强夯法在卡拉库姆国天然气处理厂地基处理中的应用

强夯法在卡拉库姆国天然气处理厂地基处理中的应用

1沙区填方区域该项目位于图姆斯坦布州阿姆河右岸，位于阿姆河盆地，卡拉库姆沙漠，属于沙漠形态单位。场地大部分区域属于风积地貌成因的草灌丛垄岗状沙滩,多属于固定沙丘,高差几米至几十米,一般为2～4m,少部分为丘状沙地。沙丘上植物主要为低矮灌木,呈斑状或不连续分布,覆盖厚度30%～40%,表层为粉砂土,无活动迹象。在该区域建设一个天然气处理厂,需要对于填方区域采用强夯处理方案,使地基的承载力、变形及地基均匀性符合设计的要求。根据现场实际条件,强夯能级定为1500kNm、2000kNm、3000kNm、4000kNm。2项目的地理条件2.1中生界地层阿姆河盆地是以中生界为主的沉积盆地,中生界地层以砂岩、泥岩为主,局部为钙质砂岩。中生界地层之上新生界地层发育有第三系和第四系地层。第三系以粘土、粉砂岩、砂、细砂等为主。第四系地层以晚更新统Q3和全新统Q4大陆沉积层为主。2.2细砂层次划分场地多属于固定沙丘地貌,地层主要由晚更新Q3陆相沉积砂土组成,细砂为褐黄色,稍湿,矿物成分为石英、长石、云母,分选好,级配不良。层里不发育,无包含物,局部为亚粘土夹层,夹层厚度不超过5m,亚粘土层里发育。该层厚度大,自上而下按其密实程度分为三个亚层:1～1亚层为稍密状态细砂;1～2亚层为中密状态亚层;1～3为密实状态细砂。2.3现场地下水地下水位稳定埋深约14～15m,稳定水位标高为190m左右。3地基处理方案的确定由于本工程地处土库曼斯坦卡拉库姆沙漠腹地,沙漠里严重缺水,这对地基处理工作造成了极大的困难,必须综合考虑各种因素,采用合理的地基处理方案。而目前沙漠地带的地基处理工程没有可借鉴的工程经验,笔者初步设想了两种地基处理方案进行对比。3.1振冲挤密法加固砂层技术振冲挤密法利用振动和水冲使地基振密实,在振动密实过程中形成的空洞,用碎石回填再振密实,适用于处理砂土和粉土等地基。振冲挤密法加固砂层的原理简单说来是一方面依靠振冲器的强力振动使饱和砂层发生液化,砂颗粒重新排列,孔隙减少,另一方面依靠振冲器的水平振动力,在加碎石等回填料情况下还通过碎石等使砂层挤压加密。该种地基处理方法处理效果好,但施工现场处于沙漠腹地,加之土库曼斯坦碎石供应极为困难且造价很高,只能放弃该方案。3.2强法律调控土含土基充填法强夯法是由法国Menard技术公司于1969年首创的一种地基加固方法,它通过10～40t的重锤和10～40m的落距,对地基土施加很大的冲击能(一般为500kN·m～8000kN·m),利用冲击能在地基土中所出现的冲击波和动应力,提高地基土的强度、降低土的压缩性、改善砂土的抗液化条件、消除湿陷性黄土的湿陷性等。同时,夯击能还可提高土层的均匀程度,减少将来可能出现的差异沉降。强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基,尤其适合于砂土地基的加固处理。强夯法设备简单,施工便捷,技术成熟,施工质量容易控制,施工周期短,而且以往的工程实践证明强夯法在各类土处理都取得了十分良好的技术经济效果。综合考虑施工材料、施工机械、施工周期及施工难度等因素,本工程采用了强夯法进行地基处理。3.3到中密细砂亚层顶面(1)填方区(非钢管桩建构筑物及装置区轮廓外5m范围内)要求处理后地基承载力特征值不低于180kPa,压缩模量不低于13MPa,处理深度达到中密细砂亚层顶面。(2)填方区需打钢管桩的构筑物由于处于装置区内,与其他结构形式的建构物交叉布置,设计要求按如上。(3)填方区需打钢管桩的建筑物的地基也需要强夯处理,可采用低能级强夯,要求处理后的地基承载力特征值不低于150kPa,压缩模量不低于10MPa,处理深度需达到中密细砂亚层顶面。(4)填方区(非建筑物及装置区)即可采用低能级强夯处理,要求最终的场地土压实系数达到0.85(一般场地)～0.90(道路)。3.4强制安装参数设计根据设计条件并结合试夯的试验结果,确定强夯主要施工参数如表1。4强制安装4.1第一阶段时时基础夯实作用①清理并平整施工场地;②施放夯点位置,根据现场情况必要时设置隔振沟并设置监测点。③起重机就位,使夯锤对准夯点位置;④测量夯前锤顶高程;⑤将夯锤起吊到预定高度,待夯锤脱钩自由落下后。放下钓钩,测量锤顶高程,若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时,应及时将坑底整平;⑥重复步骤⑤,按设计规定的夯击次数及控制标准,完成一个夯点的夯击;⑦重复步骤③至⑥,完成第一遍全部夯点的夯击;⑧用推土机将夯坑填平,并测量场地高程;⑨在第一遍夯击完成1周后进行插夯;⑩插夯完成一周后,进行遍夯,将场地表层松土夯实,并测量夯后场地高程。4.2强宽带设计施工(1)强夯施工用带自动脱钩装置的履带式起重机,在臂杆端部设置辅助门架,或采取其他安全措施,防止落锤时机架倾覆。(2)强夯施工前,甲方应提供场地范围内的地下构筑物和各种地下管线位置及标高,以便施工时采取必要的措施,避免因强夯施工而造成破坏。(3)强夯施工过程中,应做到夯锤升降平稳,避免歪夯,禁止错位夯击施工。(4)强夯施工过程中应有专人负责下列监测工作:①开夯前应检查夯锤重和落距,以确保单击夯击能量达到设计要求;②在每遍夯击前,应对夯点放线进行复核,夯完后检查夯坑位置,发现偏差和漏夯时应及时纠正;③按设计要求检查每个夯点的夯击次数和每击的夯沉量。5基础处理效果分析强夯地基处理检测主要为载荷试验和标准贯入试验。其中载荷试验主要测试地基承载力,标准贯入试验主要测试地基密实度。5.1沉降已达相对稳定标准的荷载计算根据现场实际情况,载荷试验检验点设置80个。试验承压板面积为1.0m2最大加载量为设计承载力特征值的2倍。试验加荷方式采用分级维持荷载沉降相对稳定法,加荷等级为10级,第一级按2倍分级荷载加荷。每级荷载施加后,间隔5min、5min、10min、10min、15min、15min各测读一次沉降,以后每隔30min测读一次沉降,当连续每小时沉降量小于等于0.1mm时,即视为沉降已达相对稳定标准,施加下一级荷载。典型载荷试验数据如表2所示。当荷载为368kPa时,最大沉降为9.36mm典型载荷试验P-s曲线、s-lgP曲线、s-lgt曲线如图1、图2、图3所示。由试验结果可知:强夯后地基承载力标准值为180kPa。由载荷试验图1可以看出,P-S曲线几乎呈直线状,说明强夯后地基比较均匀。5.2混凝土基础质量根据工程需要,在夯前、夯后进行标准贯入试验,针对不同地基处理区域,按每900m2不少于一个试验点,孔深6m(根据选用强夯能级影响的深度),每孔1.0m间距做1次标准贯入试验,夯前标贯孔为224个,夯后标贯孔为897个。典型标贯试验结果如图4所示。通过夯前、夯后数据分析,强夯后的标贯试验击数比强夯前有不同程度的提高,深度在5m以内,强夯后的标贯击数是强夯前的1.5～2.0倍左右,各孔的标贯击数平均值均在30击以上。经强夯处理后的土体密实度提高明显,根据《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)中标贯击数对砂土密实度N的判断:15<N≤30为中密,N>30为密实。判断强夯处理后的砂土整体密实性达到中密程度,即达到设计的要求。6强宽基坑桩地基处理的优势通过该工程的实践,充分说明强夯法是在沙漠地带处理细沙地基来加固地基的最佳方案,且有以下优点:(1)通过静载试验及标准贯入试验的结果可知,强夯处理后地基的强度、变形、地基均匀性均满足设计要求。(2)采用强夯法可以极大降低地基处理的成本。本工程最初是按挤密碎石桩地基处理,工程造价约1.2亿人民币,而按照强夯法进行处理,工程造价约5000多万人民币,极大节约了工程成本。(3)强夯法