沿海某大型项目回填区域地基处理方案比较与分析

吕 云 峰

(河南四建股份有限公司，河南 开封 475000)

沿海某大型项目回填区域地基处理方案比较与分析

吕 云 峰

(河南四建股份有限公司，河南 开封 475000)

以中国石油广西石化装置区20万m2回填区域地基处理实际工程为例，介绍了挤密碎石桩复合地基加固方案、钢筋混凝土桩基方案、高能级强夯加固地基处理方案及低能级强夯加桩基加固方案，并对四种地基处理的经济方案作了对比分析，最终确定出经济合理、技术先进的地基处理工艺，可供类似工程参考。

填土，强夯，碎石桩，经济分析，地基处理

1 概述

中国石油广西石化1 000万t/年炼油项目位于广西钦州港起步工业区，地貌上属于海蚀丘陵，大部分区域为低山丘陵和海叉。场地原为低矮丘陵，地形起伏较大，经挖填平整后，场地开阔平坦,标高在6.70 m～11.50 m之间。炼油项目装置区拟建装置为：常减压蒸馏装置、连续重整装置、重油催化裂化装置、蜡油加氢裂化装置、柴油加氢精制装置、气体分馏装置、化学水处理站等装置，总面积约41.65万m2，其中回填区域面积约20万m2，最大填土厚度达13.5 m，且该区域回填前未清淤，存在较厚的淤泥软卧层，并含有有机质。

装置区各种塔器、反应器等设备属于高、重或动荷载较大的重要工艺设备和重要的建(构)筑物，对地基基础稳定性、安全性要求很高。如何在既满足这些关键设备及重要建(构)筑物基础地基要求的同时，又兼顾一般性设备、建(构)筑物、管线敷设等各类浅基础对地基的要求，是装置区地基处理的关键所在。

2 工程地质条件

2.1 地质情况

根据勘察钻探揭露，场地各岩土层分布及特征自上而下分述如下：①素填土：褐黄、浅黄、黄色，松散状态，以砂岩、页岩碎片为主，部分已形成粉砂。为新近堆填物。层厚0.3 m～13.5 m，平均厚度6.84 m,属高压缩性土。②淤泥：灰、灰黑色，软塑～可塑状态，含较多有机质，具有臭味，局部夹少量植物根茎。层厚0.2 m～5.8 m，平均厚度1.80 m，属高压缩性土。③粉质粘土：黄、灰黄、红色，硬塑～可塑状态，含较多铁质氧化物，局部夹较多粉砂。切面粗糙，干强度高，无摇震反应。层厚为0.2 m～8.5 m，平均厚度1.43 m，属中等压缩性。④页岩：灰、灰黑色，坚硬状态。强风化，局部含较多碳质和少量绢云母，裂隙较发育，局部较软，手捏形成粘土状，层理较明显，光滑，具有丝绢光泽。其间夹薄层泥质粉砂岩。极软岩，较破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。揭露层厚0.6 m～11.9 m，平均层厚3.8 m，属低压缩性。⑤页岩：灰、灰黑色，坚硬状态。中等风化，局部含较多碳质和少量绢云母，裂隙较不发育，基本被铁质氧化物充填。层理较明显，光滑，具有丝绢光泽。其间夹薄层泥质粉砂岩。极软岩，岩体较完整，岩体基本质量等级为Ⅴ级。最大揭露层厚12.0 m，属低压缩性。⑥泥质粉砂岩：灰、灰黄、黄色，坚硬，强风化层，含较多铁质氧化物，裂隙发育良好，少量被铁质氧化物填充。层面与层面交界处夹泥，局部呈粉砂岩，夹薄层泥质页岩，局部有互层现象。属极软岩，破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。揭露层厚0.7 m～7.3 m，平均厚度5.1 m，低压缩性。⑦泥质粉砂岩：灰、灰黄、黄色，坚硬，中风化，含较多铁质氧化物，裂隙发育较差，部分被铁质氧化物填充。层面与层面交界处较软，局部呈粉砂岩，夹薄层泥质页岩，局部有互层现象。属极软岩，岩体较完整，岩体基本质量等级为Ⅴ级，厚度未揭穿，低压缩性。

2.2 水文地质条件

工程场地属上层滞水，水量较小，赋存于填土与淤泥层中，水位较低。以大气降水补给为主，向低洼处排泄。主要分布在填方地段。水位变化幅度在2.0 m～3.0 m左右。

3 地基处理方案的经济可行性对比研究

场地中回填土主要由砂岩、页岩和泥质粉砂岩组成，厚度随原地面标高与现地面标高的差值而异，由于原始地貌为海蚀丘陵，标高起伏较大，从而造成填土厚度极不均匀，回填土厚度从0.3 m～13.5 m不等。场地中回填土存在自重压密性、湿陷性、低强度和高压缩性。自重压密性表现为：在自重和大气降水下渗的作用下有自行压密的特点，结合场地填土类型，自重压密所需时间为5年～10年；湿陷性表现为：土质疏松，孔隙率高，在浸水后会产生较强的湿陷，在地下水位高的地方，填土的湿陷性则不显著；低强度和高压缩性表现在回填土土质疏松、密度差、固化程度低，所以抗剪强度低，承载力也低。而填土的压缩性则很高，填土随含水量的增加，其压缩性会急剧增大。这种地基如不予以处理或简单套用其他工程措施，不仅可能危害装置和建筑物的正常使用与安全，而且势必造成不必要的浪费。

为了遴选出比较适合本场地地质情况，且经济可行、便于施工的地基加固方案，经讨论并结合现场实际和地质情况，对以下四种方案进行研究对比。

3.1 挤密碎石桩复合地基加固方案

挤密碎石桩于19世纪30年代起源于欧洲，二次大战后，苏联在这方面研究取得了较大成就，并广泛的应用。我国于50年代引入该方法，其后在工业与民用建筑、交通、水利等工程建设中得到广泛的应用。

该方法的加固机理是采用冲击法或振动法下沉桩管，由于桩管下沉对填土周围产生很大的横向挤压力，桩管就将地基中同体积的填土挤向周围填土，使其孔隙比减小，密度增大，有效挤密范围可达3倍～4倍桩直径。

目前国内外常用的成桩方法主要有振动成桩法和冲击成桩法。振动成桩法按成桩工艺可分为一次拔管法、逐步拔管法、重复压拔管法三类，冲击成桩法按成桩工艺可分为单管法、双管法两类。

根据有关相似施工试验数据，回填土地基经挤密碎石桩加固后，形成的复合地基承载力可从100 kPa提高到133 kPa～167 kPa，平均承载力仅提高50%。根据装置区回填土层的厚度，碎石桩长按10 m计，碎石桩按直径0.4 m计，碎石桩间距为1.5 m，该地基处理费用高达200元/m2～300元/m2，也就是平均每提高10 kPa需要费用50元。装置区回填土区域面积为20万m2，如果采用这种方法处理，将地基承载力提高到200 kPa，则需要约5 000万元投资，何况经该方法处理后的地基也仅仅只能满足浅基础的地基处理要求，对于高重设备、动荷载大或关键重要设备及承载力要求较高的建(构)筑物的地基仍需要采用灌注桩基础，这样两项工艺相加，费用更高、工期更长。

3.2 钢筋混凝土桩基方案

由于厂区填方区填土固结时间短，结构疏松且存在大孔(空)隙，强度很低，其下部还存在厚度不均的淤泥软卧层。如果采用桩基，结构松散的回填土及其负摩阻力将占单桩承载力的一半强度，如果按10 000根桩计算，将有一半桩长白白打入地下不能发挥作用，从而造成极大的浪费，也很不经济，而且工艺及公用工程管线、一般性设备、道路等浅基础的地基处理如果也采用桩基将更增加额外工程费用。同时，松散结构的素填土也存在成桩困难及工期长、工程质量不易控制等特点。

3.3 高能级强夯加固地基处理方案

高能级强夯法施工具有经济易行、效果显著、设备简单、施工便捷、质量容易控制、适用范围广、节省材料、施工周期短、不改变土壤结构等特点，特别适合大面积地基处理。尤其8 000 kN·m以上的高能级强夯，其处理深度可以达到11 m～15 m，并能完全消除湿陷性，大大提高承载力特征值和压缩模量，可作为一般建(构)筑物和油罐天然地基。

虽然高强夯法地基处理具有很多优点，但面对复杂的上部荷载，尤其高重、关键设备及动荷载大的设备或承载力要求高的重要建(构)筑物还必须辅以桩基。根据炼厂装置区装置设备及建(构)筑物的具体情况，装置区主要设备和建(构)筑物地基仍需选用桩基。因此，如果仅仅是为了消除回填土湿陷性和满足浅基础地基的要求，费用要低很多的低能级强夯同样也能实现(8 000 kN·m～10 000 kN·m强夯，南方市场价在125元/m2～180元/m2；3 000 kN·m在40元/m2以内)，而且经高能级强夯处理后的土层，因其密实度和压缩模量的成倍提高也将会增加成桩费用。

3.4 低能级强夯加桩基加固地基处理

回填土地基采用低能级(2 000 kN·m)强夯处理，可将地基承载力从150 kPa提高到250 kPa左右，按40元/m2加固费用计算，平均每提高10 kPa需要费用4元，成本远远低于碎石挤密复合地基，仅此一项就可节约4 000多万元。

通过挤密碎石桩复合地基加固、直接采用钢筋混凝土桩基、高能级强夯加固地基处理和低能级强夯加桩基加固地基处理四种方案进行技术、经济等的研究对比，最终确定选用低能级强夯的地基处理方案。

经过低能级强夯处理的地基目的是满足管架、普通建筑及道路竖向等的基础地基要求，关键的厂房、框架、设备和动设备等仍需采用桩基。采用低能级强夯加固后的回填区域地基，在不增加桩基施工难度的基础上，一方面消除了地基的湿陷性，另一方面增加了桩的侧摩阻力和地基的水平刚度，可显著提高桩的承载力(根据有关试验数据可提高承载力约为50%)，明显改善桩的受力性能，也有利于其他形式的基础施工并增加基础的稳定性。假如装置区需要打入5 000根灌注桩，经低能级强夯处理后在承载力不变情况下可节约成本(按φ800 mm/18 m灌注桩每米直接费800元计算)约3 600万元，抛却强夯可以直接作为一般性建筑的地基的优点，扣除强夯费用(按40元/m2计，20万m2费用为800万元)，仍可节约桩基投资2 800万元。经过各方案经济对比分析，对联合装置区最终采用低能级强夯的地基处理方案。

4 强夯检测评价

为了解联合装置区采用低能级强夯加固的处理效果，对本场地进行了夯前、夯后平板静载荷试验、动力触探试验和多道瞬态面波检测。本次试验共进行了8组平板静载荷试验，24点重型动力触探试验和24点平板静载荷试验。最大加载量按设计要求，取大于2倍承载力特征值，荷载板的面积均为2.0 m2。重型动力触探试验夯前、夯后各12点，试验深度10 m～20 m(至原岩面)。多道瞬态面波测试夯前、夯后各12点，测试深度10 m～20 m。

通过图1可看出本区域动探深度范围内强夯前后土层密实状态都有明显改善，大部分动探击数提高了10%以上，最高达到200%，可以判断本区浅部地层强夯加固效果明显。

综合重型动力触探、多道瞬态面波测试和平板载荷试验可得如下结论：夯后地基承载力特征值基本在200 kPa以上，压缩模量均大于20 MPa，有效加固深度达到6.0 m。检测结果证明该方案选择合理，加固效果显著，达到了预期目的。

5 结语

1)地基处理方案选择合理与否，将关系到后期整个工程的造价、质量和进度。本文通过以上技术、经济的对比和筛选，最终确定对装置区回填区域先采用低能级强夯处理，然后再根据设备、厂房及荷载等具体情况和其重要性采用合适的桩基处理的地基处理方案。2)地基处理效果与土壤含水率、土的回填质量等有密切关系。控制好土体的含水量和回填质量，不仅可取得更好的加固效果，而且可避免因二次处理造成时间和经济上的浪费。3)在大面积强夯施工检测中，应因地制宜，合理搭配检测手段，选用瑞雷波进行面波检测，动力触探单点复核，关键点静载试验确定地基承载力的综合检测方法是经济、有效、可靠的检测手段。

[1] 王铁宏.全国重大工程项目地基处理工程实录[M].北京：中国建筑工业出版社，1998.

[2] JGJ 79—2012，建筑地基处理技术规范[S].

[3] 王铁宏，水伟厚.高能级强夯工程应用与发展述评[A].第九届土力学与岩土工程学术会议论文集[C].2003:723-728.

[4] 王铁宏，水伟厚，王亚凌，等.强夯法有效加固深度的确定方法与判定标准[J].工程建设标准化，2005(3)：27-38.

On comparison and analysis of foundation treatment schemes at backfill regions of some large-scale coastal programs

Lv Yunfeng

(HenanSijianCo.,Ltd,Kaifeng475000,China)

Taking the foundation treatment projects at 200 000 square meters at petrochemical plant areas of Guangxi in Petrochina as the example, the paper introduces compacted gravel pile composite foundation consolidation scheme, reinforced concrete pile foundation scheme, high energy dynamic compaction consolidation scheme, and low energy dynamic compaction and pile foundation scheme, undertakes the comparative analysis of the four foundation treatments, identifies the economic, reasonable and advanced foundation treatment crafts, so as to provide some reference for similar projects.

backfill, compaction, gravel pile, economic analysis, foundation treatment

2015-04-25

吕云峰(1975- )，男，工程师

1009-6825(2015)19-0048-03

TU472

A