排水固结法在石油库建设中的应用

摘要：由于临港石油库建设场地多存在较为深厚的软弱土层，地质条件复杂，需在项目建设时进行软土地基处理。排水固结法能对软土地基进行有效地减少工后沉降，极大的消除土体不均匀沉降。笔者结合项目应用案例分析了排水固结方案的选择，并就实际过程中需要关注的重点予以讨论，供同类项目参考。

关键词：软土地基 排水固结法 堆载预压

中图分类号： TU471.8 文献标识码： A 文章编号：

前言：排水固结法又称预压法（Preloading Method）， 是对地下水位以下的天然地基或设置有砂井（袋装砂井或塑料排水板）等竖向排水体的地基，通过加载系统在地基土中产生水头差，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。通过该工法，可使地基沉降在堆载预压期内基本完成或大部分完成，使建（构）筑物在工后不致产生大的沉降和沉降差，同时增加地基的抗剪强度，从而提高地基的承载力和稳定性。[1]

1.排水固结主要实施方案

针对临港石油库场区内淤泥及淤泥质土层较厚的地质特点，结合排水固结原理，我们通常先在处理地面上铺设透水砂垫层，作为水平排水通道；其次，在需处理的土层中建立竖向排水通道（打设塑料排水板）；最后，采用不同的加压系统进行预压，向土体施以“正向”或“负向”压力，促使土体排出孔隙水及空气，进而提升土体的固结压力和抗剪强度。目前，主要的加压方式有堆载预压、真空预压、真空——堆载联合预压等方法。

2排水固结法应用实例

2.1 应用项目背景

某石油库建设项目位于东南海岛软土地区，设计总库容为500万立方米，占地面积为141公顷。根据地质勘察资料反映，工程场区地基大部分为软土，土质差且厚度变化大，基岩层起伏较大，工程地质条件极为复杂。场区内主要土层其物理、力学指标如下：

工程地质层物理力学指标一览表

2.2 地基处理方案选择

根据工程设计方案，该项目采用开山回填的方式形成工程场地，其罐组内填土高度在3米以上，罐组外消防道路回填土高度在6米以上。在填土荷载的作用下，软土将发生排水固结，地表产生大的沉降，该沉降会对石油库建设与正常运营带来严重影响。采用适当的地基处理方法以减少沉降并满足正常使用要求是该项目的一个关键问题。因而，在该项目设计阶段提出了采用排水固结法进行地基预处理的建议。

1、排水系统方案选择

根据场区地质报告， ②2～③2土层含水率超过45%，直剪固快值较低，需要进行地基处理。根据勘察资料显示，上述土层埋深多在20m以内。

根据固结理论和诸多工程实践证明，竖向排水体长度在20m以内的建议采用塑料排水板；若竖向排水体长度超过20m的建议采用普通砂井。通过综合分析对比，塑料排水板较普通砂井具有施工快捷、操作简便、环境污染小、施工费用相对较低特点，因而该项目采用打设塑料排水板的方式建立竖向排水通道。

2、加压系统方案选择

由于该项目采用开山回填的方式提供建设场地，其开山总方量达480万方。而且，该项目分三阶段投运，第一阶段工期相对紧张，需在开山回填开始后五个月内完成第一批场地回填，交付桩基础施工；剩余的两阶段的场地则分别于开山回填启动后十六个月和二十三个月内完成地基处理及回填。

通过上述分析，认为除一阶段工期紧张无法满足处理时间要求外，其余二、三阶段均可采用三种方式进行处理，相比而言堆载预压法最为经济，故项目选用堆载预压法进行排水固结处理。

2.3 处理效果验证

为了验证项目场地排水固结设计参数及预测排水固结效果，规范要求在现场选择试验区进行预压试验，并根据试验区获得的检测资料确定加载速率控制指标、推算土的固结系数、固结度及最终竖向变形等 [2] 。

为此，该石油库建设单位委托专业机构对该项目进行场地堆载预压试验。试验区大小为141.7米×78.2米，区内排水板间距为1米，正三角形布置，打入深度为20米。现场采用分层加载堆高6米。堆载施工期为4个月，静载预压期约为3个月，最大沉降量为1400mm，累计堆载时间为207天。通过试验，基本摸清了东南海岛地区同类地质条件的堆载预压规律，得出沉降修整系数（为地基总沉降量，为预压期固结沉降）等一系列重要试验数据，并对排水板设计参数等进行了指导性修正[3]。

2.4 项目应用实践

根据试验数据及指导性意见，该石油库建设项目排水固结在场区内进行大规模应用，其主要施工工序包括盲沟开挖、砂垫层摊铺、塑料排水板打设及开山石料堆载预压（预留堆载预压施工期的沉降量，堆载标高为后期的设计地坪+500mm）。

1、盲沟施工

项目首先在处理地表上建设规格为400mm×400mm的盲沟，沟内回填级配碎石，纵横间距均为50m，盲沟伸出堆载区外缘2米，并使排出的水畅流到场外。

2、垫层摊铺

在完成盲沟施工后，场地满铺500mm厚中粗砂，并结合地面坡度铺填形成排水坡度。

3、塑料排水板施工

塑料排水板布设分罐内和罐外两种型式，罐内排水板间距1m，正三角形布置深20m；罐外排水板间距1.3m，正三角形布置，打设深度15～20m。本工程塑料排水板采用履带振动式插打机进行打设。套管垂直度满足偏差小于1.5%。塑料排水板时严禁出现扭、断裂和撕破膜等现象。剪断塑料排水板时，砂垫层以上的外露长度应大于200mm。

4、堆载预压及观测

堆载料采用现场开山石料，堆载采用分罐区分层回填、采用振动压路机逐层压实，主要控制指标：每层回填厚度不大于1000mm；连续两天沉降速率不大于15mm/d，坡趾水平位移速率为10mm/d；油罐基础直径范围内回填粒径一般不大于200mm，其余部位一般不大于500mm；回填高度预留堆载预压施工期的沉降量，堆载标高控制在比设计地坪高出500mm。

4 排水固结法应用效果分析

排水固结法在石油库建设项目中总体效果较好，由于堆载预压时间相对充裕，特别是在二、三阶段区域，经处理后的地基沉降较小，一般工后沉降在250mm--300mm以内。

由于项目一阶段投运时间最早，沉降期最短，故一阶段地面的工后沉降量最大，二阶段次之，三阶段地面沉降最小。

从工艺、消防管道等建构筑物的沉降情况来看，由于其桩基础主要采用摩擦型预应力管桩，一阶段区域内的预应力管桩在投运后，地基土主固结沉降尚未完成，在运行期间桩基负摩阻力效果明显，部分工艺管墩基础沉降较大。而二、三阶段地基固结较为完全，工艺管墩未出现明显沉降。

第四章 结论与建议

1、建设场地内存在大范围的深厚淤泥及淤泥质土层时，则建议在石油库场地平整过程中，对建设场地进行地基预处理。

2、在排水固结方案选择时，应充分考虑建设条件，并进行工期及经济对比综合分析，如工期比较宽松，且堆载料来源较多，可采用堆载预压法加固地基，其超载高度需根据后期的地面荷载综合考虑；如工期较紧，且堆载料源困难，可采用真空预压法加固地基；如工期特别紧张，且堆载料富裕，可采用联合堆载预压法加固地基。

3、对于较重要的建构筑物，如输油管线及输油泵房等基础，如座落在软土地基上时，可先进行排水固结等方式加固地基，如加固后的地基承载力仍无法满足要求时，可采用桩基等深基础形式。

4、根据石油库现场排水固结效果来看，沉降修正系数m（最终沉降与主固结沉降、瞬时沉降之和比）取1.18较符合当地的地质条件，并可作为同类地质条件地区计算施工期沉降量的参考。

5、根据现场试验及施工建议和效果来看，下卧土层特别是15米以下的土层排水效果较差，井阻及涂抹作用明显。

6、在堆载过程中注意加荷的速率，及时监测反馈，指导施工，建议连续两天的沉降速率不得超过20mm/d，坡趾水平位移速率不得超过10mm/d。

参考文献

[1] 叶观宝、高彦斌. 地基处理（第三版）[M]. 北京：中国建筑工业出版社

[2] 中华人民共和国行业标准. 建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002）[S]. 北京：中国建筑工业出版社

[3] 浙江大学岩土工程研究所. 堆载预压试验总结报告[R]. 杭州：浙江大学