介绍三种强膨胀性地基土深基础施工方法.pdf

石油工程建设!#年#月才算稳定，没有提出量的概念，也没有对基础的不均匀沉降作出限制，因此，本人结合其他有关规范提出如下建议：!充水法按$%&!(附录!的规定执行。在充水、观测过程中，应保证沿罐壁圆周任意)*周长内的不均匀沉降量不大于!+*，且支承罐壁的基础部分与内侧的基础之间不应发生沉降突变，超过此标准应采取纠偏措施。#每次充水后，都要静置一段时间，直至各观测点的!#,沉降量不超过)-*，才能继续充水。参考文献：)$%&)!(./，立式圆筒形钢制焊接油罐施工及验收规范012 3北京：中国建筑工业出版社，)/4!&51%(+-./(+，日本工业标准4钢制焊接油罐的结构012 4中国石油化工总公司抗震办公室编译，/(647石国彦4立式圆柱体钢罐盘梯侧板曲率半径的计算0&2 4油气储运，)/(!879 3作者简介：安金龙（)/67:），男，湖北省黄梅县人，)/(7年毕业于西南石油学院石油天然气储运专业，现为江汉石油管理局油田建设工程公司副经理，一直从事工程技术、质量管理工作，担任过!-余项油气管道和站场建设工程的技术总负责人或项目经理。收稿日期：!-7:)-:-;；修回日期：!-#:-):-;介绍三种强膨胀性地基土深基础施工方法!沈全锋!，张再良（)4中国石油工程建设（集团）公司，北京)-)；!4中国石油天然气第六建设公司，广西桂林+#)-#）摘要：在苏丹南部穆格莱德盆地油田设施场区岩土工程分析与评价的基础上，总结了在强膨胀性地基土上实施钢管桩、混凝土、钢管桩混凝土7种深基础方法的技术要求。当建筑（构）物的基础直接坐落在自然土层（强膨胀性地基土）上时，雨季基础易隆起，旱季则易下沉、开裂，从而造成上部结构倾斜或倒塌。因此需采取相应的措施来消除或减轻土的胀缩性，进而减轻对拟建建筑物的有害影响。推荐钢管桩作为重要或大型设备的深基础；对基础变形和承载力要求较高的发电机、烟囱等，采用钢管桩混凝土深基础方案。关键词：强膨胀性地基土；深基础；施工方法；比较中图分类号：?$5$中心站ABC 1A=站=D5E站B=D$C站?$5$中 心 站%CB%AA站G1!H泵站等油田设施以及其间输电线路的建设工作。这些油田场区地层上部为灰黑色的膨胀性粘土（俗称苏丹黑棉花土），下部地层为膨胀性粘土，均为碱性膨胀土。在项目建设工程中，我们针对油田各种设备、设施实施了不同的深基础施工方法，总结+年来的实际应用经验，将有助于熟悉在这种强膨胀性地基土上进行深基础设计计算，并提出技术、经济合理的处理方法。在项目的建设过程中，我们在各站之间的输电线路上共计打入+多根钢管桩。在我们承担泵站扩建项目时，按照业主要求，采用了混凝土深基础方法；另外，一家国际工程承包商在实施?$5$到苏丹港的6个泵站建设项目时，也大量采用混凝土深基础方法。我们在承担=D5E电站建设项目时，应监理公司和业主的要求，采用一种钢管桩混凝土深基础方法，=D5E电站已经于!年(月建成投产。上述7种深基础方法，在技术上都是行之有效的，但是在苏丹南部的实施费用却有很大的不同。#!#第!卷第#期!强膨胀性地基土的岩土工程分析和工程特征!该区底部为第三纪到第四纪末固结砂夹一些粘土砾石、页岩，上覆为厚度大于$%&的近代冲洪积阶地、沼泽沉积的粘性土和砂。()%*泵站上覆地层为第四纪残坡积土，下覆地层为粗粒花岗岩，埋深较小。各油田处理设施场区的地基土为强膨胀性粘土，地表土在雨季大量吸水后，粘土颗粒体积膨胀，地表裂缝闭合，地面隆起，地基土承载能力降低，其承载力损失约+&,；而在干旱季节，水分蒸发，地表土失水收缩，造成地面下降干裂。土体中含水量的变化是膨胀土产生胀缩变形的主要因素。上覆土压力和附加荷载是制约膨胀变形的另一个主要因素，当施加其上的外部荷载大于土体产生的膨胀力时，土体不产生膨胀变形。!#场区地基土具有以下几方面的工程特征：（$）强烈的胀缩性。在雨季直接坐落在自然土层上的建（构）筑物的基础易隆起；旱季则易下沉、基础开裂。从而引起上部结构倾斜或倒塌。（%）场区地基土为膨胀性粘土，下部夹砂透镜体或砂薄层，地表水与地下水无任何联系；由于地下水位在地表-&以下，可不考虑地基土在地震条件下的液化作用。（!）根据邻区的波速试验、地微动试验资料判断，场地土类型为中硬场地土，建筑场地类别为!类，在隔绝水分渗入的条件下，适用于各类动力设备基础。（.）对金属管材具有强腐蚀性，不利于钢结构、地下输油管道等设施的长期使用。（-）自然状态下的天然含水量接近击实试验的最佳含水量，地基承载力高，有利于大型建筑物的建筑。由于场区土是胀缩很强的膨胀土，当它吸入充足的水分达到饱和状态时，原始地面隆起平均为/0$&1。应避免混凝土块体结构和砖拱结构直接坐落于地表；建筑物的体型应力求简单且不应过长；对金属覆面、塑性板和弹性墙等对胀缩变形不敏感的材料是可行的。#钢管桩深基础根据当地建设经验，推荐钢管桩作为重要或大型设备的深基础，因为它具有提供原料方便、运输快捷、施工时间短等优点，可以充分利用天然状态下的地基承载力、侧摩阻力高的特性，克服地基土随气候失水、吸水剧烈胀缩的弊端。桩入土深度203。钢管桩体采用表面喷涂沥青或环氧粉末、高性能防腐漆处理。设计桩基础时，应高度重视膨胀土在吸水后，前期的上拔力（胀切力）、后期较前期土力学指标的降低以及上部荷重的性质、大小等参数。上拔力主要产生在大气急剧影响深度（45-）以上。所以，桩径尺寸的选择、入土深度的确定是关键。钢管桩顶部应采用横跨梁连接，上部为整体平台。梁与地面应留有至少.&1的间隙，用以预防其下膨胀土由于吸水膨胀引起地面隆起所产生的不利影响。#!647桩锚固在非膨胀土层或深入大气影响带以下的土层中，不但要克服大气急剧影响深度内膨胀土的上拔力，同时也受到上部荷载的大小、性质等因素的影响。因此桩的设计应按如下步骤进行。#!在8(8站区，大气急剧影响深度为45-。在此深度范围内，由于降水的影响，地基土吸水膨胀对桩体产生的上拔力!计算公式为：!9#4$:式中%桩直径;；&4上拔力作用的有效桩长（相当于大气急剧影响深度），取45-；$:土膨胀时对桩产生的上拔力;#%?=$AB C%D式中#%地区经验系数，可取45!；$A 土的剪切角，取值范围-E0$-E；%D试验室获得的膨胀压力值;(=。#!#大气急剧影响深度$5-以下为第&层微黄褐色含钙质结核肥粘土，推荐的该层侧摩阻力$D93-(=；则计算第&层土对桩的侧摩阻力D标准值FD9(G$D式中(第(层土桩侧摩阻力修正系数，粘性土的(9$&5&.!$DH5-。最短桩长的确定应克服桩周土对桩的上拔力I其计算公式：#9#4J#=沈全锋等：介绍三种强膨胀性地基土深基础施工方法#-石油工程建设!#年#月式中!$桩在大气急剧影响深度以下的桩长，也就是抵抗膨胀土浸水后产生上拔力的桩长%&，其计算公式为：!$!#()$*+,%-$.&*式中在大气急剧影响深度以内对桩的上拔力%/0，,(%-$.；(桩身周长%&，(,!)；)$*+大气急剧影响深度内的允许摩擦力%/1$，相当于&*。!#$对于一般粘性土可按下式计算：*/,-+2&3,(4(-.,-!$*./.#.5式中*/单桩的竖向承载力标准值%/0；+安全系数，一般为!；桩端阻力修正系数，对粘性土取!%6；&3推荐的桩尖土层的锥头阻力%/1$；,(桩身截面积%&!；$*.第.层土的侧摩阻力推荐值%/1$；/.第.层土的厚度%&；-土层数。!%!对受水平荷载较大的建筑物桩基，其单桩的水平承载力设计值，应通过单桩静力水平载荷试验，并模拟上部荷载确定。推荐钢管桩的水平承载力设计值按下列公式进 行 估 算（取 单 桩 在 地 面 处 允 许 水 平 位 移 值-&）：*7,08$961234:式中*7单桩水平承载力设计值%;0；4:桩顶水平位移系数，按单桩且桩顶铰接考虑，取!#-；08$桩顶允许水平位移%&，取5桩侧土水平抗力系数的比例系数%（;0%&#），取!;0%&#；6桩身计算宽度%&；1桩材料弹性模量%;1$；2桩截面惯性矩%&#。$混凝土深基础)!+混凝土深基础的施工方法比较简单，即在大于基础范围内，挖除大气影响深度内的膨胀土，用非膨胀土分层夯实回填约?&，然后浇注混凝土深基础直到设计标高，混凝土深基础周围要回填至少?&厚的非膨胀土。ABCDB中心站附近的1E-F泵站的混凝土深基础埋深超过?&，因此这种方法的代价是施工成本巨大。&钢管桩混凝土深基础)6=#+由于对G0DHI电站拟建区内的发电机、烟囱等设备基础的变形量要求严、承载力要求较大，一般采用钢管桩基础方法。但业主和监理公司考虑到电站工程的重要性，要求采用钢管桩混凝土深基础方法。其中钢管桩的设计按照前述钢管桩的设计要求进行设计，考虑到雨水顺混凝土外侧落下，浸泡钢管桩周围的强膨胀性地基土所造成的影响，在计算钢管桩承载力时应减去大气影响深度内的胀切力；混凝土承台的设计则按照有关混凝土构筑物的设计原则进行设计。基础混凝土台周围回填?&厚的非膨胀性土并压实，混凝土外侧应做好防腐措施，钢管桩外侧可涂优质防腐漆保护。施工时，临时性基坑可垂直开挖。在施工、运行期间，应隔绝水的渗入，并禁止在雨季施工。参考文献：-中国建筑科学研究院 JBJK#=K#，建筑桩基技术规范)E+!中国建筑科学研究院 BLJ-!=M-N，膨胀土地区建筑技术规范)E+北京：中国计划出版社，-KK-6BLJ-=MK，混凝土结构设计规范)E+北京：中国建筑工业出版社，-KK?#建筑施工手册编写组建筑施工手册);+北京：中国建筑工业出版社，-KKK作者简介：沈全锋2-K?N=5，男，湖北人，大连理工大学结构工程博士，现在中国石油工程建设（集团）公司工作。收稿日期：!6=6=?；修回日期：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