江津成品油输油管道某站场地基强夯处理研究★

翟铭先　韩培锋

(1.中石化胜利油建工程有限公司，山东 东营　257100；2.西南科技大学土木工程与建筑学院，四川 绵阳　621010)



·岩土工程·地基基础·

江津成品油输油管道某站场地基强夯处理研究★

翟铭先1韩培锋2*

(1.中石化胜利油建工程有限公司，山东 东营257100；2.西南科技大学土木工程与建筑学院，四川 绵阳621010)

结合重庆市江津区成品油输油管道站场拟建区的地质条件，采用强夯法对该场地的软土层进行了地基加固处理，通过监测，分析了强夯点的沉降量和空虚水压力变化规律，并对比了不同强夯方案下的孔隙水压力和沉降变化规律，经固结试验表明，相同的强夯能量作用下，采用锤重12 t和落距10 m的方案压实效果更好。

输油站场，强夯方案，软土地层，沉降变形

0　引言

近年来，随着我国西部大开发战略的实施和交通条件的改善，西南地区的经济发展迅速加快，其成品油消费量逐年增加，预计到2015年广西、云南、贵州、四川和重庆的社会需求总量达到4 800×104t，2020年达到6 800×104t。西南成品油管道全长1 740 km，建有19个站场和16个分输站。建成投产后，成为国内首条线路最长、集输下载点最多、工艺条件最复杂的成品油管网，管道运输成为西南区域一次成品油物流调运的主渠道，不仅缓解了成品油运输紧张状况，而且成为销售企业降本压费、提高效益的重要手段。在重庆江津地区，广泛分布的软粘土尤其是饱和淤泥和粘土，都具有含水量高、压缩性大、渗透性差、灵敏度高、强度低和厚度不均以及明显的流变性和触变性等特点[1]。软弱地基进行输油站场等大型工程建设常因其压缩沉降大、固结缓慢、地基稳定性差而容易引起工程质量事故，在输油管道站场建设过程中加强对软土地基处理对于成品油管道的安全运营非常重要。目前国内外学者针对工程建设过程中的软土地基处理进行了相应的试验分析研究，马郧等[2]以武汉地中海国际大厦超深基坑工程为研究背景，结合室内土工试验、利用数理统计原理获取软土地层的抗剪强度指标，并与采用岩芯管取样所得到的抗剪强度指标进行对比。研究了超深基坑地下连续墙水平位移及地层土压力的变化规律。陈晓平等[3]指出软土变形的重要特征为具有时效性，这将导致软土工程的工后沉降。根据实际工程需要，采用原状土样和扰动土样对软土变形机理进行了一系列室内试验，分析初始固结度对应力—应变关系的影响。李双辉[4]针对潮汕机场建设过程中的软土地基，在机场区域的不同位置分别采用塑料排水板堆载预压法、袋装砂井堆载预压法和砂井堆载预压法3种不同的地基处理方式进行试验。国内外学者从不同角度分析强夯法加固软土地基的机理，但由于影响强夯效果的因素太多，理论分析和计算都较为复杂，目前关于强夯的加固效果的机理研究还不成熟。对于加固冲填土，夯击能传播主要转换成波的传播，表现为动力密实机理。当夯击发生时，与锤体接触的土质点产生强烈的振动，并带动周围介质振动，从而形成波。对于软弱土层，强夯法加固原理主要是动力固结理论。Menard 教授在用强夯法处理饱和细颗粒土时瞬间产生数十厘米沉降而提出了动力固结理论[5，6]。潘中文[7]依托广西三柳高速公路高填方路堤工程进行了强夯参数试验研究，提出了该高填方路堤段强夯施工参数，指出应选择重锤低落距施工机械组合加固路基。结合相关研究及本工程实际需求，在软土地基上修建输油站场的主要工程问题是地基沉降，针对江津某站场建设过程中的软弱地基，基于相关要求及国内外的处置措施，建设过程中采用强夯法进行处理，并通过承载能力试验验证强夯效果，从而确保输油站场在输油期间的沉降满足工程质量要求。

1　江津成品油输油管道站场拟建区域地质环境概况

1.1工程概况及地貌

拟建的江津成品油管道站场位于重庆市江津区广兴镇，由乡村水泥路与G210国道相连，交通便利，拟建场地范围内地形总体呈台阶状，当前主要的土地利用方式为耕地。拟建江津分输站包括综合楼、500 m3罐基础两座、消防泵房、配电间、预留输油泵棚、预留10 kV变电所、阀组区、围墙、道路、挡土墙等部分，是江津—荣昌成品油管道工程的一个重要组成部分。场地地貌单元为丘陵地貌，地形起伏较大,局部较平坦，地表现为耕地，种植有经济作物，局部耕地空置。由勘探点标高反映地面标高为289.72 m～304.41 m，最大高差为14.69 m。

1.2地层岩性

场区地层为沉积地层，自上而下地层主要有素填土、粉质粘土、砂质粉土、淤质粘土、中密圆砾、细砂等。各土层的性质如表1所示。

表1　软弱土层物理力学指标

1.3气象、水文

江津地区属亚热带山地湿润季风气候区，年平均气温12.3 ℃，年平均降雨量1 210 mm，相对湿度79%左右。区内水系发育，拟建场地中间有一条小溪穿过，根据现场调查，溪水是从山上流下来的泉水，水流比较平稳，未发生过洪灾，河道宽约5.00 m。

2　江津输油管道站场软弱土地基处理试验方案及成果分析

2.1试验方案

强夯技术在我国推广应用已有多年，根据研究，目前强夯点间距确定方式主要有两种：一种是由夯击能确定，另一种则不论夯击能大小均取相同夯距[8，9]。常见的强夯点的布置形式有正方形、三角形、梅花形和长方形等。根据江津输油管道站场的工程地质条件，强夯施工设备、填筑厚度及经济性等因素，站场拟建区域选择正方形布置形式，夯点距为3.5 m×3.5 m。根据E=Gh，其中，E为夯击能；G为锤重；h为落距。基于施工现场的实际情况，结合以前的工程经验，选择夯击能1 200 kN·m、锤重10 t及落距12 m和夯击能1 200 kN·m、锤重12 t及落距10 m的两种夯打施工参数组合。

2.2沉降位移试验结果分析

为验证上述强夯参数的路基夯实效果，分别在夯击区域设置3个沉降位移观测点，分析强夯作用下软土的固结沉降过程，从而判定强夯的实际效果。为便于分析两种不同夯击方式的压实效果，分别统计锤重10 t和落距12 m及锤重12 t和落距10 m的两种夯打方案时观测点的沉降位移，具体统计结果如图1所示。

图1　不同试验方案中不同强夯次数时软土的沉降位移变化曲线

通过对两种夯打方案3个不同的沉降位移观测点的位移变化规律分析可以发现，夯击的次数越多，软土的沉降位移量越大，随着夯击次数的增加，沉降量开始变化较快，随着土变密实，沉降量增速减缓。另外，对比图1a)和图1b)可以看出，锤重12 t和落距10 m时的沉降量大于锤重10 t和落距12 m的方案，说明在夯击能量相同的情况下，锤重量越大，落距越小，夯击效果越好，为此，在本施工中建议采用重锤低击的方式施工有利于软土的压密效果。

2.3孔隙水压力试验结果分析

为分析不同夯击试验软土中的孔隙水压力的变化规律，分别在软土层中的地下-1.5 m，-3.0 m,-4.5 m，-6.0 m设置孔隙水压力传感器，监测不同时间软土中孔隙水压力的变化情况，从而判定强夯的实际效果。为便于分析两种不同夯击方式的压实效果，分别统计锤重10 t和落距12 m及锤重12 t和落距10 m的两种夯打方案时孔隙水压力随时间的变化曲线，具体统计结果如图2所示。

图2　不同试验方案中孔隙水压力随时间的变化曲线

从图2可以看出，随着时间的延长，孔隙水压力逐渐降低，说明软土中的水在逐渐消散，这是由于在每遍夯击后，地下孔隙水被大部分抽出，土体密实度提高，渗透系数减小。另外在不同深度处，孔隙水压力值不一致，越靠近地表面，其孔隙水压力值越大，说明越靠近表面，强夯的作用效果越明显。另外，对比图2a)和图2b)可以看出，锤重12 t和落距10 m时的孔隙水压力小于锤重10 t和落距12 m的方案，说明在夯击能量相同的情况下，锤重量越大，落距越小，夯击效果越好。

2.4强夯加固效果分析

为分析软土在不同强夯方案作用下的压实效果，分别对锤重12 t和落距10 m及锤重10 t和落距12 m的方案施工现场的压缩软土进行常规固结不排水三轴压缩试验，所得的不同固结度和排水条件下的偏应力—轴向应变关系曲线见图3，分析软土的固结沉降作用效果。

图3　不同试验方案中偏应力—应变的变化曲线

图3给出了两种不同的强夯方案作用下的应力应变关系曲线，从图3可以看出，随着土体被压缩，土体的应力开始快速增长，随后增长速率减缓。围压越大，相同的应变条件下，偏应力越大。为分析软土在不同强夯方案作用下的压实效果，对比图3a)和图3b)可以看出，相同的强夯能量作用下，图3b)的压实效果更好，即采用锤重12 t和落距10 m的方案比锤重10 t和落距12 m的夯击方案压实效果更好。

3　结语

江津区输油管道站场拟建区域为软土层，地形及工程地质条件复杂。软土沉降变形成为影响输油站场正常运行的关键因素，基于工程地质勘察资料，采用强夯法对软土层进行加固处理，通过监测点分析强夯点的沉降量和空虚水压力变化规律，对比分析不同强夯方案下的孔隙水压力和沉降的变化规律。通过固结试验，对比两种强夯方案的强夯效果发现，相同的强夯能量作用下，采用锤重12 t和落距10 m的方案比锤重10 t和落距12 m的夯击方案压实效果更好。针对江津输油管道站场拟建区软土的处理方案分析，为保障输油管道站场的建设和正常安全运行提供有力保障。

[1]刘晓东,张虎生,黄笑春,等.高密度电法在宜春市岩溶地质调查中的应用[J].中国地质灾害与防治学报,2002,13(1):73-76.

[2]马郧,李松,徐光黎,等.武汉某超深基坑软土抗剪强度指标选取及应用研究高密度电法在工程勘察中的应用[J].岩土力学,2014,35(S2):306-312.

[3]陈晓平,朱鸿鹄,张芳枝,等.软土变形时效特性的试验研究[J].岩石力学与工程学报,2005,24(12):2142-2148.

[4]李双辉.广州白云国际机场勘察及溶土洞处理建议的几点体会[J].西部探矿工程,2006(S1):134-135.

[5]叶法成.强夯法加固软土地基的应用与研究[D].石家庄：石家庄经济学院,2013.

[6]刘春,翁洋,王汉强.波动理论在强夯加固机理研究中的应用[J].土工基础,2004,18(1):47-49.

[7]潘中文.广西三柳高速公路高填方路堤强夯参数试验研究[J].山西建筑,2015,41(3):126-128.

[8]王剑.强夯在高路堤填筑上的应用[J].公路工程,2001(12):100-101.

[9]唐勇.高填路堤填料压实技术试验研究[D].西安:长安大学硕士学位论文,2006.

Study on soft soil foundation treatment by the dynamic compaction of product oil pipeline yard in Jiangjin★

Zhai Mingxian1Han Peifeng2*

(1.SinopecPetroleumEngineering&ConstructionShengliCorporation,Dongying257100,China；2.SchoolofCivilEngineeringandArchitecture,SouthwestUniversityofScienceandTechnology,Mianyang621010,China)

Combining with the proposed product oil pipeline station geology conditions in Jiangjin region of Chongqing city, the paper carries out soft stratum consolidation treatment by applying dynamic compaction method, analyzes the settlement volume of the dynamic compaction point and void water pressure changing law through monitoring, and compares pore water pressure and settlement changing law under different dynamic compaction schemes. The consolidating experiment shows that: under the action of similar dynamic compaction energy, the dynamic compaction effect will be better by applying the scheme of 12 t of hammer and 10 m of settling distance.

oil-transportation station, dynamic compaction scheme, soft-soil stratum, settlement deformation

1009-6825(2016)21-0065-03

2016-05-13★:西南科技大学博士基金项目(项目编号：14zx7135)的资助

翟铭先(1987- )，男

韩培锋(1984- )，男，讲师

TU472.31

A