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强夯地基处理技术在煤化工行业中的应用(一)

来源:山西金宝岛基础工程有限公司网站 作者:匿名 发布:2015-06-11 修改:2015-06-11 隶属:技术交流 点击:2604  

 

     摘要:近年来强夯地基处理技术在我国新型煤化工产业的地基处理方面发挥了较大的作用。本文列举了陕西黑猫焦化、宁夏庆华煤化工业园及新疆庆华煤制天然气项目三个强夯地基处理典型案例,介绍强夯法在煤化工产业中的应用。

    关键词:强夯法    煤化工产业   煤制气项目

1.强夯地基处理技术概述

强夯法,全称为强力夯实法,又称动力固结法,是用强夯机械(起重机或起重机配三角架、龙门架)10t80 t夯锤起吊到6m25 m高度自由落下,给地基以强大冲击能量的夯击,使土中出现冲击波和冲击应力,迫使土体孔隙压缩,土体局部液化,在夯击点周围产生裂隙,形成良好的排水通道,孔隙水和气体溢出对土夯实的地基处理方法。广泛应用用于加固碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、素填土、杂填土等的地基处理。

强夯置换法是强夯法的延伸,它是利用重锤高落差产生的高冲击能将碎石、片石、矿渣、建筑垃圾等性能较好的材料强力挤入地基中,在地基中形成一个一个的粒料墩,墩与墩间土形成复合地基,以提高地基承载力,减小沉降。

强夯法主要有以下特点:

(1)适用各类土层

可用于加固各类砂性土、粉土、一般粘性土、黄土、人工等各类原土及回填土,特别适宜加固一般处理方法难以加固的大块碎石类土以及建筑、生活垃圾或工业废料等组成的杂填土,结合其它技术措施亦可用于加固软土地基。

 (2)应用范围广泛

可应用于各种工业厂房、民用建筑、设备基础、油罐、堆场、公路、铁道、桥梁、机场跑道、港口码头等工程的地基加固。

 (3)加固效果显著

地基经强夯处理后,可明显提高地基承载力、压缩模量,增加干重度,减少孔隙比,降低压缩系数,增加场地均匀性,消除湿陷性,膨胀性,防止振动液化。地基经强夯加固处理后,除含水量过高的软粘土外,一般均可在夯实后投入使用。

 (4)有效加固深度大

近年来强夯能级越来越高。单层15000KN.m高能级强夯处理深度达12-16m,多层强夯处理深度可达24-54m以上。

(5)施工机具简单:

强夯机具主要为强夯机(履带式起重机)。当起吊能力有限时可辅以龙门式起落架或其它设施,加上自动脱钩装置。当机械设备困难时,还可以因地制宜地采用打桩机、龙门吊、桅杆等简易设备。

 (6)节省材料

一般的强夯处理是对原状土施加能量,无需添加建筑材料,从而节省了材料,若以砂井、挤密碎石工艺配合强夯施工,其加固效果比单一工艺高得多,而材料比单一砂井、挤密碎石方案少,费用低。

 (7)节省工程造价

由于强夯工艺无需建筑材料,节省了建筑材料的购置、运输、制作、打入费用,仅需消耗少量油料,因此成本低。

 (8)施工快捷

只要工序安排合理,强夯施工周期最短,特别是对粗颗粒非饱和土的强夯,周期更短。一般与挤密碎石桩、分层碾压、直接用灌注桩方案比较更为快捷。

表1 各种不同地基处理工艺性价比统计表

 

处理方法

强夯

强夯置换

预压

灌注桩

化学法

CR

预制桩

真空预压

振冲法

灰土桩

注浆

CFG

砂井预压

水泥土桩

碎石桩

造价

1

1.2

4

12

12

16

2.8

2

2

6.4

6

4.4

2.4

2.4

工期

1

1.2

10

5

8

3

4

3

2

3

3

8

2

2

   

 正是基于强夯法的上述优点,近年来,“以夯代碾”、“以夯代桩”的理念越来越来得到认可。

2.煤化工行业地基处理的特点

煤化工按其产品种类分可分为传统煤化工和新型煤化工。传统煤化工的是指煤制焦炭、电石、甲醇等历史悠久,技术成熟的产业。新型煤化工是指煤制油、煤制天然气、烯烃、二甲醚、乙二醇等以煤替代能源为导向的产业。随着国内石油、天然气供应的日益紧张,国内化工行业出现了向煤化工倾斜的趋势。国家在新疆、内蒙、山西、宁夏、河南等各地都有新型煤化工的发展。

煤化工项目的突出特点是装置高、重、大,工艺工程复杂,介质易燃易爆,项目占地面积大,建设厂址一般远离人口稠密的城市。随着国家经济持续快速发展和基本建设规模的扩大,同时受国家耕地保护及环境保护政策的限制,煤化工项目的工程建设场地日趋复杂。煤化工项目建设在解决建设用地问题上,一般采用山区“挖高填低”、选取不适宜作耕地的荒漠及盐碱地等,争取做到不占或少占耕地。这类场地通常不仅本身疏松,而且还常因大规模高填方等夹杂有各类杂质,极不均匀,若不作处理,无法直接作为项目建设用地,而强夯工艺能够有效地解决这些问题,因而煤化工产业为强夯地基处理技术的开发应用提供了广阔空间。


表2 近年来用强夯法进行地基处理的典型煤化工项目

 

序号

项目名称

处理规模

(万平米)

备注

1

内蒙古大唐国际克什克腾煤制气项目

200

 

2

新疆庆华有限公司55亿立方米/年煤制天然气工程

350

不含厂前区,水泥厂等

3

伊泰新疆能源有限公司甘泉堡540万吨/年煤基联产综合项目

300

 

4

神华新疆68万吨/年煤基新材料项目

280

 

5

辽宁阜新大唐国际煤制气项目

300

 

6

山西七一能源30万吨/年合成气制聚丙烯项目

105

 

7

宁东神华宁煤400万吨/年煤炭间接液化项目

125

 

 

 

 3.强夯法处理的目的

应用强夯的目的可以分为两类:一类是经强夯处理后,直接作为建筑地基。目前这种应用已经成为强夯法施工的主要目的。近年来随着强夯技术的发展,强夯法理论及实践经验日趋成熟,强夯处理深度、处理效果都有较大的提升。因而越来越多项目都是直接采用强夯法进行处理后直接作为建筑物的地基使用。

另一类强夯作为预处理手段,消除桩基负摩阻力、减少日后沉降。这是因为毕竟强夯法处理后仍然存在承载力达不到一些特别高要求。一般强夯后地基承载力在250kPa左右,强夯置换法处理后地基承载力约350-450kPa左右。对于个别有极其严格的沉降要求和承载力要求的装置,强夯法作为预处理手段,仍然可以大大提高地基土的性能,降低后续处理费用。

4.强夯法地基处理工法

强夯法处理地基一般包括试夯和工程夯。

1)试夯

强夯法加固非饱和土基于动力压密的概念,目前设计上还带有很大的经验性,没有一套成熟完善的理论和计算方法,因此强夯施工前,应在施工现场有代表性的场地上选取一个或几个试验区,进行试夯或试验性施工。试验区数量应根据建筑场地复杂程度、建设规模及建筑类型确定。一般根据工程技术要求(包括地基承载力特征值要求、变形模量及影响深度要求)和区域地质条件确定试夯区域的地址和数量。如果有过同类场地的施工经验,技术要求不高的情况下试夯可以选择在工程区域并做为最终工程夯的一部分;在地质条件复杂或技术要求较高,没有经验值的区域不建议试夯区选择在施工区域,而应当选择在地质条件相同的邻近区域。

综上,强夯法要通过试夯来确定最终强夯方案。强夯法处理地基效果主要取决于方案的设计,强夯方案设计的合理就能达到预期的效果,相反,不仅事倍功半,而且,有可能破坏地基。强夯方案设计主要根据场地的工程地质条件和要求,提高承载力和改善均匀性的预期效果,合理地选择夯击能及夯锤面积,恰当地确定夯点布置与夯击数及施工条件。

通过试夯,得出处理后的地基承载力特征值、影响深度等处理效果,确定设计方案是否能够达到工程要求,校正并最终确定各种参数:

a)夯击数及夯入度;

b)夯点间距及夯击遍数间歇时间;

c)夯击遍数;

d)有效加固深度;

e)强夯振害安全距离。

(2)工程夯

通过试夯,确定了强夯施工参数,制定合理施工方案后,即对全场地可大面积展开强夯施工,称为工程夯。新疆庆华煤制气项目经过九个试夯区的试验,最终确定强夯参数后,全厂划分了近200个工程夯区。

 

强夯法主要施工步骤如下(施工工艺流程见图1)。

①在整平的场地上标出第一遍夯击点的位置,并测量场地高程;

②强夯机就位,使夯锤对准夯击点的位置;

③测量夯前锤顶高程;

④将夯锤起吊到预定高度,待夯锤脱钩自由下落后,放下吊钩,测量锤顶高程,若发现因坑底倾斜而造成夯锤倾斜时,应及时整平坑底;

⑤重复上述步骤④,按设计规定的夯击次数及控制标准,完成一个夯点的夯击;

⑥换夯点,重复上述步骤②至⑤,直到完成第一遍全部夯点的夯击;

⑦用推土机将夯坑填平,并测量场地高程;

⑧按上述步骤逐次完成全部夯击遍数。最后按上述步骤用低能量满夯,将场地表层夯实,满夯锤印搭接不小于1/4夯锤的直径,将场地表层松土夯实,并测量夯后场地高程。

 

1. 施工工艺流程

 

5.煤化工项目强夯地基处理实例

一、宁夏庆华煤化工业园强夯地基处理

庆华煤化有限公司位于宁夏回族自治区吴忠市太阳山开发区。全厂占地面积20平方公里。一期工程主厂区处理面积约20万平米。这里以甲醇二区为例,说明强夯处理效果。

(一)工程概况

甲醇二区表层为约2米厚粉细砂,下一层为约1米多厚的粉土,再下为碎石土。强夯需要处理的是细砂、粉土及碎石土的松散部分。处理厚度在6米左右。设计要求强夯处理后地基承载力250kPa

(二)强夯工艺参数

经过试夯后,确定本区强夯参数为:主夯能级5000kN.m,主夯正三角形布点,夯点间距5米;满夯2000kN.m

(三)强夯效果检测

1)检测方法:载荷试验3点,重型圆锥动力触探3点,标准贯入试验3点。

2)检测过程

见表3

 

3现场试验及施工过程

 

3)检测结果见表4-6

 

4重型圆锥动力触探结果

 

标准贯入试验结果

载荷试验检测结果

 

4)检测结论 见表7

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