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摘要：井架基础不良地基处理是山区井场基础工程中的最重要环节，优选不良地基处理方法涉及整个钻前工程的费用控制。本文对元坝气田各种场地工程地质条件进行了分类总结，并对常见不良地基做沉降模拟分析，通过不良地基下地基处理方法的安全性和经济性对比分析，优选了针对各种不良地基类型及厚度条件下的处理方案。
关键词：不良地基；井架基础；地基处理；沉降数值模拟；优选
引言
井架是钻井设备中荷载最高、最重要的设备，其对地基承载力要求也最高，一般达到150kPa以上。若井架基础出现不均匀沉降或基础产生裂缝等问题，钻井过程中因井架倾斜或处理地基问题而停待所造成的损失将非常巨大，对于川东北地区尤其是元坝气田这样的“三高”气井尤其如此，因此需首先保证井架基础的安全,其次需要经济实用。
1 场地工程地质特征分类
在元坝气田，井场井架基础不良地基属于淤泥质土、粉质粘土、填土等承载力<150kPa的软弱土层, 不良地基平均深度4m左右，最高可达10m，下覆泥岩和泥质粉砂岩互层。
根据资料统计，元坝气田井场工程中几种典型的不良地基工程地质特征分类如下：
（1）以淤泥质粉质粘土为主的岩土工程地质特征（I类）
该地基土主要为淤泥质粉质粘土，含水率高、承载力差，一般地层顺序为（从上至下）：粉质粘土→淤泥质粉质粘土→基岩层，将主要出现在地势低洼地带，如山腰和山谷，这些地带地下水集聚，土体含水率很高，开挖易出水、土体呈散状。
（2）以粉质粘性土为主的岩土工程地质特征（II类）
该地基土主要为粉质粘土，一般地层顺序为（从上至下）：粉质粘土→基岩层，将主要分布于山顶和山腰，粉质粘土承载力变化范围大，也与土质含水率有关。
（3）以填土、石块为主的岩土工程地质特征（III类）
在井场施工中，部分井井架基础位置地势低，需要回填土石以平整井场，一般地层顺序为（从上至下）：回填土→粉质粘土→基岩层，主要分布于山腰地势起伏较大区域。
2 不同地基处理方法原理和计算分析
元坝气田属超深高含硫气井，钻井时一般采用ZJ70加强型钻机。
（1）整体钢筋筏形基础
整体钢筋筏形基础对井架基础及其基础间浇注钢筋混凝土基础，其原理为通过增加井架基础与地基土的接触面积，降低单位面积井架基础对地基土承载力，使不良地基也能满足承载力要求。
若采用ZJ70加强型标准钻机，计算出基础对地基土承载力要求P≥105kPa，即软弱均匀地基承载力特征值超过105 kPa时，可使用钢筋筏形基础。当然除承载力要求外，使用钢筋筏形基础时还需考虑沉降因素，考虑沉降量和沉降差。
（2）换填处理+钢筋砼基础
该方法在井场不良地基处理中广泛采用，其原理为将基础底面下一定范围内的软弱土层换填强度较高、压缩性较低的材料，如毛石砼、灌浆片石等，作为地基的持力层。元坝气田为保证换填的可靠性，采用C20毛石砼。井架基础地基换填处理一般以强风化基岩为持力层。
该方法针对厚度较薄的不良地基实施简单、方便，在井架基础地基处理中广泛使用。
（3）桩基础+钢筋砼承台
桩基础一般采用预制钢筋混凝土方桩、管桩，以及钻孔灌注桩等。桩基础虽然造价较高，但施工速度快、桩身质量有保证。
在初步设计中，单桩竖向承载力可按下式计算：
3不良地基沉降数值模拟分析
选择地基处理方法，需要首先考虑地基承载力、地基沉量和沉降差是否达到规范要求。整体钢筋筏形处理直接置于不良地基土上，地基土沉降变化大，需要考虑地基沉降量和沉降差，而换填处理、桩基础则直接作用于基岩或良好地基上，因此其沉降量和沉降差可以忽略。因此，需要对钢筋筏形处理方法进行沉降模拟分析，沉降模拟分析将选取常见的回填土不均匀地基（III类）。
计算方法理正结构设计软件（地基沉降模块）进行沉降计算。基础荷载分别选取75kPa，100kPa、125kPa与150kPa。根据模拟分析计算结果，在填方不均匀地基上，基础存在变形开裂风险，基础荷载荷载150kPa时，基础倾斜值达到最大，至0.00415，已达到危险临界标准，且随回填土厚度的增加，沉降量还将增大。
4 不良地基处理方法优选
针对不良地基，各地基处理方法各有优缺点，都有一定的限定条件，在选择时要首先满足安全条件，其次进行经济比选。
从安全角度考虑，对井架基础采用钢筋筏形基础，需保证地基整体均匀稳定性，沉降模拟分析显示回填土等不良地基最大沉降量超过150mm，且随不良地基厚度增加而增大，钢筋筏形基础要求地基承载力不小于105kPa，因此淤泥质粉质粘土、回填土及部分原状粉质粘土都不宜直接作为钢筋筏形基础地基。换填处理技术从根本上解决了沉降问题，但在地下水水位埋深较浅、不良地基较厚的情况下，开挖会造成大面积塌方，施工周期长、造价高。进行桩基设计时，也消除了沉降因素，但在开山回填平场过程中，井架基础位置应尽量避免回填石块，以防止打桩效果不佳。
在经济性比较中，计算各不良地基处理方法在不同不良地基厚度H情况下的费用分析。经计算，钢筋筏形基础费用与不良地基厚度H无关，换填处理费用随H增加递增，桩基础处理费用随H等量增加。在均满足安全要求的情况下，不良地基厚度H≤1.5m时，采用换填处理费用最低；H＞1.5m时，则采用钢筋筏形基础费用最低，在使用时需注意不良地基安全性要求。而对于不满足安全要求的地基，钢筋筏形基础不能采用，H≤3.5m时，换填处理费用最低；H＞3.5m时，则采用桩基础费用最低。
5结论
（1）元坝气田岩土工程地质条件存在较大差异，对井架基础不良地基处理中需综合考虑持力层基岩类型、不良地基厚度和承载力、地基沉降量和沉降差、施工周期、费用等因素。
（2）弱地基厚度1.5m以内，采用换填处理；软弱地基厚度在1.5m～3.5m之间，承载力达到105kpa的均匀地基，优先采用钢筋筏形基础，其次采用换填处理；软弱地基厚度超过3.5m，承载力达到105kpa的均匀地基，优先采用钢筋筏形基础，其次采用桩基础。
参考文献
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论文作者:秦松柏,钱守泓,周辉
论文发表刊物:《基层建设》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/10
标签：地基论文; 基础论文; 井架论文; 不良论文; 钢筋论文; 承载力论文; 粘土论文; 《基层建设》2017年第8期论文;