长庆油田地而建设中地基处理技术

2011-01-04唐琼刘小平任兴文杨秀强夏琰郭亮

油气与新能源 2011年3期

关键词：长庆油田陷性砂土

唐琼* 刘小平任兴文杨秀强夏琰郭亮

（西安长庆科技工程有限责任公司）

长庆油田地而建设中地基处理技术

唐琼* 刘小平任兴文杨秀强夏琰郭亮

（西安长庆科技工程有限责任公司）

根据长庆油田的地域特征，结合长庆油田多年地基处理技术的发展历程，综合分析了湿陷性黄土、液化砂土、杂填土等油田建设工程地基处理实例，论述了长庆油田从强夯法、垫层法、灰土挤密桩、DDC法（孔内深层夯扩挤密桩法）到CFG桩（中心压灌混凝土桩）、钢筋混凝土桩等一系列地基处理技术。针对长庆油田地基处理技术方面目前存在的规范如何合理运用、砂土地区水撼法和场地加湿技术亟待研究等问题，指出了长庆油田地基处理技术应解决的问题。

长庆油田；地基处理；发展；湿陷性黄土；液化砂土

1 长庆油气田地域特点

长庆油田主力油区位于陕、甘、宁3省境内，是典型的黄土高原地带，土层主要是新黄土，总厚度可达约150m，地下水埋藏较深，黏粒含量少，一般都具压缩性，湿陷性强烈，且多属自重湿陷性黄土。这种湿陷性黄土被水浸湿后在覆盖土层的自重压力作用下或自重压力和建筑物附加力的共同作用下，土体结构被迅速破坏，强度迅速降低，进而发生显著的附加下沉。膨胀土、盐渍土、淤泥土等只在长庆油田内零星分布。

长庆气田大部分分布在内蒙古地区及陕西榆林地区，属于毛乌素沙漠，地貌单元属风成沙丘，地形起伏较大，地层分布主要是细砂，厚度较大，一般超过10m，承载力较低，仅有90～130kPa。

2 地基处理技术的发展

随着科学技术的发展，地基处理技术水平也在不断提高。40多年来，面对复杂的地理环境和多变的地质条件，长庆油田在处理各种场地地基问题上，由被动、机械地采用一些较原始的地基处理方式发展到主动、灵活、有针对性地应用各种先进的地基处理技术。表1是长庆油田2000年后部分地基处理工程实例。

从表1可以看出，在地基处理技术发展过程中，随着油田基本建设、社会经济的不断发展，建构筑物的规模日益增大，新兴的地基处理技术在工程实践中不断得到尝试。地基处理从灰土垫层、撼砂垫层法等传统地基处理方法扩展到各种复合地基及桩基的应用，体现了长庆油田地域的地质复杂多样性和地基处理技术的不断进步。

3 典型工程实例

3.1 建筑垃圾场地

2000年，某输油末站拟建场地为建筑垃圾场地，含大量砖屑、碎块、水泥块渣、混凝土、砂砾石等建筑垃圾，土质松软，均匀性很差，堆积厚度为2.3～6.7m（基础持力层在此范围内），承载力特征值仅为50kPa，而工程对地基承载力特征值要求必须达到200kPa以上。因此，这种场地不能直接作为建构筑物的地基使用。

表1 2000年至2009年长庆油田部分地基处理实例

3.1.1 地基处理方案及技术措施

为避免换填法带来的诸多不利因素，采用适合砂土的桩复合地基，将桩伸入细砂层或粗砂层持力层较高的土层内，可得到对其进行加固并形成承载力较高的复合地基。但是，桩体通过建筑垃圾层时将得不到任何有利于提高承载力的帮助，而且桩体在此范围内也无法成桩。因此，地基处理方案的关键是如何改善上部建筑垃圾土层的物理性能。通过综合对比，采用了DDC法（孔内深层夯扩挤密桩法）与强夯法相结合的处理技术。

对处理区域先用1 500kN·m的夯击能量点夯，增加强夯的影响深度，再对场地满夯（夯击能量1 000kN·m），满足场地均匀性要求。采用DDC法对深层地基土层进行处理，按等边三角形布桩，理论桩距为1.1m，实际桩距根据现场试验最后确定，桩长为6～7m，采用沉管成孔，成孔直径均为400mm，桩体分层回填砂砾石，用尖底重锤夯实挤密，深层横向挤密建筑垃圾土，成桩后桩端直径不小于550mm，场地经过两次挤密后达到要求。在成桩后挖去上部预留的500mm厚的虚桩层，再做500mm厚的整片3∶7灰土垫层，达到地基整体均匀的要求。

3.1.2 地基处理后的效果

处理后的复合地基，经有关部门的实际检测，大罐复合地基承载力特征值不小于200kPa，充水后的罐基沉降量最大为7mm，场地整体均匀密实，满足了工程对地基的要求。工程概算238.4万元，与换填法560万元相比，节约57%。该工程项目于2001年10月投产，至今运行正常。说明DDC法与强夯法结合加固地基的处理技术，对于建筑垃圾场地是实用、有效的。

3.2 液化砂土场地

2005年，在液化砂土场地上拟建2具10×104m3储罐，场地特点：一是储罐场地由厚层中粗砂（低压缩性）和薄层粉质黏土（中压缩性）组成，交替分布，土质不均；二是根据土层分布，储罐地基可能产生的沉降变形主要来自中粗砂层、细砂层和粉质黏土层，均属于中压缩土层，叠加厚度约为1～19.6m；三是场地部分土层薄厚相差较大，分布不连续，如1＃罐南侧部分位置第3层密实的中粗砂层较薄、局部缺失，而第4层粉质黏土层分布较厚，导致持力层较深；四是场地上部中粗砂层土质松散、承载力较低，当地下水位较高时，有可能出现地震液化。

3.2.1 地基处理方案分析

本工程要求地基具有较高承载力和较小的沉降变形，采用静压桩基础可以解决，但1 608万元/座，投资较高。根据场地特点，充分利用场地土的承载力作用，采用刚性复合地基比较符合要求，但首先要解决的是场地上部的砂土液化问题。其具体方案：一是利用水撼法、振密法处理上部液化砂土，目的是消除液化，提高土体侧摩阻；二是实施CFG桩（中心压灌混凝土桩），目的是穿过浅层的不均匀软弱夹层，解决地基承载力问题；三是采用灰土石垫层，解决地基均匀性及防水问题。

3.2.2 地基处理技术的改进及创新

综合考虑场地土的砂土特性以及场地的面积、处理厚度等因素，对常用的振动法和水撼法进行了对比分析。根据理论计算，确定了振动压路机的影响范围，减小场地开挖深度，现场试验确定了水撼法分层回填砂土并振动碾压的方法及遍数，制定了一套包括场地浸水高度、压路机吨位、碾压方式及遍数、砂土密实度控制值（标准捶击数）在内的技术参数及施工方法、顺序、要求等详细的处理措施。应用于本工程后，经检测，完全达到了工程要求。

中心压灌混凝土桩采用螺旋钻成孔、管内泵压混凝土灌注成桩工艺，桩径为400mm，桩距为1.4m，按等边三角形布置，自褥垫层下桩长15.5m（局部11m），进入持力层不小于1.5 D（D为桩直径），桩体为C20混凝土。

为提高场地的均匀性，同时考虑场地地下水位上升变化的影响，在环墙基础素混凝土垫层下做刚性垫层，而规范中常用的灰土垫层（承载力较低、防水性好）和砂石垫层（承载力较高、透水性好）的特性相反，无法满足工程需要。在此情况下，长庆油田创出了灰土石垫层，这种垫层具有承载力较高、防水性好的特点。利用灰土石刚性垫层的均匀性及密实性传递罐底应力，减小地基的不均匀沉降量，满足工程要求。

3.2.3 地基处理后效果

场地上部砂层：压实系数为0.97～1.29，均大于0.97的设计要求；完全达到实施中心压灌混凝土桩的要求：单桩承载力极限值＞800kN，复合地基承载力特征值＞350kPa；1＃罐地基沉降观测，观测点的沉降量为6～16mm；2＃罐地基沉降观测，观测点的沉降量为20～34mm，从充水速度及沉降观测结果分析，地基沉降量满足设计要求。投资为912.75万元/座，较静压桩方案节约投资76%。该工程投产以来，一直平稳运行。

3.3 湿陷性黄土场地

2007年，在延安某山坡上建造6具5×104m3储罐，山坡地形起伏变化大，最大高差达35m，场地为湿陷性黄土，湿陷等级为Ⅳ级，地层起伏变化较大，平整后湿陷性土层厚度为11～25m，场地下卧土层倾斜，一般约为10%，局部严重的可达到59%，如果处理不好，储罐加载后有可能产生局部滑移和倾斜，将对工程造成严重危害。

对几种处理湿陷性黄土的常用方法进行分析，单独一种方法均很难满足本工程的各种要求。根据场地实际情况，地基设计时采用了综合处理法：

第一步采用DDC法。沉管成孔直径为400mm；柱锤成桩直径≥550mm；桩距为1.1m，按等边三角形布置，宽出环梁外7.5m；桩深自垫层下算起（不含虚桩层）：分别为18m、13m、9m，填料为2∶8灰土；施工时桩顶部应预留约1m厚的虚桩层，待打桩完成后清除。

第二步是钻孔扩底灌注桩。DDC桩完成后，进行钻孔扩底灌注桩施工，桩长以穿透湿陷土层为准，桩端进入持力层离石黄土层。因地层厚薄不均，桩深分别为27.5m和20m，处理范围同DDC桩。桩径为600mm，桩距为2 200mm，桩位在每3个DDC桩中间布一个，按照等边三角形布桩，桩长分别为27.5m、20m，扩大头直径为900mm，高度为1 200mm，桩体混凝土型号为C25。进行钻孔扩底灌注桩施工时，上部需留有0.5m厚的虚桩层，施工完成后再截桩。

第三步是刚性垫层。第一步和第二步的桩完成后，做0.3m厚的级配砾石褥垫层及2m厚的整片灰土石垫层，压实系数不小于0.97。经检测，处理后的地基各项指标均满足要求。

4 今后应解决的问题

4.1 规范的合理运用

长庆油田大多数站场都建在湿陷性黄土场地上，地基设计时，需要遵守的规范之一是《湿陷性黄土地区规范》（随版次变化）。当场地湿陷等级为Ⅲ、Ⅳ级时，按照该规范第6.1.5条的规定，要求“下部未处理湿陷性黄土层的剩余湿陷量，单层和多层建筑均不应大于200mm”。如果要满足这条规定，地基处理深度有时大于3m，对于单层建筑而言，此项投资相对于整体投资较高，但又不能不遵守规范。因此，对这类建筑物，规范没有特别说明，其成为设计难以抉择的问题之一。