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岩土研究院

振动沉管碎石桩加固油罐软土地基

335 2022-05-24 16:48:39

(一)工程地质概况

山东某油田某容量为20000m³、直径为38.3m、高19.5m 的贮油罐,位于黄河下游冲积平原的东营市郊的旧罐区内,油罐的一部分坐落在两个直径 24m,贮油 5000m³的旧贮油罐地基上,见图 7-64。油罐地基为第四纪全新世冲积局部为滨海沉积的粘性土和砂性土,自上而下分别为;


(1)粉土层;饱和,可塑,局部软塑,厚3.0 ~3.5m,标准贯入试验击数为 2.6击,承载力标准值fk为120kPa。


(2)粉质粘土层;饱和,呈可塑~软塑状,压缩性高,个别土样达到淤泥质土指标,厚约 4m,标准贯入试验平均击数为2.7击,地基承载力标准值fL为110kPa。


(3)粉质粘土层;饱和,早软塑~流塑状,高压缩件。部分十样指标达到淤泥质十的指标,厚约 6m左右,标准贯人试验平均击数为 2.2击,地基承载力标准值fk为 90kPa。

再下分别为力学性能指标较好的粉土层和粉土与粉质粘土互层。场地地下静止水位埋深约 1.0~1.8m。


根据地质勘探报告,地表下第1~3土层的主要物理力学性能指标,见表7-63。


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(二)罐基设计要求

在软土地基上建造大型油罐,对油罐的主要威胁来自基础的不均匀沉降和油罐底板的较大变形。由于过大的变形,引起底板过大的应力和应力的交变,使底板的焊缝拉裂以致造成脆性破坏。因此在大型贮油罐遭的设计建造时,对油罐地基往往提出较为严格的变形控制要求。本油罐基底的平均设计压力为 220kPa,基底平均附加压力为180kPa;油罐对地基的变形控制要求为∶罐中心与罐周沉降差小于16cm;健整体沉降差小于19.65cm∶再者就是罐周沉降均匀,沉降小于120cm。

由油黛的设计要求和地基勘探报告的情况可见,场地土的含水量高、压缩性大、抗剪强度低,地基承载力、沉降、沉降差及稳定性都无法满足设计的要求,因此,必须进行地基加固。


(三)地基加固方案

由于环梁及其下的碎石垫层的作用、油罐基底的压力并不是均匀分布的,而是如图7-65(b)所示形式分布的。为简化计算,实际采用图7-65(c)形式进行计算。同均布基底压力形式相比。罐周简化计算高于均布时附加应力,罐中心则简化计算小于均布状态时附加应力,两者均在基础底 5m 深范围内差别明显,往下则趋一致,设计采用简化计算结果。


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根据以往的经验,采用沉管碎石桩加固油罐地基,承载力和地基的稳定性均较易保证。主要问题是控制沉降差。计算表明,如采用同样的面积置换率和桩长,承载力、稳定性和沉降量可以保证,但沉降差却不能满足。因此,决定采用不同的桩距和桩长来调整沉降差。另外,勘探表明,由于旧罐对地基的预压作用,已使旧罐地基上部10m 左右土的物理力学指标产生较大改善,所以,为保证整个油罐的均匀沉降,在旧罐区应适当扩大桩距。


布桩采用环形布桩形式;桩径400mm;桩距为沿径向1.0m,旧罐区内为1.10m~1.16m,环向由中心区域弦距 0.68m 逐步增大到罐周弦距 1.33m;桩长∶中心区域(以罐中心为圆心,半径为 14m的圆的范围)净桩长 10m,罐周环带区域(罐中心为圆心,半径为14m与22.2m 所夹圆环范围)净桩长为8.5m;外围设三排保护桩。


施工采用 90kW的振动沉桩机,下设直径为 400mm 的套管,管长12m。


为防止或减少土的侧向拥挤,提高加固效果,施工采用先外后内的帷幕顺序法,即在外圈沿罐周环向施工,逐步推向中心。


实际施工历时一个月,在外圈施工时,蝶中心有水排出,并伴有一定量的地面沉降。


(四)加固效果

由于工期较紧,加固后第8天,在土体强度还未完全恢复的情况下,对土体进行了检测,图 7-66所示为油罐加固前后桩间土的标贯击数。 由标贯试验可见,由于旧罐十余年对地层的预压作用,使土体的物理力学性质均有了很大的改善,尽管该处碎石桩的置换率已减小,但土体的标贯值仍较高,尤其在粉质粘土中,其值明显高于其他部分的标贯值。此外,由于打人了密布碎石桩,缩短了土体排水固结的路径,加速了软土的固结速度、由图可见,七体的强度已明显得到了提高,随着时间的增长和油篮的贮油加载, 土体强度仍会有明显的提高。


根据室内土工试验,加固后土体孔隙比由0.937~1.191 降至 0.62~0.78,部分淤泥质土为0.90,表明经碎石桩加固,土体密实度有了很大的提高,但随着粘粒含量的增大,渗透系数的减小,土体的密实状况就越差,加固效果相对较差。


(五)沉降观测

在油罐地基处理完毕,至油罐建成后六个月,对罐体进行了连续的沉降观测,图 7-67 为油罐各测点测得的最大沉降展开图。由图 7-67 可知,油罐沉降量最大值 40.5cm,最小值34.0cm,整体沉降差6.5cm,仅占允许值19.65cm 的1/3,计算值与实测值最大、最小值差分别为1.43cm 和 5.07cm。说明沉降很均匀,设计与观测值很接近。加固后罐中心与边点的沉降差减少11.72cm,仅为允许值的73%,最大沉降值比允许沉降值小79.5cm,仅为允许值的33.8%。


本工程采用调整桩长和桩距来控制油罐差异沉降的加固方法是可行的,取得了较好的经济效益和加固效果。


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