8000kN·m能级分层强夯置换地基处理效果分析

周小明

(青岛海洋地质研究所，山东 青岛 266071)

随着经济快速发展，我国对能源的需求也越来越大，不少沿海城市开始兴建大型石油炼厂，炼厂工程成功与否，地基处理是最关键的一环。油罐地基处理方式包括强夯法、强夯置换法及各种类型的桩基(CFG桩、钻孔灌注桩或振冲碎石桩等)［1-4］。强夯置换法是20世纪80年代法国Menard公司将用于软弱地基土处理的强夯法改进得来，和强夯法一样，强夯置换法具有经济、快速的特点。近年来，国内学者针对强夯置换法处理软弱地基进行研究，郑凌逶等［5-6］分别采用数值模拟和试验手段，对强夯置换碎石运动机制和成墩过程进行了分析与研究;徐东升等［7-9］分别就强夯置换处理海相淤泥软土、松软土及盐渍土的效果进行相关研究;此外，刘红军等［10］从孔压监测角度，对强夯置换和砂井－强夯处理饱和软土地基试验进行了研究，该文献是少有的强夯置换和其他地基处理方法的比较研究。目前关于强夯置换的研究主要以单层为研究对象，少部分研究涉及分层强夯置换。在某些特殊地质条件下，如岩溶状况，单层强夯置换可能无法满足处理要求，需考虑实施分层强夯置换。目前，在油罐地基处理上已经有分层强夯置换的实施案例。

1 工程背景

本文依托某炼化工程项目，该工程建成后，可年产1000万t炼油。该工程地质条件复杂，并伴生有不同形态及规模的溶洞，所形成的地下架空结构一定程度上破坏了岩体完整性，使岩体强度降低、岩石渗透性增加，严重时会出现顶板坍塌，突水、涌砂及突泥等情况，对于地基来说，最直接的后果是不均匀沉降，从而危害工程建设。

2 地基处理方案设计

双层强夯置换法具体施工顺序为:①开挖→②强夯置换→③回填→④再次强夯置换，其施工分为上下2层。先开挖到软弱层上表面，再进行强夯置换加固处理，底层处理并通过检测后，在上层回填土采用强夯置换或半置换加固地基直至设计标高，依托工程中某油罐地基处理采用双层强夯处理:底层采用8000kN·m能级强夯置换处理，顶层8000 kN·m能级强夯半置换处理。

2.1 参数设计

1)底层8000kN·m能级强夯置换参数 夯锤直径2.3～2.5m;单击夯能8000kN·m;夯点布置:第1遍4.5m×4.5m正方形，第2遍在第1遍夯点相邻4点的中心处，第2遍整体呈梅花形布置;夯击次数为2～3次，夯点每次夯击数为3～5击;累计夯沉量≥6.5m;累计填料量≥30m3;块石墩直径≥2.5m;墩长≥4.5m;夯坑深度超过 2.5m 且起锤困难时停夯、回填石料后再夯;第3遍满夯，单击夯能2000kN·m，夯印搭接 1/3布点，夯点击数 3击。停夯标准:最后2击平均夯沉量小于150mm时停夯;累计夯击数15～20击。

2)顶层8000kN·m能级强夯半置换具体参数单击夯击能采用8000kN·m，第1遍夯点6m×6m正方形布置，第2遍夯点布置在第1遍夯点相邻4个点的中心处，第1遍夯点和第2遍夯点整体呈梅花形布置，每遍夯击次数以最后2击平均夯沉量不大于150mm控制或不少于15击。第3遍单击夯击能采用4000kN·m，4.24m ×4.24m 正方形布置，第3遍夯点布置在第1、2遍夯点每4个呈方形布置的夯点中心处，夯击次数以最后2击平均夯沉量不大于50mm控制或不少于12击。当夯坑深度超过2.0m且出现起锤困难时停止夯击、回填石料后再次夯击。第4遍满夯，单击夯能2000kN·m，夯印搭接1/3布点，夯点击数3击。

2.2 处理效果要求

底层、顶层强夯置换处理后有效加固深度、地基承载力特征值及压缩模量要求如下:①底层有效加固深度≥6m，且底层不小于①层耕植土及其以上的回填土层合计深度，地基承载力特征值≥250kPa，压缩模量≥16MPa;②顶层有效加固深度≥6m，地基承载力特征值≥250kPa，压缩模量≥16MPa。

2.3 检测方案及布置

为验证双层强夯置换处理后地基承载能力和变形特性，底层强夯置换后，进行夯间土重型动力触探和夯墩超重型动力触探试验;顶层强夯半置换后进行夯间土重型动力触探、夯墩超重型动力触探试验及复合地基和夯墩静载荷试验。

3 地基处理效果分析

3.1 底层强夯置换后

底层8000kN·m强夯置换后夯间土重型、夯墩超重型动力触探试验修正后击数N随深度分布曲线如图1所示，由图1可知:夯间土重型动力触探修正后击数大部分在4～8击范围内，在深度分布上较均匀，其中最大击数为14击;夯墩超重型动力触探修正后击数大部分为4～8击，在深度分布上较均匀，其中最大击数为12击。根据规范和手册经验可知，由每个点位的夯间土和夯墩动力触探检测结果可计算出该点位的复合地基承载力特征值和压缩模量。4个点位的复合地基承载特征值和压缩模量深度分布曲线如图2所示，由图2可知:检测深度0～6m范围内地基承载特征值范围为250～270kPa(大部分深度位置地基承载力特征值测值为250kPa)，压缩模量范围为16～20MPa(大部分深度位置压缩模量测知为16MPa)，满足处理要求。

图1 底层8000kN·m强夯置换重型和超重型动力触探数N分布曲线

图2 底层8000kN·m强夯置换地基承载力特征值和压缩模量深度分布曲线

3.2 顶层强夯置换后

3.2.1 (超)重型动力触探试验

顶层8000kN·m强夯置换后夯间土重型、夯墩超重型动力触探试验修正后击数N随深度分布曲线如图3所示，由图3可知:夯间土重型动力触探修正后击数范围为4～16击，在深度分布上离散性较大，其中最大击数为16击;夯墩超重型动力触探修正后击数大部分为4～10击，深度上离散性较大，其中最大击数为10击。根据规范和手册经验可知，由每个点位的夯间土和夯墩动力触探检测结果，可计算出该点位的复合地基承载力特征值和压缩模量。3个点位的符合地基承载特征值和压缩模量深度分布曲线如图4所示，由图4可知:检测深度0～6m范围内地基承载特征值范围为250～270kPa(大部分深度位置地基承载力特征值测值为250kPa)，压缩模量范围为16～20MPa(大部分深度位置压缩模量测知为16MPa)，满足处理要求。

图3 顶层8000kN·m强夯置换重型和超重型动力触探数N分布曲线

图4 顶层8000kN·m强夯置换地基承载力特征值和压缩模量深度分布曲线

3.2.2 静载试验

顶层强夯半置换后分别完成1个点位的复合地基静载试验和1个点位的单墩静载试验，根据静载试验实测结果，绘制p-s试验曲线，复合地基和单墩静载荷试验曲线如图5所示。复合地基静载试验具体试验结果:最大沉降量为13.30mm，地基承载力特征值为250MPa，变形模量为124MPa;单墩静载试验具体试验结果最大沉降量为17.26mm，地基承载力特征值为350MPa，变形模量为129MPa。

4 结语

本文以某石油炼化工程油罐地基处理为依托，以现场检测为手段，对分层强夯置换处理效果详细分析，初步结论与建议如下。

1)场地经过底层和顶层8000kN·m能级强夯半置换处理后，检测深度范围内底层和顶层的地基承载力和压缩模量均达到设计要求，土体工程特性得到一定程度改善，说明该方法可行且有效。

图5 复合地基和夯墩静载试验曲线

2)底层8000kN·m强夯置换和顶层8000kN·m强夯半置换的有效加固深度均≥6m，满足设计要求。

3)本文对分层强夯置换方法加固处理岩溶地基效果进行检测与分析，还存在一定局限性。首先，地基处理对象为单一油罐地基;其次，只对设计要求的深度范围进行处理后效果检测，无法准确判别实际有效加固深度。希望在今后的工作中针对不同地质条件、设计要求深度以下的检测及更多的检测方法等方面进行进一步补充完善。

参考文献:

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［5］郑凌逶，周风华，谢新宇.强夯置换中碎石运动机制和成墩过程的数值模拟［J］.岩土工程学报，2013，35(11):2068-2075.

［6］郑凌逶，周风华.强夯置换软土中碎石墩形成过程的试验研究［J］.岩土力学，2014，35(1):90-97.

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