地基处理方法在某天然气场站工程建设中的应用

地基处理方法在某天然气场站工程建设中的应用
左圣云
摘要：本文根据某滨海城市天然气场站的地质条件，提出了相适应的有效的地基基础处理方法。　
关键词：天然气场站；地基处理；堆载—真空联合预压法　；复合地基
一. 工程地质概况　
某燃气管道场站工程用地面积13000㎡，调压站占地面积2300㎡，场区地形平坦，鱼塘占了整个场地面积的大部分，现已填土整平。场地区域归属于滨海平原地貌类型，地形起伏不大，地层中分布有厚层的淤泥、淤泥质土层及可液化的粉砂层，压缩性高，承载力低，工程性质很差，淤泥质土层最大厚度为 12m。临港分输站场区地形平坦，整个场地大部分面积为鱼塘。土层分布情况：表层有一层填土，夹填石，层厚为 3.4～4.7m；第二层为淤泥、夹淤泥质土、，呈流塑/软塑状态，属高压缩性土，层厚为 9～12m，承载力低，含水量高。底部为粉砂层，饱和，松散，层厚4.5～5.8m。以下为花岗岩残积土（粉质粘土，可～硬塑）。依据场地土层的工程力学性能指标，并结合经济、技术及工程等各方面综合考虑，站场地基处理方法采用了堆载—真空联合预压法加固地基。　
二．.堆载和真空预压的加固原理　
对于压缩性大的饱和软土地基，建筑施工前在地基上堆积与建筑物重量相近的荷载，使地基土得到压密固结，在荷载移去代之以建筑物后，建筑物就不会沉降或产生很小的沉降。　
预压法分为堆载预压和真空预压两类，堆载预压就是用砂石土料、水等作为荷载进行预压；真空预压是在需要加固的软基中插入竖向排水通道（如砂井、袋装砂井、塑料排水板等），然后在地面铺设一层透水的砂或砾石，再在其上覆盖一层不透气的薄膜，借助真空泵和埋设在垫层中的管道，将膜下土体间的空气抽出，由此在透水材料中产生较高的真空度，土中孔隙水产生负的孔隙水压力和孔压差，使孔隙水逐渐渗流到井中而达到土体排水压密的效果。加固后的复合地基强度可以满足建筑物及室外道路、室内地面对沉降的要求。　
三.预压法处理地基的设计　
3．1处理方案的选择　
对于淤泥、淤泥质土、冲填土等饱和黏性土及杂填土地基的处理，通常可采用加载预压法、超载预压法、真空预压法、深层搅拌法、高压喷射注浆法、树根桩法、水泥粉煤灰碎石桩法（CFG 桩）、强夯置换法、换土置换法、振冲置换碎石桩法、抛石挤淤法等。用加载预压法、超载预压法等处理淤泥、淤泥质土软弱地基通常是比较经济可行的，施工现场干净，缺点是加固时间长；强夯置换法、换土置换法、抛石挤淤法等处理方法适用于处理深度较浅的地基；水泥粉煤灰碎石桩法（CFG 桩）、高压喷射注浆法施工质量无法控制，容易出现断桩、缩径等质量事故。鉴于本工程的特点，场地地基具有较深厚的淤泥层，结合以往地基处理经验和建设主管部门的要求，在原自然地坪标高上需回填土，即设计标高较原自然标高高，且设计荷载不是很大。利用这一特点，设计选用了堆载—真空联合预压法加固地基，克服单用预压法处理地基固结期较长的不足之处，与深层搅拌法、振冲置换碎石桩等其他方法相比，具有施工中无噪音、无污染、施工现场整洁及安全可靠等优点。　
3．2设计内容　
（1）真空—堆载预压加固区域面积的确定　堆载范围一般大于基础外缘所包含的面积。对于真空预压，加固效果取决于在密封膜下形成较高的真空度，一般覆盖面积越大，密封沟的气密性愈强，愈易形成较高的真空度。一般情况下，覆盖面积应大于建筑物基础轮廓边不小于 3m，面积太大时可分区，每区面积尽可能大且成方形，一般约为2×104 m2。对于具体工程还应考虑建筑周边的影响和制约，如征地边界线是否允许，真空预压对临近建筑是否会产生不利影响等。　
（2）竖向排水体的选择　
选择塑料排水带，确定其断面尺寸、间距、排列方式和深度。塑料排水带的平面布置可采用等边三角形或正方形排列，竖井的有效排水直径与间距的关系为：　
等边三角形排列： de =1.05l　
正方形排列： de =1.13l　
其中：de——有效排水直径（mm）
排水竖井的间距可根据地基土的固结特点和预定时间内所要求达到的固结度确定。竖井的间距可按井径比选用：　
n = de/dw　　　　　　　　　　　　　　　　（1）　
对塑料排水带可取 n =15～22　
式中：dw——竖井直径，m m；（对塑料排水带可取dw = dp）　
n——井径比。
dp = 2( b+δ)/p　　　　　　　　　　　　　　（2）　
式中：dp ——塑料排水板的当量换算直径，m m；　
　　　　　　b ——排水板的宽度，m m；　
　　　　　　δ ——排水板的厚度，m m。　
该燃气管道场站工程采用?76　PVC 塑料排水板，平面布置按正方形布置，间距为 1.0　m。　
（3）竖向排水体的打设　
按照设计要求打设塑料排水板，塑料排水板性能指标见表 1。塑料排水板的打设深度应根据场地淤泥层的厚度确定。打设塑料排水板前后均应测量砂垫层表面标高，以便推算打板期间沉降量。　
表 1　　塑料排水板性能指标　
项　　目　性能指标　备　　注　
材料　塑料带芯包无纺布滤膜　　
断面尺寸（mm）宽度 100±2　
厚度　 ≥4.0　
纵向通水量（m3/s）　 ≥25×10-6 侧压 350kN/m 2
滤膜渗透系数（cm/s）　 ≥5×10-4 水中浸泡 24h　
滤膜等效孔径（mm）　 <0.075　以 O98计　
复合体抗拉强度（kN/10cm）　 ≥1.3　延伸率 10%　
干态　 ≥25　延伸率 10%　
滤膜抗拉强度（N/cm）
湿态 ≥20　延伸率 15%浸泡 24h

（4）水平排水体的设置　
为防止出现橡皮土，首先应回填一层素土，或吹填一层中粗砂，吹填应分层进行。采用回填素土的步骤：　
①回填素土。在加固区域内先回填厚约 1.0m的素土，回填范围要超出加固区边界 3.0m。回填的素土应达到有机质含量不大于 5％，不得使用耕植土、冻土或膨胀土，含水率不大于 35％，采用粉质黏土或粉土，土中含碎石时，其粒径不大于 50mm的技术要求。　
②铺设 500mm 的砂垫层，在砂垫层中埋滤水管，可按条状、梳状、目字状及羽毛状等形式平面分布，管材用钢管、塑料管外包尼龙纱、土工织物等滤水材料，在加固区周边挖沟以埋封膜的边缘。砂垫层厚度允许偏差为±4cm，应用黏粒含量不大于 3%的中粗砂，砂砾中可混有少量粒径小于 50mm的砾石，砂垫层的干密度应大于 1.5g/cm3，其渗透系数宜大于 1×10-2cm/s。在 3 层密封膜下面即砂垫层上面宜设置一层编织布。　
③一般铺 3 层膜，膜周边可采用挖沟埋膜；平铺并用黏土覆盖压边；围埝沟内及膜上覆水等方法进行密封，就密封效果来说，以膜上全面覆水效果最好。某燃气管道工程密封膜采用 3 层聚乙烯或聚氯乙烯薄膜，密封膜的技术要求见表 2。密封膜要求在工厂热合一次成型，若现场粘接，搭接宽度不得小于 2m。铺密封膜后回填密封沟，填筑覆水围埝，覆水围埝用素黏土并分层压密。然后再在膜上加铺一层土工织物，以保护密封膜不受损坏。　
表 2　　　密封膜的技术要求　
抗拉强度
（MPa）伸长率（%）直角断裂强度（MPa）　厚度（mm）
纵向横向断裂低温 ≥4.0 0.12～0.14
≥18.5 ≥16.5 >220 20～45
④安装接连抽气管道与射流泵。真空预压所需抽真空设备的数量，可按加固面积的大小和形状及土层结构特点，按每台设备可抽真空 1000～1500m2计，每区至少应配两台设备。　
⑤检验密封情况并抽气，可一次抽至最大真空。真空预压的膜下真空度应稳定地保持在87kPa 以上，且应均匀分布，竖井深度范围内土层的平均固结度应大于90%。　
（5）堆载预压　
根据场地设计标高
比原场区自然地面平均标高高的实际情况，利用回填土作为预压荷载，具体堆载量及堆载速率的控制应通过观测地基的沉降大小、稳定性以及设计标高等要求决定。　
质量监测及效果分析　
四.施工质量监测　
为了检验加固区真空预压后的加固效果，掌握地基加固过程中各土层固结、沉降及侧向变形等变化情况，确保加固质量，除了在加固期间需连续观测地表沉降量及加固区膜下真空度以外，尚需在加固区内埋设一定数量的孔隙水压力仪、磁性分层沉降仪、测斜仪及地下水位仪。按要求观测地基在加固期间的孔隙水压力、侧向位移、地下水位及分层沉降随时间的变化，并根据实测地点沉降、分层沉降及孔隙水压力的消散情况，进一步确认地基的各项参数，推算地基固结度，为终止预压提供依据。　
五.加固效果分析　
从获取的地基处理后地基检测报告表明，经地基加固处理后淤泥层性质得以明显改善，岩性由淤泥改变为淤泥质黏土（淤泥质土），含水量降低，孔隙比减小，抗剪强度提高，压缩性降低，物理力学指标明显改善（见表 3）。两者差别也可从原位测试结果体现出来（见表 4）。　由表 3 可以看出，地基承载力特征值提高了88.89%，含水率降低了 25.5%，粘聚力和内摩擦角分别提高了 187%和 165%。
表 3　　土（岩）层的岩土参数
岩　性土的
状态承载力特征值（kPa）重度（kg/m3）含水率（%）直剪快剪法
粘聚力（kPa）内摩擦角（°）
处理前土层淤泥② 淤泥流塑 45 1690 53.4 3.10 2.60
处理后土层淤泥质黏土②2 淤泥质黏土软塑 85 1740 42.6 8.90 6.90
表 4　　淤泥层原位测试成果统计　
岩　性统计值十字板抗剪强度（kPa）灵敏度静力触探　
原状土重塑土锥头阻力侧壁摩擦力
（MPa）（kPa）
处理前
土层淤泥② 样品数 13 13 13 151　　151
范围值 13.4～22.4 0.9～3.7 3.0～34.3 0.27～1.04 3.4～53.8
平均值 16.2 1.4 13.3 0.44 8.28
处理后
土层淤泥质黏土② 样品数 88 88 88 512 512
范围值 8.4～97.5 0.6～10.0 4.8～40.3 0.02～47.1 0.7～77.7　
平均值 41.9　 3.1 15.1　 0.96 15.31

由表 4 可以看出，十字板抗剪强度提高了 159％，静力触探锥头阻力和侧壁摩擦力分别提高了 118％和 85％，工程性质得到改善，有利于后期工程建设。　
用真空—堆载联合预压法加固地基，解决本场地三个问题：一是地基沉降在加载预压期间大部分或基本完成，在建筑物使用期间不致产生有害的沉降；二是地基土的抗剪强度在预压期间逐渐增长，提高了土的承载力与稳定性；三是解决了场区道路和室内地面后期投入使用时的沉降不均问题，与采用桩基础相比，真空—堆载预压加固后的场地整体大面积地基强度得以加强。通过实践证明，真空—堆载联合预压方法用于处理软弱土地基经济合理效果显著。　