石化华东管道设计研究院，江苏徐州221008

针对仪征地区大型储罐地基处理工程，首先对罐区地质情况、场地条件和储罐结构进行了分析，对地基处理方法进行了优选，提出选用CFG桩复合地基的最佳方案。并从试桩验证、施工情况、上水检测等方面阐述CFG桩复合地基在仪征地区大型储罐地基处理工程中的使用情况，同时给出了施工中遇到的问题以及相应的解决措施。实际案例表明CFG桩复合地基适应性良好，为储罐的地基处理积累了宝贵经验。

储油罐；地基处理；CFG桩；复合地基

0 引言

随着石油行业的不断发展壮大，储罐建设不可或缺，而储罐基础工程一直是建设单位、设计单位、施工单位重点关注的课题。在仪征地区10万m3储罐建设前期，经现场调查发现天然地基土的强度无法满足储罐基底承载力要求，因而根据本工程场地特征，借鉴同类地区已有工程实例的经验，在仪征地区开展了10万m3储油罐地基基础工程的研究工作。

1 工程概况

1.1 地质情况

拟建油罐区域内地基基础设计等级为乙级，抗震设防类别为乙类。工程地质勘探深度41.10 m左右，从浅地基岩土体物理力学性质、岩性、成因等方面划分，将地基土分为5个工程地质层（10个工程地质亚层），部分地层内土的指标见表1、表2。由勘察报告看出，本场地分布的素填土为主要的不良工程地质层，厚度一般不小于2.0 m，最厚可达6.70 m，尚未完成自重固结，若不处理，会产生较大的附加沉降和不均匀沉降。

表1 土的物理性质指标（平均值）

表2 土的压缩性指标（平均值）

1.2 场地条件

本场地东北角堆放邻近地区工程施工遗留的碎石、泥浆以及大量建筑垃圾，使得场地原始地貌景观不复存在，杂填土情况不明，需探明。场地内还分布有水塘，水深1.0～1.2 m、底淤0.3～0.5 m，场地东北部泥浆厚度1.2～1.5 m，施工前需全部清除。

1.3 储罐条件

拟建钢制储罐4个，直径80 m，满载时储罐质量103 536 t，基底压力240～260 kPa，如此大的罐底板对地基土刚度的均匀性要求较高，大荷载对地基土的沉降影响较大，大型储罐下方地基影响深度剖面见图1。且场地罐基础地基持力层范围内存在两种强度差别很大的土层，对储罐基础极为不利，处理不当易使得罐底板出现锅底状变形（见图2）或导致罐基础出现平面（非平面）倾斜。

图1 大型储罐下方地基影响深度剖面

图2 大型储罐基底变形

2 地基优选

储罐基础埋深1.3 m，位于第2层以上土层，此深度的土层属新近沉积土层，强度相对较低，工程地质性质相对较差，且分布不均。由计算结果可以看出，油罐中心沉降与油罐边缘点沉降有较大的差异。储罐基础为钢筋混凝土环墙式，一般可选用天然地基、桩基或复合地基。结合三种地基的特点具体分析如下：

（1）本项目天然地基承载力及变形无法满足结构设计要求，原始地基必须进行加固处理。

（2）桩基安全可靠度高，但工程造价也较高，约4 000万元，不提倡使用。

（3）复合地基造价低，能提高地基土承载力，且类似地区已有复合地基成功应用实例。

综上所述，首先决定选用复合地基。

考虑由于罐体满载时荷重大、罐底板面积大、工程场地条件复杂多样等方面的原因，对两种复合地基方案进行技术、经济比选（见表3），最终选择了CFG桩复合地基方案。

表3 两种复合地基处理方案比选

由于此场地堆置大量泥浆，以致场地利用前必须进行换填软弱土处理，将土体加强后才能进行下一步工作。由表3可知，振冲碎石桩复合地基施工中也要排放大量泥浆，会进一步增加工作难度，因此此方案不是最优选择。该工程是我国首次在扬州-仪征地区地基上建造10万m3大型储罐，安全可靠、经济适用是本工程的建设原则。采用CFG桩复合地基方案除能规避上述泥浆的产生之外，其投资控制较好，是一种优良桩型，因而选用CFG桩复合地基方案。

3 CFG桩复合地基施工过程

根据场地现有条件进行施工，首先进行软弱土换填，其次进行CFG桩复合地基处理。

3.1 换填

4个储罐罐底局部分布有厚度约4.0～9.0 m的2层粉质黏土，由于2-1层粉质黏土的地基承载力特征值为80～120 kPa，不能满足储罐对强度、变形的要求，因而进行换填（见图3）。4个储罐CFG桩桩顶施工标高分别为24.050、23.800、23.950、23.700 m，换填深度为上述施工标高以下深度。换填总工程量为45 696 m3。换填土基坑验槽后按设计方要求采用粉质黏土分层回填压实，且压实系数大于0.97。地基处理完成后基础持力层的承载力特征值提高至180 kPa，压缩模量接近7.9 MPa。施工完采用静载荷试验检测承载力，土工试验检测压实度。检测结果显示，软弱土换填后承载力达到设计要求。

3.2 地基施工

采用长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩。确定桩顶设计标高，根据规范要求计算桩径、桩间距、桩体强度、褥垫层厚度及材料。同心圆布桩，设计桩长10.5～15.8 m，桩顶部留300 mm厚保护土层，桩径400 mm。单桩复合地基承载力特征值不小于255 kPa。

拟建G19、G20、G21三台罐CFG桩的置换率相同，中间加密区置换率为0.021 8，其余区域置换率为0.019 5；拟建G22罐CFG桩中间加密区置换率为0.033，其余区域置换率为0.030。在试验室进行混合料配合比试验，施工时按确定的配合比配制。

图3 换填施工示意

4 试验验证

试验验证包括单桩复合地基承载力试验和低应变检测两项内容。利用单桩复合地基承载力试验检测CFG桩单桩复合地基承载力设计值是否合理；利用低应变检测单桩的成桩效果，判定拟定施工工艺是否适用，并以此决策是否开展后续大规模工程桩的施工。

试验中每罐指定5组桩位按有关规范要求进行试验，按预先分级的荷载进行加压，逐级加荷载并按规定的时间间隔测记荷载和沉降量，直至试验结束。试验结果见表4，试验单桩复合地基承载力特征值为262.5 kPa；低应变检测显示成桩效果良好，表明施工工艺适用于该场地条件，总体满足设计要求。

根据其中一组典型的试验数据绘制了荷载与沉降变化曲线（见图4）和沉降变化与时间关系曲线（见图5）。根据公式计算出CFG桩复合地基承载力特征值不小于255 kPa，试验时最大加载值达525 kPa，由试验场区工程地质等资料及荷载-沉降曲线和沉降-时间对数曲线综合分析可看出：当外载相当于最大加载值的一半（262.5 kPa）时，荷载-沉降曲线未出现明显陡降，沉降-时间对数曲线尾部亦无明显向下弯曲，相对变形值（沉降量/承载板宽度）为0.01，满足设计要求的对应CFG桩复合地基承载力特征值，故取262.5 kPa作为承载力特征值。

表4 静载试验结果统计

图4 荷载-沉降变化曲线

图5 沉降-时间对数变化曲线

根据规范要求进行低应变检测，鉴别规定施工工艺条件下成桩效果的稳定性。工程桩检测结果中大部分为Ⅰ、Ⅱ类桩，均可做工程桩使用，成桩效果良好。

5 工程验证（上水试验）

本试验包括四个步骤：储罐充水前、充水中、充满水稳压阶段、放水后及投产使用期间。此次沉降观测的目的是为了观测储罐地基的沉降量、沉降速率，为将来原油加载、验收提供数据参考。罐基础倾斜统计数据见表5，由表5可以看出，该储罐建设工程在目前承载情况下观测期间沉降量均匀。通过测量，沉降速率小于5 mm/d。依据《建筑变形测量规范》、《工程测量规范》可认为该建筑物在目前承载情况下沉降已趋于稳定，符合竣工验收标准。

表5 罐基础倾斜统计

6 施工中遇到的问题及应对措施

（1）弃土清运。施工中由于采用排土成桩工艺，如果弃土处理不当就会增加施工中寻找桩位和设备就位时间，降低工作效率，或者导致窜孔时不易发现隐患，不易采取现场补救措施的现象发生。采取措施有：

其一，采用人工清运，桩体混合料初凝留下30 cm保护桩长。

其二，挖掘清运时在打桩工作面铺垫层行走，严格控制标高，防止挖断工程桩及扰动打桩工作面以下的工作面。

其三，运土车禁止进入处理范围。

其四，设计标高以上属于50 cm保护土层，必须采用人工开挖。

（2）桩头处理。桩头处理不当容易出现断桩，影响桩身质量、桩端承载力。采取措施有：

其一，以设计标高定位，在同一水平面按同一角度对称放置2个或4个钢杆，用大锤同时击打，将桩头截断。

其二，桩头截断后，用钢杆、手锤将桩顶从四周向中间修平至桩顶设计标高。

其三，断桩后接桩过程中保护好桩间土。

（3）褥垫层铺设。根据设计计算、施工经验确定桩间土保护层和CFG桩桩头清除至桩顶设计标高，CFG桩复合地基检验（静载荷试验和小应变检测）完毕且满足设计要求后才可进行垫层铺设。

仪征地区使用CFG桩复合地基常遇到窜孔问题。当桩距较小、桩长较大、成桩时间长、成桩时一次移机施打桩数量过多时容易发生窜孔问题。应对措施为：采取大桩距设计方案，改进钻头提高钻进速度，隔桩跳打。处理后需通过小应变或静载试验进一步确定其桩身完整性和承载力是否受到影响。

7 结束语

在仪征地区10万m3储罐地基基础工程中，利用CFG桩复合地基进行地基处理后投产使用已两年多，目前综合情况稳定。结合实际工程案例，表明该地区使用CFG桩复合地基具有良好的适用性。通过试桩实现设计与施工的衔接，检测了设计参数指标的科学性、合理性、适用性。

[1]GB 50473-2008，钢制储罐地基基础设计规范[S].

[2]SH/T3068-2007，石油化工钢储罐地基与基础设计规范[S].

[3]JGJ 79-91，建筑地基处理技术规范[S].

[4]阎明礼，张东刚.CFG桩复合地基技术及工程实践[M].北京:中国水利水电出版社，2001.

Scheme Selective Preference of Foundation Treatment of 100 000 m3Oil Storage Tank and Application in Y izheng Region

Liu Ying
East-China Pipeline Design&Research Institute，Xuzhou 221008，China

This paper analyzes the geological condition，field condition and tank structure for large-scale tank foundation treatment engineering in Yizheng Region and puts forward the optimal foundation treatment scheme based on scheme comparison，i.e.the CFG pile composite foundation.It describes the application of CFG pile composite foundation in the large-scale tank foundation treatment engineering with respect to pile test，foundation construction and water-filling test，indicates problems encountered in construction and gives corresponding countermeasures.The practical case shows good adaptability of the CFG pile composite foundation and valuable experience for tank foundation construction is accumulated.

oilstorage tank；foundation treatment；CFG pile；composite foundation

10.3969/j.issn.1001-2206.2015.01.012

刘影（1980-），女，江苏徐州人，2008年毕业于南京工业大学地质工程专业，硕士，从事管道储运建设工程土建配套专业设计工作。

2014-06-21