高能级强夯加固山区回填地基普光气田净化厂强夯处理工程

1、职称评定论文8000kN.m能级强夯在普光气田净化厂西区120万平方米山区非均匀回填地基处理工程中的应用单 位：中国化学工程重型机械化公司姓 名：黎龙云日 期：二八年十月职称评定论文8000kN.m能级强夯在普光气田净化厂西区120万平方米山区非均匀回填地基处理工程中的应用 黎龙云一、工程概况中国石油化工股份有限公司中原油田分公司普光气田净化厂是国家重点工程项目，川气东送工程的重要项目。厂址位于四川省宣汉县普光镇铜坎村（赵家坝），在普光镇西南约2.5公里，正南距宣汉县约20公里，西距210国道约20公里，交通便利，介于北纬31°060831°4957、东经107°

2、2229108°3247。普光气田是目前国内继中石油罗家寨大型高含硫天然气之后的又一重大发现，预计2008年探明天然气地质储量2100×108m3。动用地质储量1500×108m3，净化厂建成后生产能力为年产150×108m3天然气。普光气田天然气净化厂原厂址（东区）2006年已经按原设计方案平整场地并对填土层进行了强夯加固处理。西区是在原计划净化厂（东区）的基础上，将规模向西扩大一倍，西扩区域南北长约800米，东西长约900米。本工程要对东区有变化的区域和西区的填方区，在回填的过程中对填土层进行强夯加固处理，以提高其密实度。项目地基处理工程由中国建筑西

3、南勘察设计研究院设计，西区填方区分5层进行强夯施工：350m标高层、358m标高层、366m标高层、374m标高层和380m标高层，强夯能级90%以上为8000kN.m，填方厚度较小的区域采用4000kN.m和3000kN.m能级，五层强夯地基处理施工总面积为1212501.49 m2。经过招投标，强夯施工由六家施工单位共同完成，本文介绍中国化学工程重型机械化公司在本工程中的施工概况及其施工区的检测情况。二、工程地质条件1.地形地貌拟建场地位于四川盆地东部，大巴山南坡前山带，属盆地边缘低山丘陵区，构造剥蚀地形，地形起伏较大，地貌属低山峡谷区。场区内总体地势北高南低，北部是低矮山丘，南部小河从场

4、地南侧流过。场地西、北、东三面属低山丘陵，山顶海拔在450500m之间，山丘相对高差在60150m之间，自然坡度在2030度之间。2.地层结构及岩性特征勘察过程中场区范围内出露地层主要为侏罗系中统上沙溪庙组泥岩、砂岩和砂质泥岩等，第四系松散层则以残坡积层、坡积层、冲洪积层和人工填土为主。从上至下分述如下：1 填土层（Q4ml）:杂色，主要由粘性土组成，含少量碎块石及有机质，层厚在0.84m之间，主要分布于村落附近。2 粉质粘土层（Q4pd）：褐色，流塑，饱和，主要由粘粒和粉粒组成，含植物根及有机质，断续分布于山谷之间的水田、水塘中，层厚在0.31.9m之间。2-1 粉质粘土层（Q4el+dl）

5、：褐色，软塑，湿，主要由粘粒和粉粒组成，含少量碎石，植物根及有机质，主要分布于山间谷地中，层厚在0.146.0m之间。2-2 粉质粘土层（Q4al+pl）：为第四系冲洪积形成，褐色，可塑，稍湿，主要由粘粒和粉粒组成，含少量碎石，主要分布于山间谷地中，层厚在0.210.5m之间。3 细砂（Q4al+pl）：灰色，松散稍密实，稍湿湿，主要由长石、石英组成，含少量粘粒，呈透镜状分布，主要分布于河谷阶地，层厚在0.910.2m之间。4 角砾（Q4al+pl）：呈透镜状分布，层厚在0.81.9m之间。5 泥岩、砂质泥岩层（J2s）：为软质岩石。侏罗系中统上沙溪庙组，岩层产状为15655度，岩层节理裂隙不

6、发育，棕红色，薄至中厚层状，块状构造，泥质胶结。根据风化特征，将该层分为全风化层（r3）、强风化层（r2）、中等风化层（r1）和未风化层。6 砂岩层（J2s）：为硬质岩石。侏罗系中统上沙溪庙组，岩层产状为15655度，岩层节理裂隙不发育，细粒结构，钙泥质胶结，薄中厚至巨厚层状构造，锤击声脆，难击碎，回弹大，风化物呈砂粒状。根据风化特征，将该层分为全风化层（r3）、强风化层（r2）、中等风化层（r1）和未风化层。三、强夯设计方案及施工参数的确定1.本工程地基处理方案因有净化厂东区强夯处理的成功经验，建设单位结合现场实际情况，经过在工期、建设投资、质量保障等各个方面的综合对比，决定西区地基处理方案

7、仍然采用强夯工艺。2.设计院初步设计的8000kN.m能级强夯施工参数：（1）350m标高层后巴河区强夯：强夯能级8000kN.m，主夯点6米正三角形布置，分两遍进行，每点10-14击，以最后两击平均夯沉量150mm控制，若不满足适当增加击数；两遍点夯后用2000kN.m能级满夯一遍，3击，夯印搭接1/3，不得留有空白。（2）358m标高层、366m标高层、374m标高层和380m标高层强夯：主夯能级8000kN.m，主夯点8m×8m正方形布置，分两遍进行，第二遍在第一遍四个主夯点中间插点，每点10-14击，以最后两击平均夯沉量150mm控制，若不满足适当增加击数；两遍主夯后在第一遍

8、或第二遍相邻两个主夯点中间插点施工加固夯，能级4000kN.m，以最后两击平均夯沉量100mm控制，若不满足适当增加击数；加固夯后用2000kN.m能级满夯两遍，3-4击，夯印搭接1/3，不得留有空白。（3）地基处理后要求新填土层的压实系数应不小于0.97，并且地基承载力特征值不小于200kPa，压缩模量不小于12Mpa。3.试夯及最终施工参数的确定建设单位安排了其他施工单位于2008年1-2月在后巴河区350m标高层进行试验性施工，并于施工结束2周后进行了科学严格的检测，根据检测结果，结合现场实际情况及东区的施工经验，最终确定了大面积强夯施工8000kN.m能级强夯施工参数：350m-380

9、m标高层：强夯能级8000kN.m，主夯点6米正三角形布置，分两遍进行，每点10-14击，以最后两击平均夯沉量150mm控制，若不满足适当增加击数；两遍点夯后用2000kN.m能级满夯一遍，3击，夯印搭接1/3，不得留有空白。且点夯施工时，夯坑周围不应发生过大隆起，不因夯坑过深而发生提锤困难。夯点布置如图所示：四、工程实施概况1.施工组织根据工程规模大、工期短、地基处理难度大的特点，中国化学工程重型机械化公司成立了项目经理部，对工程实施项目法管理。项目经理部由项目经理、项目副经理、HSE经理、项目技术负责人、安全组、质检组、施工组、技术组、设备管理组等组成，共投入施工人员100人左右。强夯合同

10、施工面积23万平方米，计划工期167天。2.施工机械设备及材料投入本工程的主要施工机械设备包括5台W200A履带式起重机，2台W1101履带吊车，1台QU25履带式起重机，1台山推SD16推土机，1台KATO400E汽车式起重机，17.8T-43.8T夯锤，轻、重型龙门架，自动脱钩器，全站仪、经纬仪、水准仪及其它机械设备。强夯施工主要消耗油料、设备配件和钢丝绳。3.施工工艺本工程8000kN.m能级强夯施工工艺流程为：场地平整测量放线第一遍8000kN.m主夯夯坑回填，场地平整测量放线第二遍8000kN.m主夯夯坑回填，场地平整测量放线第三遍2000kN.m满夯场地平整，高程测量交付检测检测验

11、收。4.质量控制标准强夯地基质量检验标准见下表：项序检查项目允许偏差或允许值检查方法单位数值主控项目1地基强度设计要求按规定方法2地基承载力设计要求按规定方法一般项目1夯锤落距mm±300钢索设标志2锤重kg±100称 重3夯击遍数及顺序设计要求计数法4夯点间距mm±500用钢尺量5夯击范围(超出基础范围距离)设计要求用钢尺量6前后两遍间歇时间设计要求五、强夯地基处理检测手段本工程的检测综合采用了平板静载荷试验、超重型动力触探、钻探、大容重试验、室内土工试验、物探等多种手段对检测资料进行了对比验证，这里着重介绍以下三种检测手段：1静载荷试验先将试验点位置向下开挖约

12、一定深度，并找平，在其上铺设100150mm中粗砂，压实、再铺设正方形钢板（承压板）并堆载。主梁与承压板之间采用500T油压千斤顶加、卸载，在承压板上对称安置六只自动位移计，记录承压板在要求荷载作用下的沉降量（现场试验装置示意图如下）。2. 动力触探试验动力触探是利用一定落锤的能量，将与触探杆相连的圆锥形探头打入土层，根据打入的难易程度（贯入度）得到每打入一定深度所需的锤击数，以此判定地基土的工程特性(密实度,均匀性及预估承载力)。本工程检测采用超重型动力触探试验（N120），试验时，依次记录每打入10cm的锤击数。若10cm击数超过50击，可终止。记录格式为N=50击实际贯入深度（厘米）。N

13、120动探击数与承载力特征值的关系可参考工程地质手册中碎石土N120与承载力特征值fk的关系表：N120击数3456810121416fk（kpa）250300400500640720800850900试验装置图如下：3物探（瑞雷波试验）瑞雷波法是一种利用瑞雷波的运动学特征和动力学特征来进行工程质量检测及工程地质勘察的地球物理检测方法，通过地面瞬态瑞雷波测试与N120动力触探和静载荷试验进行对比、验证，掌握地基承载力分布情况、地基均匀性以及强夯加固深度、影响深度范围等。本工程选用的是瞬态瑞雷波法，该法是在激振时产生一定频率范围内的瑞雷波，并以复频形式传播。现场采用纵排列接收瑞雷波，通过现场试验

14、，根据场地情况，选择合适的工作的偏移距、道间距、记录长度、采集间隔等参数。测试原理简图如下：六、检测结果1.静载荷试验本工程静载荷试验按不同施工层分别进行，并按要求在原状土区域不超过1500布置一个测点，重叠区域不超过3000布置一个测点，试验分8级进行，每级加载量约为50kPa。最大加载量为地基设计承载力特征值的2倍，即400kPa（4800KN），其平板上堆载荷载大于4800kN。静载荷试验共做9压板试验点23个，12压板试验点57个。其中9压板各试验点最大试验荷载均为3600kN（400kPa），地基最大沉降为18.92 mm-34.77mm，各试验点p-s曲线上未出现明显的拐点，按地基

15、承载力特征值的确定方法，9压板试验区地基承载力特征值不小于200kPa。12压板各测点最大试验荷载均为4800kN(400kPa),地基最大沉降为11.44mm-27.23mm，200kPa压力对应的压板沉降为8.48mm-14.82mm。各测点p-s曲线上未出现明显的拐点，按地基承载力特征值的确定方法，12压板试验区地基承载力特征值不小于200kPa，满足设计要求。根据实际情况和以往经验得出回填土压缩模量在14Mpa-18Mpa，满足设计要求。2超重型动力触探本工程顶层和底层每300m2布置一个触探检测点，重叠部分每600m2布置一个触探检测点，共布置453个检测点。剔除异常值后依据岩土工程

16、勘察规范（GB50021-2001）对试验锤击数进行杆长修正，各层面修正后统计得到的（N120）锤击数平均值均大于4击，锤击数均匀且较高，可见天然原状土和回填土层经强夯处理后力学性质明显提高，承载力满足要求。3.物探本工程每层标高强夯完成后，标段内布置不少于一条测线进行地面瞬态瑞雷波及地质雷达测试，测线与N120动力触探和静载荷试验点重合，以便地面瞬态瑞雷波测试与N120动力触探和静载荷试验进行对比、验证。测线布置在重要的建（构）筑物区域。（1）瑞雷波试验：根据面波速度与介质的横波速度可以直接换算(Vs1.11Vr,Vs:横波波速；Vr:面波波速)，通过多年来国内外有关单位的研究，证实Vs与土

17、层的标准贯入度N63.5、变形模量E0及土层容许承载力fak等有相关关系，根椐相关资料，面波波速300m/s相应的N63.5达到3040击左右，强夯加固土层达到了密实程度，E0值达到2530MPa，fak达到240330kPa。从检测结果分析，深度超1米以后，面波速度值基本超过300 m/s，表明强夯地基效果显著。频散曲线反映的地层情况基本上与动探结果吻合。（2）地质雷达：地质雷达检测结果表明：雷达反射波组能量均匀，呈水平分布，反映场地地基土经强夯后整体密实度明显提高，密实度均匀性较好，没有发现强夯较大不密实层或漏夯区，强夯效果较好，满足设计要求。七、工程总结1. 中国石油化工股份有限公司中原

18、油田分公司普光气田净化厂工程是国家重点建设工程，西区120万平方米强夯地基加固效果显著，经济和社会效益突出，是国内大型工程项目地基处理的成功实例之一。2.2006年普光气田净化厂东区强夯施工结束后，对施工区进行了静载荷试验和动力触探试验。静载荷试验结果表明经强夯处理后回填土层承载力显著提高，效果明显，但标准贯入度试验显示少数测点在一定深度锤击数异常偏高，且变化特别大，地基局部存在不均匀性，初步推测可能是由于回填过程中填进了较大粒径的石料，测点正好位于石料上方，下探遇到石料，致使锤击数异常偏高，穿过石料后因强夯的能量无法破坏大粒径石料，石料下方存在空隙，回填土加固效果不好，使锤击数突然又大幅降低

19、。在2007年东区桩基施工过程中也出现了少数桩位局部深度范围内钻进困难，漏浆等情况，验证了回填土层中存在大粒径填料的推测。因此，在山区开山回填强夯地基处理过程中，应严格控制回填料的粒径，使其级配均匀，否则，易产生强夯后地基不均匀的情况，影响工程质量。3西扩区内原有一条河流从场地东西向弯弯曲曲的流过，西扩方案确定后，将河流进行了改道，使其从场外南面通过，这样，原河道经排水、清淤，再回填2-4米开山石后就形成了底层350m标高层强夯区。考虑到河道已存在了很长时间，流域水系发育，不能将水排尽，根据现场实际，设计院出具了以下方案：回填过程中，沿河道每50m用沙袋和卵石设置一个竖向排水井，主夯过后，再开

20、挖横截面3×5m的沟槽，沟底和侧壁铺设土工布，回填卵石形成排水盲沟，将竖向排水井连通，形成排水通道，盲沟表面用土工布覆盖后进行上一层回填。竖向排水井从底层一直贯通到顶层，每层均设置盲沟，所有山沟均做上述排水系统。经检测表明，地下水位在全场施工完成后，没有明显上升，排水系统效果明显，是一个成功的实例。 4本工程在回填之前，先将沟侧山坡表面植被、杂草清除干净，用挖掘机沿山坡做了高、宽均为1米的台阶，然后进行回填，使强夯处理后填、挖方区能够良好衔接，增加了填挖交界处的抗滑稳定性，这也是类似工程值得借鉴的经验。5实际工程中，土体的含水量是决定强夯加固效果的重要因素，含水量过高的饱和土，经强夯后可能出现橡皮土，承载力反而降低；含水量过低同样会影响工程质量。6上部荷载特别大、对地基沉降要求严格的建（构）筑物，为确保万无一失，应