燃气场站工程遇湿陷性场地的地基处理方式

上海燃气工程设计研究有限公司 蒋 雁

燃气场站工程遇湿陷性场地的地基处理方式

上海燃气工程设计研究有限公司 蒋 雁

以某燃气场站工程在湿陷性黄土地区进行建设的实例，对场站中建、构筑物湿陷性场地基础的地基处理给出相应的处理方案。

湿陷性黄土 燃气场站 地基处理

长期以来，公路运输车辆以汽油、柴油为燃料，在世界性的石油紧张、油价不断上涨的严峻现实下，发展新能源汽车，既能减少对石油依赖、实现能源的多元化，还有利于我国的能源安全，对我国国民经济的可持续发展有积极作用。在众多清洁能源和新能源汽车中，目前技术条件比较成熟，经济性比较高的是以天然气为燃料的一种气体燃料汽车——天然气汽车。经过多年探索实践，LNG汽车、CNG汽车已有很高的技术成熟度和经济使用性，配套保障的LNG加气站、CNG加气站已经进入商业化阶段。

本文结合某 LNG/L—CNG加气合建站地基处理实例，对场站工程中遇湿陷性场地的处理方案进行简述。

1 工程概况

1.1 建设规模

某LNG/L-CNG加气合建站为三级站，占地面积约7 700 m2，LNG日加气能力为20 000 m3/d，CNG日加气能力为10 000 m3/d。

为确保安全生产及方便管理的需要，该站采用分区布置，即分为生产区、生产辅助区及对外服务区。生产区为 LNG/L-CNG工艺装置区(1台 60 m3LNG立式储罐，地上式设置，1台L-CNG柱塞泵撬，1台LNG泵撬，1台自用气撬，高压汽化器，CNG储气瓶组)；生产辅助区为汽车加气站房；对外服务区包括汽车加气岛(2台CNG加气机，2台LNG加气机)。

1.2 结构设计内容

建筑物：

站房：二层钢筋混凝土框架结构，平面尺寸23.1×8.1 m，首层层高3.6 m，二层层高3.3 m。

加气罩棚：钢网架结构，投影尺寸32×17 m，罩棚净空高度6.7 m。

构筑物：

生活水池：地下结构，10×6.9×2.15 m(长×宽×深)。顶板上方覆土300 mm。

溢流池：地下结构，1.5×1.5×2.8m(长×宽×深)，其中地上0.2 m，地下2.6 m。

污水池：地下结构，4×2×3.3 m(长×宽×深)。顶板上方覆土300 mm。

LNG储罐基础：满载运行重量约46.3 t，罐体总高度14 m。基础高出地面1.3 m。

燃气设备基础：LNG泵撬基础、自用气撬基础、LNG柱塞泵撬基础、高压气化器撬基础、CNG瓶组基础、卸车组件基础、LNG加气机/CNG加气机基础、储罐仪表柜基础、放散管基础。

其他设备基础：生活用水紫外线消毒器基础、气压罐基础。

其他构筑物：燃气管沟、防护堤(围堰)、围墙。

1.3 场地地质情况

根据场站岩土工程勘察报告，场地地基土自上而下按其岩性、成因类别可划分为以下5个土层：

第①层：耕土，浅黄色，稍湿，稍密，含煤屑及少量植物根，含有少量粉土，结构较松散。厚度0.6～0.9m，平均厚度为0.72 m。

第②层：粉土，褐黄色，稍湿，稍密，含云母、氧化铁、氧化铝，无光泽，摇振反应中等。韧性及干强度低；具中压缩。厚度4.4～5.0 m，平均厚度为4.74 m。承载力特征值建议值fak=100 kPa。

第③层：粉土，褐黄色，稍湿，稍密，含云母、氧化铁、氧化铝，无光泽，摇振反应中等。韧性及干强度低；具中压缩。厚度2.5～3.0 m，平均厚度为2.86 m。承载力特征值建议值fak=120 kPa。

第④层：粉土，褐黄色，稍湿，中密，含云母、氧化铁、氧化铝，无光泽，摇振反应中等。韧性及干强度低；具中压缩。厚度6.5～7.6 m，平均厚度为6.89 m。承载力特征值建议值fak=140 kPa。

第⑤层：粉质粘土，黄褐色，含云母、氧化铁、氧化铝等，可塑状态，无摇振反应，稍有光泽，干强度中等，韧性中等，具中压缩性。厚度4.2～4.7 m，平均厚度为 4.57 m。承载力特征值建议值 fak=160 kPa。

勘察结论揭示：拟建场地内第②、③粉土具有湿陷性，场地为非自重湿陷性场地，地基湿陷等级为Ⅰ级(轻微)。湿陷性试验结果见表1：

表1 湿陷性试验结果

总体上湿陷起始压力随深度呈逐渐增大趋势，湿陷系数和自重湿陷系数随深度增加呈减小趋势。根据《湿陷性黄土地区建筑规范》(GB 50025—2004)(以下简称《规范》)附录 C结合地形地貌单元综合判定第①层素填土不属于新近堆积黄土。

2 地基处理方案

场站岩土工程勘察报告揭示本工程场地土②层、③层粉土湿陷等级为Ⅰ级(轻微)。②层粉土平均厚度4.74 m，承载力特征值建议值为fak=100 kPa，③层粉土平均厚度2.86 m，承载力特征值建议值为fak=120 kPa，

《规范》3.0.2条，防止或减小建筑物地基浸水湿陷的设计措施中第 1条地基处理措施：“消除地基的全部或部分湿陷量，或采用桩基础穿透全部湿陷性黄土层，或将基础设置在非湿陷性黄土层上”。

本工程处理方案可采用桩基或垫层法处理。处理方案从安全可靠、经济合理、技术可行、施工难度及周期等方面进行综合比选后，设计采用垫层法对建、构筑物进行地基处理。

《规范》6.2.1条“垫层法包括土垫层或灰土垫层”，垫层材料选用3:7灰土，石灰选用满足《地基处理规范》第4.2.1条新鲜消石灰，最大粒径不得大于5 mm，土料选用粉质粘土，不宜使用块状粘土，且不得含有松软杂质。不得使用盐渍土、膨胀土、冻土、有机质等不良土壤和粗颗粒的透水性(如砂、石)材料做填料。土料应过筛且最大粒径不得大于15mm。地基换填处理必须由开挖面底部进行分层碾压、夯实处理至基础底。碾压厚度控制在30 cm，压实系数≥0.97。换填后地基承载力特征值不小于150 kPa。

根据《规范》表3.0.1，本工程建、构筑物重要性类别划分见表2：

表2 本工程建、构筑物重要性类别划分

结合本工程各单体实际情况，垫层法处理厚度及范围如下。

2.1 站房基础

2.1.1 处理厚度计算

根据《规范》5.4.1条，仅消除地基的部分湿陷量时，应采取“加强结构的整体性和空间刚度”措施，故站房的基础型式采用柱下条形基础加强基础整体性，基础埋置深度定为1.5 m(《规范》5.4.4条规定，丙类建筑基础埋置深度不应小于1 m)。

《规范》5.1.1条第3款规定，Ⅰ级湿陷性黄土地基上的丙类建筑，应按本规范6.1.5条第1款的规定处理地基，并采取结构措施和基本防水措施。

《规范》6.1.5条第1款规定，丙类建筑消除地基部分湿陷量的最小处理厚度，当地基湿陷等级为Ⅰ级时：对单层建筑可不处理地基；对多层建筑，地基处理厚度不应小于1 m，且下部未处理湿陷性黄土层的湿陷起始压力值不宜小于100 kPa。

站房±0.000相当于绝对标高 910.450，站房附近勘探孔临近T1探井湿陷性计算参数如表3：

表3 站房附近勘探孔临近T1探井湿陷性计算参数

根据上述地勘显示的湿陷性计算表，进行线性插值计算，其湿陷起始压力值不宜小于100 kPa的深度为：

2+(100-73)/(149-73)=2.36 m

相当于绝对标高：908.05-2.36=905.69。

站房基础底标高绝对标高：910.45-1.5=908.95。

需要换填的厚度：908.95-905.69=3.26 m＞1m。

站房的基础处理厚度为3.26 m。

2.1.2 处理宽度计算

站房的基础型式为柱下条形基础,基础施工时采用整片开挖，换填宜用整片处理，根据《规范》6.1.2条第2款，当为整片处理时，处理范围应大于建筑物底层平面的面积，超出建筑物外墙基础外缘的宽度，每边不宜小于处理土层厚度的 1/2，并不应小于2 m。故站房垫层处理宽度为每边扩出整片基础外边缘不小于2.0 m。

2.2 加气罩棚基础

加气罩棚垫层处理厚度计算方法同站房，经计算，处理厚度为2.0 m。

由于加气罩棚柱距为20.0 m，基础形式采用柱下独立基础，换填为局部处理，根据《规范》6.1.2条第1款，当为局部处理时，处理范围应大于基础底面的面积。在非自重湿陷性黄土场地，每边应超出基础底面宽度的1/4，并不应小于0.50 m。

加气罩棚柱下独立基础尺寸为3.0×3.0 m，处理宽度为每边扩出基础边缘不小于0.75 m。

2.3 生活水池、溢流池、污水池基础

2.3.1 处理厚度计算

《规范》5.1.1条第5款规定，水池类构筑物的设计措施，应符合本规范附录F的规定。

根据规范第 F.0.4条，水池类构筑物的地基处理，应采用整片土(或灰土)垫层。在非自重湿陷性黄土场地，灰土垫层的厚度不宜小于0.30 m，土垫层的厚度不应小于0.50 m；

土(或灰土)垫层的压实系数不得小于0.97。

基槽侧向宜采用灰土回填，其压实系数不宜小于0.93。

本工程为非自重湿陷性黄土场地，生活水池底以下基础处理厚度为 1.0 m，溢流池、污水池因平面尺寸较小，池底以下基础处理厚度为0.5 m。

2.3.2 处理宽度计算

生活水池采用整片处理，处理方法同站房，处理宽度2.0 m。溢流池、污水池因平面尺寸较小，更接近于局部处理，处理宽度为每边扩出基础边缘不小于基础底面宽度的1/4，并不小于0.50 m。

2.4 储罐基础

立式储罐根据其危险性、重要性，储罐基础按乙类构筑物设计。

根据《规范》5.1.1条第2款，各级湿陷性黄土地基上的乙类建筑，其地基处理应符合本规范6.1.1条第2款和6.1.4条的要求，并应采取结构措施和检漏防水措施。

6.1.1条第2款：乙、丙类建筑应消除地基的部分湿陷量。

6.1.4条乙类建筑消除地基部分湿陷量的最小处理厚度，应符合下列要求：

(1)在非自重湿陷性黄土场地，不应小于地基压缩层深度的 2/3，且下部未处理湿陷性黄土层的湿陷起始压力值不应小于100 kPa。

(2)在自重湿陷性黄土场地，不应小于湿陷性土层深度的 2/3，且下部未处理湿陷性黄土层的剩余湿陷量不应大于150 mm。

(3)如基础宽度大或湿陷性黄土层厚度大，处理地基压缩层深度的2/3或全部湿陷性黄土层深度的2/3确有困难时，在建筑物范围内应采用整片处理。其处理厚度：在非自重湿陷性黄土场地不应小于4m，且下部未处理湿陷性黄土层的湿陷起始压力值不宜小于 100 kPa；在自重湿陷性黄土场地不应小于6 m，且下部未处理湿陷性黄土层的剩余湿陷量不宜大于150 mm。

第6条移至此，并说明是补充计算。

(1)处理厚度计算：本次设计的储罐基础为筏形基础，平面尺寸为5×5m，根据《规范》6.1.6条，地基压缩层取基础宽度的1.2倍，即6 m。最小处理厚度为地基压缩层深度的2/3即4 m，因储罐基础埋深为-3.5 m，基础底湿陷起始压力值已大于100kPa，故储罐基础处理厚度为4.0 m。

(2)处理宽度计算：储罐基础采用整片处理，处理方法同站房，处理宽度为2.0 m。

(3)剩余湿陷量计算：本工程为非自重湿陷性场地，地基湿陷等级为Ⅰ级，根据《规范》6.1.4条第3款，不需计算剩余湿陷量。但对危险性、重要性较高的储罐，基础设计时仍对未处理湿陷性黄土的剩余湿陷量进行校核验算。

根据《规范》4.4.5条，湿陷性黄土地基受水浸湿饱和，其湿陷量的计算值∆s应按下式计算：

式中：δsi——第i层土的湿陷系数；

ℎi——第i层土的厚度，mm；

β——考虑基底下地基土的受水浸湿可能性和侧向挤出等因素的修正系数，在缺乏实测资料时，可按下列规定取值：

(1)基底下0～5 m深度内，取β=1.50；

(2)基底下5～10 m深度内，取β=1；

(3)基底下10 m以下至非湿陷性黄土层顶面，在自重湿陷性黄土场地，可取工程所在地区β0(因地区土质而异的修正系数)值。

储罐±0.000相当于绝对标高 909.400，基础埋深-3.5m，基础底绝对标高为905.900。基础底处理厚度4m，底标高为901.900。

地勘显示临近10孔②层粉土底标高903.170，③层粉土底标高 900.170，②层粉土 β＝1.5，③层粉土β＝1.0。

临近T10探井湿陷性计算参数见表4：

表4 临近T10探井湿陷性计算参数

处理后剩余湿陷量：

计算结果：处理后剩余湿陷量满足规范要求。

2.5 次要构筑物基础

本工程从安全考虑，对次要构筑物中燃气设备基础厚度处理统一换填1.0 m厚3:7灰土，防护堤、围墙基础和其他设备基础厚度处理统一换填 0.5m厚3:7灰土，处理宽度按《规范》6.1.2条执行。

3 结语

本工程设计的建、构筑物已基本满足一般燃气场站的配置需要。当燃气场站工程位于场地地基土层为湿陷性黄土地区时，应根据场站岩土工程勘察报告确定的湿陷性黄土的类别和湿陷等级，并依据《湿陷性黄土地区建筑规范》采取相应地基处理措施，确保基础设计的安全可靠，避免湿陷性黄土地基对建、构筑物产生危害。

Foundation Treatment Method for Gas Station Project Encountering Collapsible Ground

Shanghai Gas Engineering Design & Research Co., Ltd. Jiang Yan

Taking the construction of a gas station project in collapsible loess area as an example, the corresponding treatment scheme is given for the foundation treatment of the collapsible foundation of the building and structure in the station.

collapsible loess, gas station, foundation treatment