沖孔灌注樁沖擊震動對LNG儲罐BOG設(shè)備影響的試驗(yàn)研究

宋鵬波，劉晶晶，鄭權(quán)恒，張鵬，喬永立

(河北建設(shè)勘察研究院有限公司，石家莊 050031)

沖孔灌注樁沖擊震動對LNG儲罐BOG設(shè)備影響的試驗(yàn)研究

宋鵬波，劉晶晶，鄭權(quán)恒，張鵬，喬永立

(河北建設(shè)勘察研究院有限公司，石家莊 050031)

根據(jù)液化天然氣儲罐設(shè)計(jì)要求，BOG設(shè)備運(yùn)行期間對震動控制的要求比較高，當(dāng)外界震動在BOG設(shè)備處引起的水平速度超過0.98cm/s時(shí)會因震動影響而自動停機(jī)，造成不可估量的損失。論文結(jié)合某工程實(shí)際，通過現(xiàn)場動力測試試驗(yàn)，研究了不同沖程、不同距離、不同工況條件下沖擊鉆孔灌注樁沖擊震動對BOG設(shè)備的影響，試驗(yàn)結(jié)果對今后類似工程的建設(shè)具有一定指導(dǎo)意義。

LNG儲罐；沖孔灌注樁；震動；水平速度

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.015

1 引言

沖孔灌注樁作為樁基礎(chǔ)的一種，廣泛適用于填土層、黏土層、粉土層、淤泥層、砂土層、碎石土層、礫卵石層、巖溶發(fā)育巖層或裂隙發(fā)育的地層施工，在現(xiàn)階段的建筑施工中廣泛應(yīng)用?？紤]到?jīng)_孔灌注樁沖孔施工時(shí)產(chǎn)生較大的沖擊震動，可能對已經(jīng)建成的設(shè)備造成影響[1,2]。本文以廣東某公司的新增BOG壓縮機(jī)的樁基工程施工對已建好的BOG壓縮機(jī)影響為例，通過現(xiàn)場的動力測試試驗(yàn)，研究了不同沖程、不同距離、不同工況條件下沖擊鉆孔灌注樁沖擊震動對運(yùn)行中的BOG設(shè)備的影響，試驗(yàn)結(jié)果對今后類似工程的建設(shè)具有一定指導(dǎo)意義。

2 工程概況

2.1 工程地質(zhì)條件

本試驗(yàn)依托廣東某公司新增第3臺BOG壓縮機(jī)樁基工程，該工程位于深圳市大鵬鎮(zhèn)，根據(jù)鉆孔揭露，各巖土層分布情況及巖性特征自上而下分述如下：

1）第四系人工填土層(Q4ml)

①人工填土：灰白、灰黃色。主要由中、微風(fēng)化花崗巖碎塊石或中、微風(fēng)化碎裂砂巖碎塊石組成，直徑2～20cm，個別塊石直徑可大于50cm，局部地段頂部50cm填充有大量黏性土，該層人工填土經(jīng)分層碾壓后呈中密狀態(tài)。該層分布于全場地，揭露層厚9.90～13.00m；底板埋深9.90～13.00m，底板標(biāo)

高-8.00～-4.90m。

2）第四系海陸交互沉積相層(Q4mc)

②粉砂：灰黑色，含少量有機(jī)質(zhì)和貝殼殘骸。飽和，稍密狀態(tài)，局部中密～密實(shí)狀態(tài)。該層分布于全場地，揭露層厚6.30～9.50m；頂板埋深9.80～13.00m，頂板標(biāo)高-8.00～-4.90m；底板埋深18.50～19.60m，底板標(biāo)高-14.60～-13.50m。在該層進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)9次，錘擊數(shù)12.0～32.0擊，平均值14.38擊，標(biāo)準(zhǔn)值13.18擊。

3）泥盆系碎裂砂巖（D）

③1強(qiáng)風(fēng)化碎裂砂巖：褐黃色、灰褐色，風(fēng)化裂隙很發(fā)育，巖芯多呈土狀,局部夾碎塊，巖芯手折可斷，合金易鉆進(jìn)。該層分布于全場地，揭露層厚5.90～10.60m。頂板埋深3.50～16.50m，頂板標(biāo)高-14.60～-13.50m；底板埋深25.50～30.00m，底板標(biāo)高-25.00～-20.50m。在該層進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)6次，經(jīng)桿長修正后的錘擊數(shù)62.3～68.6擊，平均值65.6擊，標(biāo)準(zhǔn)值63.3擊。

③2中風(fēng)化碎裂砂巖：灰色，裂隙較發(fā)育，裂面被鐵質(zhì)浸染，巖芯呈短柱狀或塊狀，需金剛石鉆進(jìn)。該層各鉆孔均有揭露。頂板埋深25.50～30.00m，頂板標(biāo)高-25.00～-20.50m。

2.2 鉆孔灌注樁設(shè)計(jì)參數(shù)

該工程BOG設(shè)備的地基處理形式為沖孔灌注樁，沖孔灌注樁共計(jì)4根，灌注樁樁徑1200mm，樁長30m，以中風(fēng)化碎裂砂巖作為樁端持力層，設(shè)計(jì)要求進(jìn)入持力層深度不少于1.5m。

2.3 擬建BOG設(shè)備周圍環(huán)境

該工程樁基施工區(qū)域與已建好的BOG壓縮機(jī)距離較近，如圖1所示。施工的沖孔灌注樁距離已建BOG壓縮機(jī)廠房基礎(chǔ)承臺中心線最近為6.9m，距離BOG壓縮機(jī)基礎(chǔ)外緣最近為16.3m。經(jīng)設(shè)計(jì)單位計(jì)算，沖擊震動在已建BOG設(shè)備處產(chǎn)生的水平速度不應(yīng)超過0.98cm/s，否則已建BOG設(shè)備會在震動影響下自動停機(jī)[3]。

圖1 擬建BOG設(shè)備基礎(chǔ)周圍環(huán)境圖

3 試驗(yàn)方案

3.1 監(jiān)測設(shè)備的選擇

本試驗(yàn)選用要施工的4根樁作為震源點(diǎn)，采用CZ-6型沖擊鉆機(jī)作為震動源。監(jiān)測設(shè)備選用中國地震局生產(chǎn)的量程為20g的水平向和豎向941B型拾振器各1個，G01USB16型數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)1套，IBM筆記本1臺。

3.2 震源點(diǎn)及監(jiān)測點(diǎn)的選取

本工程以4根工程樁作為震源點(diǎn)，測試沖擊鉆機(jī)分別在4根工程樁位置沖擊震動時(shí)在已建BOG廠房基礎(chǔ)和BOG基礎(chǔ)處產(chǎn)生的水平和豎向的震動速度值。本方案共設(shè)計(jì)4個震源點(diǎn)（Y1～Y4），監(jiān)測點(diǎn)7個（C1～C7），如圖1所示。

3.3 試驗(yàn)步驟

1）沖擊鉆機(jī)首先在Y1震源位置就位，接通電源，調(diào)試鉆機(jī)。

2）在某一監(jiān)測點(diǎn)位置布置941B型拾振器，拾振器通過數(shù)據(jù)傳輸線與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連接，最后將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)直接與筆記本連接。試驗(yàn)過程中將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和筆記本放在不受震動影響的區(qū)域，以保證采集數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠性。

3）開啟鉆機(jī)，使鉆機(jī)分別以0.5m、1.0 m、1.5 m、2.0 m、2.5 m、3.0 m、3.5 m、4.0

m、4.5m、5.0m的沖程沖擊施工。鉆機(jī)每沖擊施工一次，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)立即記錄、保存所采集到的數(shù)據(jù)，并當(dāng)場對其進(jìn)行分析，以指導(dǎo)下次的試驗(yàn)。

4）設(shè)置落距為1m，使鉆機(jī)進(jìn)行連續(xù)沖擊；每沖擊一次，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)立即記錄、保存所采集到的數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行分析。

5）將拾振器移至下一監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行震動監(jiān)測，根據(jù)設(shè)備的重要性和廠房基礎(chǔ)距離震源點(diǎn)的距離，監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)測順序?yàn)镃2、C1、C3、C4、C5、C6、C7。確定鉆機(jī)沖程，找出震動最強(qiáng)點(diǎn)繼續(xù)重點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測。

6）當(dāng)?shù)貙影l(fā)生變化時(shí)，重復(fù)試驗(yàn)步驟5），直至完成震源點(diǎn)處鉆孔施工。

7）將鉆機(jī)移至下一震源點(diǎn)Y2進(jìn)行震動監(jiān)測。

8）重復(fù)試驗(yàn)步驟3)～6)，完成所有樁基施工。

4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

本文對沖擊鉆機(jī)在各震源點(diǎn)施工時(shí)在原有BOG壓縮機(jī)的廠房和壓縮機(jī)基礎(chǔ)上引起的震動進(jìn)行了監(jiān)測，為找到合理的鉆機(jī)施工沖程和確保已建BOG壓縮機(jī)安全提供了充分的數(shù)據(jù)依據(jù)。

1）圖2為不同落距下鉆機(jī)沖擊施工在最近的監(jiān)測點(diǎn)C2產(chǎn)生的震動水平速度，監(jiān)測時(shí)從距離震源點(diǎn)最近的監(jiān)測點(diǎn)開始，沖程從0.5m、1.0m、1.5m、2.0m、2.5m、3.0m、3.5m、4.0m、4.5m、5.0m依次開始測試。根據(jù)數(shù)據(jù)分析，各震源點(diǎn)沖擊鉆機(jī)的沖程在0.5～5m變化時(shí)，最大震動水平速度的峰值為6.8mm/s，不超過設(shè)備允許的由震動引起的速度值。

圖2 各震源點(diǎn)在C2監(jiān)測點(diǎn)不同落距時(shí)的震動水平速度

2）圖3～圖6為落距為1m連續(xù)進(jìn)行沖擊施工時(shí)各震源點(diǎn)在各監(jiān)測點(diǎn)引起的震動水平速度。當(dāng)正常施工時(shí)，鉆機(jī)沖程為1m，隨后對監(jiān)測1點(diǎn)～6點(diǎn)進(jìn)行了模擬施工震動測試（沖程為1m，連續(xù)沖擊），最大震動速度在C2和C5監(jiān)測點(diǎn)測出，分別為5.63mm/s、5.7mm/s，不超過設(shè)備允許的由震動引起的速度值，距離震源點(diǎn)的距離越大，震動速度逐漸減弱。

圖3 落距1m連續(xù)進(jìn)行沖擊時(shí)震源點(diǎn)Y1在各監(jiān)測點(diǎn)引起的震動水平速度

圖4 落距1m連續(xù)進(jìn)行沖擊時(shí)震源點(diǎn)Y2在各監(jiān)測點(diǎn)引起的震動水平速度

圖5 落距1m連續(xù)進(jìn)行沖擊時(shí)震源點(diǎn)Y3在各監(jiān)測點(diǎn)引起的震動水平速度

圖6 落距1m連續(xù)進(jìn)行沖擊震源點(diǎn)Y4在各監(jiān)測點(diǎn)時(shí)引起的震動水平速度

5 結(jié)論

1)沖孔灌注樁施工時(shí)，沖擊震動的大小與距離震源點(diǎn)的距離、沖程和地質(zhì)條件有很大的關(guān)系；距離震源點(diǎn)的距離越大，震動速度逐漸減弱。

2)在距震源點(diǎn)6.9m，最大沖程為H=5m時(shí)，最大震動水平速度6.8mm/s；在沖程為H=3m時(shí)達(dá)到最大震動水平速度5.7mm/s，不影響已建成BOG設(shè)備的正常運(yùn)行。

3)當(dāng)沖程落距H=1m進(jìn)行連續(xù)沖擊時(shí)，各震源點(diǎn)在各監(jiān)測點(diǎn)引起的最大震動水平速度發(fā)生在C2和C5監(jiān)測點(diǎn)，分別為5.63mm/s、5.7mm/s，不影響已建成BOG設(shè)備的正常運(yùn)行。

【1】王杰賢.動力地基與基礎(chǔ)[M].北京：科學(xué)出版社，2001.

【2】孫家麒,等.震動危害和控制技術(shù)[M].石家莊：河北科學(xué)技術(shù)出版社，1991.

【3】GB50040—96動力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

The StudyAbout Effect of BOG Equipment of LNG Tank Due to Vibration of Percussion Cast-in-sitePiles Construction

SONG Peng-bo，LIU Jing-jing，ZHENG Quan-heng，ZHANGPeng，QIAO Yong-li
(HebeiResearchInstituteofConstructionandGeotechnicalInvestigationCo.Ltd.,Shijiazhuang050031,China)

Accordingto the request ofLNGtank design,the vibration control standard ofBOGequipment isveryhigh during operation. When the horizontal velocity caused by the shock exceeds 0.98cm/s,the BOG equipment will automatically shut down,the loss is incalculable.Combining with engineering example,this paper study about effect of BOG equipment of LNG tank due to vibration of percussionedcast-in-sitepilesconstruction.

LNGtank；percussionedcast-in-sitepiles；vibration；thehorizontalvelocity

TU473.1+4;TU311.3

A

1007-9467（2016）07-0070-03

2016-02-22

宋鵬波（1981～），男，河北石家莊人，工程師，從事巖土工程設(shè)計(jì)、施工與管理研究，（電子信箱）835184233@qq.com。