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[摘要] 在占地面积较大,地质情况复杂的项目中,应根据各结构单体的实际情况采用不同的地基处理方案,以达到既满足结构需要,有取得较好的经济效益。
[关键词] 多种地基 预应力高强混凝土管桩 水泥土搅拌桩复合地基
我国土地辽阔,幅员广大,自然地理环境不同,土质各异。有些土质可直接作为工程用地基,而对于由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土层构成的地基,及有膨胀性、收缩性土层组成的地基则不能直接作为工程用地基,需采用一定措施,改善这些土层的物理性质,使其符合工程用地基的要求。我设计院所从事的炼油化工装置,具有占地面积大、高耸结构多、不同设备重量差异大的特点。在一套装置中对于不同的结构单体及设备需采取不同的基础形式,根据其下土层的性质采取不同的地基处理方法,以满足装置生产需要。
在结构基础设计中主要采用三种地基:天然地基;通过置换、夯实、挤密、排水、胶结、加筋等方法处理过地基;桩基。地基及地基处理方法的选择首先是地基土的性质,其次是上部结构的特点,再次是地基处理费用比较决定的。
在我院设计的山东滨化滨阳燃化有限公司渣油综合利用项目 100万吨/年延迟焦化装置结构设计中,根据各单体结构特点采取预应力管桩,水泥土搅拌桩复合地基,天然地基三种方法进行基础设计。现我将地基选择原则及管桩、复合地基的计算总述如下。
一.工程地质概述
该工程为山东滨化滨阳燃化有限公司渣油综合利用项目 100万吨/年延迟焦化装置,占地面积24600M2,工程场区位于滨州市西北部、黄河三角洲腹地、渤海湾西南岸。场地地形较平坦,地势微向东北方向倾斜,地形坡度比降为1/7000。场地属黄河冲积地貌单元,场区地貌单一,地层结构简单。主要持力层分布连续,局部夹透镜体,不存在淤泥及淤泥质土及其它不良特殊岩土层,场区无不良地质作用和地质灾害,场地稳定。该场地属Ⅲ类场地土,抗震设防烈度为6度,场地最大冻土深度0.64m,地下水位平均深度2.01m,整个场地回填土层厚度0.5m。
根据场区岩土工程勘察报告,该场地地层主要由粘性土、粉土组成,根据土的结构及物理力学性质共分为14层,具体层位及工程特性分述如下:
1)素填土:以粘性土和粉土为主,伴有大量植物根系,局部含少量建筑垃圾,欠固结,场区普遍分布,厚度为0.4～2.3m。
2)粉质粘土夹粉土:上部为棕褐色,褐色,下部为灰褐色,灰色,含大量铁制氧化物,局部区域变相为粘土,可塑~软塑,光滑~稍有光滑,干强度及韧性中等~高;粉土,黄褐色,褐黄色,含铁质氧化物及云母片,湿,无光泽反应,干强度及韧性低,场区普遍分布,厚度为1.40~3.80m。
3)粉土:黄褐色,褐黄色,灰黄色,含铁质氧化物及云母片,局部颗粒较粗变相为粉细砂,稍湿~湿,中密~密实,无光泽反应,干强度及韧性低,场区普遍分布,厚度0.80~2.50m。
4)粘土:褐灰色,灰色,黑灰色,含铁质氧化物及少量有机质,可塑~软塑,光滑~稍有光滑,局部层位变相为粉质粘土,干强度及韧性中等~高,场区普遍分布,厚度1.30~4.00m。
5 )粉土:黄灰色,褐灰色,含铁质氧化物及少量云母片,局部区域粘粒含量较高,稍湿~湿,稍密~中密,无光泽反应,干强度及韧性低,场区局部缺失,厚度0.60~4.00m。
6)粉质粘土:灰色,褐灰色,黄灰色,含铁质氧化物,局部区域粘粒含量较低夹粘土层,可塑~软塑,光滑~稍有光滑,干强度及韧性高~中等偏低,场区普遍分布,厚度0.90~5.00m。
7)粉土:黄灰色,灰黄色,含少量铁质氧化物及云母片,湿,中密~密实,无光泽反应,强度及韧性低,场区普遍分布,厚度1.40~5.10m。
8)粉质粘土:灰褐色,棕褐色,褐色,含铁质氧化物,姜石及钙质结核,可塑~硬塑,光滑~稍有光滑,局部层位变相为粘土,干强度及韧性中等~高,场区普遍分布,厚度1.40~8.00m。
8-1)粉土:黄褐色,褐黄色,含铁质氧化物及云母片,局部区域颗粒较粗变相为粉砂,稍湿~湿,中密~密实,无光泽反应,干强度及韧性低,场区局部缺失,厚度0.50~5.80m。
9)粉土:黄褐色,褐黄色,含铁质氧化物,云母片及少量钙质结核,密实,稍湿~湿,无光泽反应,干强度及韧性低,场区普遍分布,厚度0.70~4.60m。
10)粉质粘土:棕褐色,褐色,含铁质氧化物及钙质结核,夹粘土层,可塑~软塑,光滑~稍有光滑,干强度及韧性中等~高,场区普遍分布,厚度1.10~3.90m。
11)粉土:灰色,黄灰色,含铁质氧化物,云母片及贝壳碎片,夹薄层粉质粘土层,稍湿~湿,中密~密实,无光泽反应,干强度及韧性低,场区普遍分布,厚度1.50~3.20m。
12)粉质粘土:黑灰色,灰色,含铁质氧化物及少量有机质,可塑~硬塑,光滑~稍有光滑,干强度及韧性中等~高,场区普遍分布,厚度2.20~3.50m。
13)粉土:灰黄色,褐黄色,含铁质氧化物及云母片,夹薄层粉质粘土层,密实,稍湿~湿,无光泽反应,干强度及韧性低,场区普遍分布,厚度2.50~4.10m。
14)粉质粘土:灰色,黑灰色,黄灰色,灰褐色,含铁质氧化物,姜石及钙质结核,可塑,光滑~稍有光滑,干强度及韧性中等~高,最大揭露厚度5.10m。
各层土地基承载力特征值:
二.天然地基
根据地质报告提供的数据,对于装置内小型设备基础、小型立、卧式容器基础、双脱区管桥、双脱区冷换框架(仅两层)采用天然地基。以第2层土(粉质粘土夹粉土)为天然地基持力层,地基承载力特征置为90kPa。
三.桩基
对焦化装置中较重要的结构单体采用预应力管桩方法。如焦炭塔塔架、楼电梯间、分馏塔区联合基础、吸收稳定塔区联合基础、加热炉基础、两个3000m3水罐基础、装置主管桥基础。采用预应力高强混凝土管桩的原因有:
1.场地内无较厚的砂土层,预应力高强混凝土管桩可较容易穿透各土层至主持力层,无施工难度,当地有成功的工程实例。
2.预应力高强混凝土管桩有施工进度快、成桩质量高、施工造价低的特点。
根据单体荷载情况焦炭塔框架,楼电梯间采用桩径400mm,预应力高强混凝土管桩,以第9层土为桩端持力层,有效桩长20m,单桩承载力特征值为880KN,桩选用03SG409《预应力混凝土管桩》中PHC-AB400(95)-20b 。
塔、炉基础,大型设备基础,框架、管桥柱基础采用桩径500mm,预应力高强混凝土管桩,桩以第7层土为桩端持力层,有效桩长14m,单桩承载力特征值为600kN,桩选用03SG409《预应力混凝土管桩》中PHC-AB500(100)-14b 。
管桩详细计算见附表
预应力管桩承载力计算公式:Ra=qpa*Ap+up*∑qsia*li
Ra:单桩竖向承载力特征值;
qpa ,qsia:桩端端阻力特征值,桩侧阻力特征值;
Ap:桩底端横截面面积;
up:桩身周边长度;
li:桩底端横截面面积;
四.水泥土搅拌桩复合地基
5个容积小于2000m3罐基础采用水泥土搅拌桩复合地基,桩径500mm,有效桩长6.5m,桩土面积置换率为0.2,计算得复合地基承载力特征值为240kPa,考虑到施工质量、施工队伍素质及其它一些未知因素影响,设计时复合地基承载力特征值取160kPa。复合地基计算见附表
单桩承载力计算公式:Ra= up*∑qsi*li+α*qp*Ap
Ra:单桩竖向承载力特征值;
up:桩身周边长度;
qsi:桩侧阻力特征值;
li:桩长范围内土层厚度;
qp:桩端地基土未经修正的承载力特征值;
Ap:桩底端横截面面积;
复合地基承载力计算公式:fspk=m*Ra/Ap+β*(1-m)*fsk
fspk:复合地基承载力特征值;
m:面积置换率,取0.2;
β:桩间土承载力折减系数,取0.4;
fsk:处理后桩间土承载力特征值;
五.小结
项目设计结束后,经统计装置共使用400直径预应力高强混凝土管桩174根,共3480 米;使用500直径预应力高强混凝土管桩685根,共10275米;水泥土搅拌桩525根,共3937米。成桩后经检测部门检验,无断桩、偏桩现象,成桩合格率100%。这证明设计过程中地基处理方法是正确的,即满足了装置各单体对地基的要求,又保证了施工周期和施工质量,节省了工程投资。
参考文献:
[1] 《建筑地基基础设计规范》 GB 5007-2002北京 中国建筑工业出版社 2002
[2] 《建筑地基处理技术规范》 JGJ 79-2002北京 中国建筑工业出版社 2002
[3] 《地基处理工程实例应用手册》 叶书麟 北京 中国建筑工业出版社 1998
[关键词] 多种地基 预应力高强混凝土管桩 水泥土搅拌桩复合地基
我国土地辽阔,幅员广大,自然地理环境不同,土质各异。有些土质可直接作为工程用地基,而对于由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土层构成的地基,及有膨胀性、收缩性土层组成的地基则不能直接作为工程用地基,需采用一定措施,改善这些土层的物理性质,使其符合工程用地基的要求。我设计院所从事的炼油化工装置,具有占地面积大、高耸结构多、不同设备重量差异大的特点。在一套装置中对于不同的结构单体及设备需采取不同的基础形式,根据其下土层的性质采取不同的地基处理方法,以满足装置生产需要。
在结构基础设计中主要采用三种地基:天然地基;通过置换、夯实、挤密、排水、胶结、加筋等方法处理过地基;桩基。地基及地基处理方法的选择首先是地基土的性质,其次是上部结构的特点,再次是地基处理费用比较决定的。
在我院设计的山东滨化滨阳燃化有限公司渣油综合利用项目 100万吨/年延迟焦化装置结构设计中,根据各单体结构特点采取预应力管桩,水泥土搅拌桩复合地基,天然地基三种方法进行基础设计。现我将地基选择原则及管桩、复合地基的计算总述如下。
一.工程地质概述
该工程为山东滨化滨阳燃化有限公司渣油综合利用项目 100万吨/年延迟焦化装置,占地面积24600M2,工程场区位于滨州市西北部、黄河三角洲腹地、渤海湾西南岸。场地地形较平坦,地势微向东北方向倾斜,地形坡度比降为1/7000。场地属黄河冲积地貌单元,场区地貌单一,地层结构简单。主要持力层分布连续,局部夹透镜体,不存在淤泥及淤泥质土及其它不良特殊岩土层,场区无不良地质作用和地质灾害,场地稳定。该场地属Ⅲ类场地土,抗震设防烈度为6度,场地最大冻土深度0.64m,地下水位平均深度2.01m,整个场地回填土层厚度0.5m。
根据场区岩土工程勘察报告,该场地地层主要由粘性土、粉土组成,根据土的结构及物理力学性质共分为14层,具体层位及工程特性分述如下:
1)素填土:以粘性土和粉土为主,伴有大量植物根系,局部含少量建筑垃圾,欠固结,场区普遍分布,厚度为0.4～2.3m。
2)粉质粘土夹粉土:上部为棕褐色,褐色,下部为灰褐色,灰色,含大量铁制氧化物,局部区域变相为粘土,可塑~软塑,光滑~稍有光滑,干强度及韧性中等~高;粉土,黄褐色,褐黄色,含铁质氧化物及云母片,湿,无光泽反应,干强度及韧性低,场区普遍分布,厚度为1.40~3.80m。
3)粉土:黄褐色,褐黄色,灰黄色,含铁质氧化物及云母片,局部颗粒较粗变相为粉细砂,稍湿~湿,中密~密实,无光泽反应,干强度及韧性低,场区普遍分布,厚度0.80~2.50m。
4)粘土:褐灰色,灰色,黑灰色,含铁质氧化物及少量有机质,可塑~软塑,光滑~稍有光滑,局部层位变相为粉质粘土,干强度及韧性中等~高,场区普遍分布,厚度1.30~4.00m。
5 )粉土:黄灰色,褐灰色,含铁质氧化物及少量云母片,局部区域粘粒含量较高,稍湿~湿,稍密~中密,无光泽反应,干强度及韧性低,场区局部缺失,厚度0.60~4.00m。
6)粉质粘土:灰色,褐灰色,黄灰色,含铁质氧化物,局部区域粘粒含量较低夹粘土层,可塑~软塑,光滑~稍有光滑,干强度及韧性高~中等偏低,场区普遍分布,厚度0.90~5.00m。
7)粉土:黄灰色,灰黄色,含少量铁质氧化物及云母片,湿,中密~密实,无光泽反应,强度及韧性低,场区普遍分布,厚度1.40~5.10m。
8)粉质粘土:灰褐色,棕褐色,褐色,含铁质氧化物,姜石及钙质结核,可塑~硬塑,光滑~稍有光滑,局部层位变相为粘土,干强度及韧性中等~高,场区普遍分布,厚度1.40~8.00m。
8-1)粉土:黄褐色,褐黄色,含铁质氧化物及云母片,局部区域颗粒较粗变相为粉砂,稍湿~湿,中密~密实,无光泽反应,干强度及韧性低,场区局部缺失,厚度0.50~5.80m。
9)粉土:黄褐色,褐黄色,含铁质氧化物,云母片及少量钙质结核,密实,稍湿~湿,无光泽反应,干强度及韧性低,场区普遍分布,厚度0.70~4.60m。
10)粉质粘土:棕褐色,褐色,含铁质氧化物及钙质结核,夹粘土层,可塑~软塑,光滑~稍有光滑,干强度及韧性中等~高,场区普遍分布,厚度1.10~3.90m。
11)粉土:灰色,黄灰色,含铁质氧化物,云母片及贝壳碎片,夹薄层粉质粘土层,稍湿~湿,中密~密实,无光泽反应,干强度及韧性低,场区普遍分布,厚度1.50~3.20m。
12)粉质粘土:黑灰色,灰色,含铁质氧化物及少量有机质,可塑~硬塑,光滑~稍有光滑,干强度及韧性中等~高,场区普遍分布,厚度2.20~3.50m。
13)粉土:灰黄色,褐黄色,含铁质氧化物及云母片,夹薄层粉质粘土层,密实,稍湿~湿,无光泽反应,干强度及韧性低,场区普遍分布,厚度2.50~4.10m。
14)粉质粘土:灰色,黑灰色,黄灰色,灰褐色,含铁质氧化物,姜石及钙质结核,可塑,光滑~稍有光滑,干强度及韧性中等~高,最大揭露厚度5.10m。
各层土地基承载力特征值:
二.天然地基
根据地质报告提供的数据,对于装置内小型设备基础、小型立、卧式容器基础、双脱区管桥、双脱区冷换框架(仅两层)采用天然地基。以第2层土(粉质粘土夹粉土)为天然地基持力层,地基承载力特征置为90kPa。
三.桩基
对焦化装置中较重要的结构单体采用预应力管桩方法。如焦炭塔塔架、楼电梯间、分馏塔区联合基础、吸收稳定塔区联合基础、加热炉基础、两个3000m3水罐基础、装置主管桥基础。采用预应力高强混凝土管桩的原因有:
1.场地内无较厚的砂土层,预应力高强混凝土管桩可较容易穿透各土层至主持力层,无施工难度,当地有成功的工程实例。
2.预应力高强混凝土管桩有施工进度快、成桩质量高、施工造价低的特点。
根据单体荷载情况焦炭塔框架,楼电梯间采用桩径400mm,预应力高强混凝土管桩,以第9层土为桩端持力层,有效桩长20m,单桩承载力特征值为880KN,桩选用03SG409《预应力混凝土管桩》中PHC-AB400(95)-20b 。
塔、炉基础,大型设备基础,框架、管桥柱基础采用桩径500mm,预应力高强混凝土管桩,桩以第7层土为桩端持力层,有效桩长14m,单桩承载力特征值为600kN,桩选用03SG409《预应力混凝土管桩》中PHC-AB500(100)-14b 。
管桩详细计算见附表
预应力管桩承载力计算公式:Ra=qpa*Ap+up*∑qsia*li
Ra:单桩竖向承载力特征值;
qpa ,qsia:桩端端阻力特征值,桩侧阻力特征值;
Ap:桩底端横截面面积;
up:桩身周边长度;
li:桩底端横截面面积;
四.水泥土搅拌桩复合地基
5个容积小于2000m3罐基础采用水泥土搅拌桩复合地基,桩径500mm,有效桩长6.5m,桩土面积置换率为0.2,计算得复合地基承载力特征值为240kPa,考虑到施工质量、施工队伍素质及其它一些未知因素影响,设计时复合地基承载力特征值取160kPa。复合地基计算见附表
单桩承载力计算公式:Ra= up*∑qsi*li+α*qp*Ap
Ra:单桩竖向承载力特征值;
up:桩身周边长度;
qsi:桩侧阻力特征值;
li:桩长范围内土层厚度;
qp:桩端地基土未经修正的承载力特征值;
Ap:桩底端横截面面积;
复合地基承载力计算公式:fspk=m*Ra/Ap+β*(1-m)*fsk
fspk:复合地基承载力特征值;
m:面积置换率,取0.2;
β:桩间土承载力折减系数,取0.4;
fsk:处理后桩间土承载力特征值;
五.小结
项目设计结束后,经统计装置共使用400直径预应力高强混凝土管桩174根,共3480 米;使用500直径预应力高强混凝土管桩685根,共10275米;水泥土搅拌桩525根,共3937米。成桩后经检测部门检验,无断桩、偏桩现象,成桩合格率100%。这证明设计过程中地基处理方法是正确的,即满足了装置各单体对地基的要求,又保证了施工周期和施工质量,节省了工程投资。
参考文献:
[1] 《建筑地基基础设计规范》 GB 5007-2002北京 中国建筑工业出版社 2002
[2] 《建筑地基处理技术规范》 JGJ 79-2002北京 中国建筑工业出版社 2002
[3] 《地基处理工程实例应用手册》 叶书麟 北京 中国建筑工业出版社 1998