冲孔灌注桩冲击震动对LNG储罐BOG设备影响的试验研究

宋鹏波，刘晶晶，郑权恒，张鹏，乔永立

(河北建设勘察研究院有限公司，石家庄 050031)

冲孔灌注桩冲击震动对LNG储罐BOG设备影响的试验研究

宋鹏波，刘晶晶，郑权恒，张鹏，乔永立

(河北建设勘察研究院有限公司，石家庄 050031)

根据液化天然气储罐设计要求，BOG设备运行期间对震动控制的要求比较高，当外界震动在BOG设备处引起的水平速度超过0.98cm/s时会因震动影响而自动停机，造成不可估量的损失。论文结合某工程实际，通过现场动力测试试验，研究了不同冲程、不同距离、不同工况条件下冲击钻孔灌注桩冲击震动对BOG设备的影响，试验结果对今后类似工程的建设具有一定指导意义。

LNG储罐；冲孔灌注桩；震动；水平速度

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.015

1 引言

冲孔灌注桩作为桩基础的一种，广泛适用于填土层、黏土层、粉土层、淤泥层、砂土层、碎石土层、砾卵石层、岩溶发育岩层或裂隙发育的地层施工，在现阶段的建筑施工中广泛应用。考虑到冲孔灌注桩冲孔施工时产生较大的冲击震动，可能对已经建成的设备造成影响[1,2]。本文以广东某公司的新增BOG压缩机的桩基工程施工对已建好的BOG压缩机影响为例，通过现场的动力测试试验，研究了不同冲程、不同距离、不同工况条件下冲击钻孔灌注桩冲击震动对运行中的BOG设备的影响，试验结果对今后类似工程的建设具有一定指导意义。

2 工程概况

2.1 工程地质条件

本试验依托广东某公司新增第3台BOG压缩机桩基工程，该工程位于深圳市大鹏镇，根据钻孔揭露，各岩土层分布情况及岩性特征自上而下分述如下：

1）第四系人工填土层(Q4ml)

①人工填土：灰白、灰黄色。主要由中、微风化花岗岩碎块石或中、微风化碎裂砂岩碎块石组成，直径2～20cm，个别块石直径可大于50cm，局部地段顶部50cm填充有大量黏性土，该层人工填土经分层碾压后呈中密状态。该层分布于全场地，揭露层厚9.90～13.00m；底板埋深9.90～13.00m，底板标

高-8.00～-4.90m。

2）第四系海陆交互沉积相层(Q4mc)

②粉砂：灰黑色，含少量有机质和贝壳残骸。饱和，稍密状态，局部中密～密实状态。该层分布于全场地，揭露层厚6.30～9.50m；顶板埋深9.80～13.00m，顶板标高-8.00～-4.90m；底板埋深18.50～19.60m，底板标高-14.60～-13.50m。在该层进行标准贯入试验9次，锤击数12.0～32.0击，平均值14.38击，标准值13.18击。

3）泥盆系碎裂砂岩（D）

③1强风化碎裂砂岩：褐黄色、灰褐色，风化裂隙很发育，岩芯多呈土状,局部夹碎块，岩芯手折可断，合金易钻进。该层分布于全场地，揭露层厚5.90～10.60m。顶板埋深3.50～16.50m，顶板标高-14.60～-13.50m；底板埋深25.50～30.00m，底板标高-25.00～-20.50m。在该层进行标准贯入试验6次，经杆长修正后的锤击数62.3～68.6击，平均值65.6击，标准值63.3击。

③2中风化碎裂砂岩：灰色，裂隙较发育，裂面被铁质浸染，岩芯呈短柱状或块状，需金刚石钻进。该层各钻孔均有揭露。顶板埋深25.50～30.00m，顶板标高-25.00～-20.50m。

2.2 钻孔灌注桩设计参数

该工程BOG设备的地基处理形式为冲孔灌注桩，冲孔灌注桩共计4根，灌注桩桩径1200mm，桩长30m，以中风化碎裂砂岩作为桩端持力层，设计要求进入持力层深度不少于1.5m。

2.3 拟建BOG设备周围环境

该工程桩基施工区域与已建好的BOG压缩机距离较近，如图1所示。施工的冲孔灌注桩距离已建BOG压缩机厂房基础承台中心线最近为6.9m，距离BOG压缩机基础外缘最近为16.3m。经设计单位计算，冲击震动在已建BOG设备处产生的水平速度不应超过0.98cm/s，否则已建BOG设备会在震动影响下自动停机[3]。

图1 拟建BOG设备基础周围环境图

3 试验方案

3.1 监测设备的选择

本试验选用要施工的4根桩作为震源点，采用CZ-6型冲击钻机作为震动源。监测设备选用中国地震局生产的量程为20g的水平向和竖向941B型拾振器各1个，G01USB16型数据采集分析系统1套，IBM笔记本1台。

3.2 震源点及监测点的选取

本工程以4根工程桩作为震源点，测试冲击钻机分别在4根工程桩位置冲击震动时在已建BOG厂房基础和BOG基础处产生的水平和竖向的震动速度值。本方案共设计4个震源点（Y1～Y4），监测点7个（C1～C7），如图1所示。

3.3 试验步骤

1）冲击钻机首先在Y1震源位置就位，接通电源，调试钻机。

2）在某一监测点位置布置941B型拾振器，拾振器通过数据传输线与数据采集系统相连接，最后将数据采集系统直接与笔记本连接。试验过程中将数据采集系统和笔记本放在不受震动影响的区域，以保证采集数据的真实可靠性。

3）开启钻机，使钻机分别以0.5m、1.0 m、1.5 m、2.0 m、2.5 m、3.0 m、3.5 m、4.0

m、4.5m、5.0m的冲程冲击施工。钻机每冲击施工一次，通过数据采集系统立即记录、保存所采集到的数据，并当场对其进行分析，以指导下次的试验。

4）设置落距为1m，使钻机进行连续冲击；每冲击一次，通过数据采集系统立即记录、保存所采集到的数据，并对其进行分析。

5）将拾振器移至下一监测点进行震动监测，根据设备的重要性和厂房基础距离震源点的距离，监测点的监测顺序为C2、C1、C3、C4、C5、C6、C7。确定钻机冲程，找出震动最强点继续重点进行监测。

6）当地层发生变化时，重复试验步骤5），直至完成震源点处钻孔施工。

7）将钻机移至下一震源点Y2进行震动监测。

8）重复试验步骤3)～6)，完成所有桩基施工。

4 试验数据分析

本文对冲击钻机在各震源点施工时在原有BOG压缩机的厂房和压缩机基础上引起的震动进行了监测，为找到合理的钻机施工冲程和确保已建BOG压缩机安全提供了充分的数据依据。

1）图2为不同落距下钻机冲击施工在最近的监测点C2产生的震动水平速度，监测时从距离震源点最近的监测点开始，冲程从0.5m、1.0m、1.5m、2.0m、2.5m、3.0m、3.5m、4.0m、4.5m、5.0m依次开始测试。根据数据分析，各震源点冲击钻机的冲程在0.5～5m变化时，最大震动水平速度的峰值为6.8mm/s，不超过设备允许的由震动引起的速度值。

图2 各震源点在C2监测点不同落距时的震动水平速度

2）图3～图6为落距为1m连续进行冲击施工时各震源点在各监测点引起的震动水平速度。当正常施工时，钻机冲程为1m，随后对监测1点～6点进行了模拟施工震动测试（冲程为1m，连续冲击），最大震动速度在C2和C5监测点测出，分别为5.63mm/s、5.7mm/s，不超过设备允许的由震动引起的速度值，距离震源点的距离越大，震动速度逐渐减弱。

图3 落距1m连续进行冲击时震源点Y1在各监测点引起的震动水平速度

图4 落距1m连续进行冲击时震源点Y2在各监测点引起的震动水平速度

图5 落距1m连续进行冲击时震源点Y3在各监测点引起的震动水平速度

图6 落距1m连续进行冲击震源点Y4在各监测点时引起的震动水平速度

5 结论

1)冲孔灌注桩施工时，冲击震动的大小与距离震源点的距离、冲程和地质条件有很大的关系；距离震源点的距离越大，震动速度逐渐减弱。

2)在距震源点6.9m，最大冲程为H=5m时，最大震动水平速度6.8mm/s；在冲程为H=3m时达到最大震动水平速度5.7mm/s，不影响已建成BOG设备的正常运行。

3)当冲程落距H=1m进行连续冲击时，各震源点在各监测点引起的最大震动水平速度发生在C2和C5监测点，分别为5.63mm/s、5.7mm/s，不影响已建成BOG设备的正常运行。

【1】王杰贤.动力地基与基础[M].北京：科学出版社，2001.

【2】孙家麒,等.震动危害和控制技术[M].石家庄：河北科学技术出版社，1991.

【3】GB50040—96动力机器基础设计规范[S].

The StudyAbout Effect of BOG Equipment of LNG Tank Due to Vibration of Percussion Cast-in-sitePiles Construction

SONG Peng-bo，LIU Jing-jing，ZHENG Quan-heng，ZHANGPeng，QIAO Yong-li
(HebeiResearchInstituteofConstructionandGeotechnicalInvestigationCo.Ltd.,Shijiazhuang050031,China)

Accordingto the request ofLNGtank design,the vibration control standard ofBOGequipment isveryhigh during operation. When the horizontal velocity caused by the shock exceeds 0.98cm/s,the BOG equipment will automatically shut down,the loss is incalculable.Combining with engineering example,this paper study about effect of BOG equipment of LNG tank due to vibration of percussionedcast-in-sitepilesconstruction.

LNGtank；percussionedcast-in-sitepiles；vibration；thehorizontalvelocity

TU473.1+4;TU311.3

A

1007-9467（2016）07-0070-03

2016-02-22

宋鹏波（1981～），男，河北石家庄人，工程师，从事岩土工程设计、施工与管理研究，（电子信箱）835184233@qq.com。