高能级强夯在储罐区软基处理中的应用

钟鹏旭，李文勇

（1.中电投锦州港口有限责任公司，辽宁锦州 121007；2.中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300220）

关键字：高能级强夯；大型LNG 储罐区；碎石土；地基处理

引言

采用高能级强夯在处理大厚度非饱和土、大面积重堆载场地、大中型油库以及新近出现的液化天然气储罐等新近回填土等，可进一步提高地基土强度和均匀性，降低压缩性，消除湿陷性，改善其抵抗震动液化的能力，使强夯法的经济高效性得以更加充分地施展[1]。目前，国内兴起的液化天然气储罐常采用回填碎石土作为地基，因其颗粒粒径极不均匀，孔隙大，级配差，而且回堆填厚度较大，承载力和变形特性难以满足指标要求，采用高能级强夯法处理这类场地能否满足工程需求是亟待解决的重大问题。结合目前国内外高能级强夯原理及施工工艺的现状，介绍渤海地区某液化天然气（LNG）储罐高能级强夯地基处理工程中的成功实践，供同行参考。

1 工程概况

该项目建造5 个200 000 m3LNG 储罐及相关配套工程，储罐承台投影范围直径及外扩区域110 m。项目所在区域上部土体为新近回填的碎石土（碎石和角砾），以风化岩屑和粘性土填充，土质不均匀，厚度介于14～21 m，因回填时间短且未经碾压，土体处于松散～稍密状态，其承载力和变形特性难以满足上部结构所需。根据场地情况和上部结构需要，并经地基处理方案比选，采用高能级强夯法对其进行加固，要求经处理后的地基承载力 fak≥220 kPa，变形模量E≥18 MPa，加固深度≥15 m。另外，本项目北侧为护岸，尚需对该护岸在高能级强夯影响下的稳定性和安全性监测。

2 强夯试验

在场地具有代表性的位置选取30 m×30 m 的区域进行试夯，强夯处理工艺采用“夯三平二”工艺，即点夯3 遍，满夯2 遍。夯锤直径2.2～2.6 m，第1 遍和第2 遍点夯的单击夯击能为12 000 kN·m，第3 遍能级 6 000 kN·m，第4 遍和第5 遍满夯夯击能为2 000 kN·m，夯点间距均为9 m×9 m。

试夯时，选取护岸合适位置布置速度拾振器监测其动力反应。夯后，布置平板载荷试验、重型动力触探及瑞雷波试验各3 点对地基加固效果进行评价和综合分析。

图1 夯点及检测点位示意图

2.1 护岸振动监测

因场区北侧约80 m 处有东西走向、高约6 m的防浪护岸，为确定高能级强夯施工对护岸的影响程度，并对其进行评价，随机选取试夯区不同距离6 个夯点位置，并在护岸距试夯区最近处布置两处测试点，A 点位于护岸墙根地面上，B 点位于护岸顶部表面。各测试点均对强夯振动过程进行监测。

测试前，测试点均按径向、切向、垂向三个方向设置不同的拾振器，分别记录径向、切向、垂向三个方向的振动分量。

根据表1、表2 所测数据可知，强夯时的瞬时冲击振动，护岸墙根部地面和顶部表面的振动速度随距离的增大而逐渐衰减。就单一测点而言，无论A 点或B 点，径向振动速度最大，垂向次之，切向最小。这表明强夯施工对护岸的影响以水平径向起主导作用，垂直方向的作用也不可忽视。另外，B 点较A 点最大振动速度值在径向、切向、垂向三个维度均大，这反映出相对于底部，护岸顶部因无约束更容易在强夯振动影响下诱发结构的破坏或者结构内力的重新调整。

表1 A 点振动测试结果

表2 B 点振动测试结果

参照《爆破安全规程》GB6722 相关规定，可知在本试夯区特定条件下，护岸结构物最大质点振动速度瞬时合成值最大2.91 mm/s，满足相关要求，即12 000 kN·m 高能级强夯不会对护岸产生较大的结构破坏。倘若后期有护岸近距离有强夯施工，开挖一定深度的隔振沟能对保护护岸有明显的作用。

2.2 平板载荷试验

平板载荷试验直观且能反映载荷板以下2 倍板宽范围内地基土的强度和变形综合特性，尤其对于成分和结构不均匀的碎石土更为合适。试夯区布置了3 点平板载荷试验。

根据试验结果绘制的荷载-沉降（Q-s）曲线如图2 所示。夯后载荷试验点Z1、Z2、Z3 加载至440 kN 时，Q-s 曲线均呈缓变形，荷载板周边亦未出现明显隆起，根据《建筑地基处理技术规范》JGJ79 相关规定，得到夯后试验点Z1、Z2、Z3 承载力特征值fak均大于220 kPa，变形模量E 依次为33.3 MPa、40.4 MPa、38.7 MPa，满足设计要求。

图2 平板载荷试验曲线图

2.3 重型动力触探试验

强夯前、后各进行了3 点重型（N63.5）动力触探试验，夯前、夯后动力触探对比曲线如图3-5 所示。

图3 D1 夯前、夯后对比曲线图

图4 D2 夯前、夯后对比曲线图

图5 D3 夯前、夯后对比曲线图

因场区内加固深度范围内的素填土（碎石）和素填土（角砾）组分差异性大，致动探击数离散性大，密实度不均匀。总体而言，随着深度增加动探击数逐渐递减，这表示强夯影响作用在逐渐减弱。夯前动探击数平均为5.5 击，土体密实度以松散为主，局部稍密。夯后0～5.5 m 深度范围内动探击数平均为13.8 击，土体密实度为中密～密实，该深度范围加固效果相当明显。5.5～15.0 m 深度范围内动探击数平均为8.7 击，土体密实度为稍密～中密，该深度范围加固效果较为明显。从动力触探数据分析，强夯有效加固深度不小于15m。

2.4 瑞雷波试验

瑞雷波波速的高低，直接反映了地基土的承载性状。在强夯加固后的地基上进行瑞雷波探测，对比瑞雷波波速的变化情况，可对地基加固效果进行相应的评价。本次应用的主要设备为SWS 型面波仪，采用 12 道 1 个排列，进行多道瞬态面波测试。夯后瑞雷波频散曲线如图6-8 所示。

图6 R1 瑞雷波频散曲线如图

碎石土回填地基经高能级强夯处理后，土体颗粒间空隙受到挤压，土体变密实，瑞雷波波速将会随着介质密度的增加而增大。夯后土体波速介于200～270 m/s，波速曲线形态呈上高下低，这与动力触探锤击数的变化趋势一致，另外也说明场地均匀性较好。波速曲线局部有突变段，通过与附近动力触探孔资料对比，可以发现曲线转折部位往往对应着该深度内存在较大粒径的块石，而且在块石粒径越大，波速突然变小幅度也越大，这充分说明土体中若存在较大块石会明显影响其下土体的加固效果。

图7 R2 瑞雷波频散曲线如图

图8 R3 瑞雷波频散曲线如图

3 结语

1）强夯时的瞬时冲击振动，振动速度随距离的增大而逐渐衰减。这表明强夯施工对护岸的影响以水平径向起主导作用，垂直方向的作用也不可忽视。相对于底部，护岸顶部因无约束更容易在强夯振动影响下诱发结构的破坏或者结构内力的重新调整；

2）平板载荷试验和重型动力触探结果表明对地表以下一定深度范围内的土体加固效果较为明显，其强度和变形能力均能满足后期设计和施工使用；

3）夯后土体波速介于200～270 m/s，波速曲线形态呈上高下低，与动力触探锤击数的变化趋势一致，同时说明场地均匀性较好。