秦松柏 周辉 祁鹏
(中国石油化工股份有限公司西南油气分公司工程技术研究院，四川德阳 618000)
0 引言
井架是钻井设备中荷载最高的设备，其对地基承载力要求最高，一般达到150 kPa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，因此需首先保证井架基础的安全。
在川西地区，一些区域因存在软弱土层或易液化砂层，很难达到井架基础的承载力要求，需要考虑地基处理或降低承载力要求。因钻井工期紧，对井场基础施工要求以方便、快捷、经济、安全为原则，一般采用换填、桩基础及整板钢筋筏板基础三种方法进行处理，均能达到井架基础承载力要求。
1 工程地质特征分类
井场土建工程在一口井的总成本上所占比例不高，在川西地区，一般来说，井场井架基础地基属于承载力较高的粉质粘土，无需处理，但部分地区也存在粉质粘土、淤泥质土、易液化砂土、填土等承载力小于150 kPa的情况，需要进行处理。
以下对川西地区井场工程中井架基础软弱地基的几种典型的工程地质特征分类如下:
1)粘性土夹砂土的岩土工程地质特征(Ⅰ类)。
这种地层中有粘性土又有砂土，一般地层顺序为:粉质粘土→细、中砂(流动)→卵石层，主要出现在川西平原地区，如德阳孝泉镇等地。工勘资料显示，粉质粘土、中砂承载力均低于100 kPa，属于软弱地层。
2)粉质粘土为主的岩土工程地质特征(Ⅱ类)。
该地层主要为承载力较差的粉质粘土，一般地层顺序为:粉质粘土→卵石土→卵石层→泥岩/砂岩，在地势较低的川西平原地区分布，如德阳、崇州、成都等地，因地下水位较浅，粉质粘土含水率高，承载力低。
3)粘性土为主的岩土工程地质特征(Ⅲ类)。
该地层主要为粘性土，包括淤泥质粉质粘土、粉质粘土，一般地层顺序为:淤泥质粉质粘土→粉质粘土→泥岩/砂岩，主要分布于川西丘陵地带，如德阳罗江县、中江市、资阳等地，一般分布于易于积水的凹陷地带，地下水水位较浅。
4)填土、石块为主的岩土工程地质特征(Ⅳ类)。
在井场施工中，有些井位于山区，原始井场高低不平，需要挖填平衡井场，因施工周期要求短，填土/爆破土石很难达到承载力和沉降要求，需要进行技术处理，当厚度超过4 m时，需考虑桩基础，以下部的基岩作为持力层。除了井场新填土以外，有些井场还存在承载力低的老冲积填土，厚度一般较厚。川西地区所选井场内存在高填土的地区较少，主要分布于中江、聚源等丘陵山区。
在川西地区，降雨量丰沛，雨季持续时间长，一般在3月～9月份，地下水水位极其丰富，埋深一般在0.5 m～3 m，以砂卵石层为储水层。地基土承载力特征值见表1。
表1 川西地区地基土承载力值特征值统计表
2 软弱地基处理方法原理及使用条件
目前，在川西地区针对井架基础软弱地基处理的方法有三种:换填处理、桩基础及整板钢筋筏板基础。
换填处理:将基础底面下一定范围内的软弱土层挖去，然后回填强度较高、压缩性较低并且没有侵蚀性的材料，如卵石、毛石混凝土等，再分层夯实，作为地基的持力层。在川西地区，因井架基础范围小，地下水水位较浅，开挖后不易碾压，一般采用C15毛石混凝土换填处理。该方法使用有一定的局限性，在地下水水位埋深较浅、软弱地基较厚的情况下，开挖会造成大面积塌方，施工周期长、造价高，会影响到周边其他基础施工。
桩基础:上部井架及挂钩作用力通过桩基直接传至下部持力层。在川西地区，因承载力较高的卵石层、基岩埋深较浅，以端承受力为主，采用预制方桩或预应力管桩，桩长一般在6 m～11 m。该方法安全、可靠，适用于川西地区大部分软弱地基，但造价高昂。
整板钢筋筏板基础:对除井架及其基础间除方井外浇筑钢筋混凝土基础，使井架基础由两条条形基础变为整板基础。通过增加井架基础与地基土的接触面积，减少单位面积地基土的井架荷载(降低基底净反力)，从而达到软弱地基承载力要求;同时为保证井架基础的整体性，防止由于地基土不均匀沉降造成的基础断裂，对基础型式采用整体钢筋混凝土筏板基础。对井架基础采用钢筋筏板基础，需保证地基整体均匀稳定性，不宜直接作用在易压缩性土、回填土或不均匀地基上，防止沉降、不均匀沉降，造成井架倾斜。
3 软弱地基处理经济性对比分析
在处理软弱地基时，钻机型号不同，钢筋筏板基础对地基承载力的要求不同，存在较大差异，主要受挂钩极限荷载影响。除需考虑自身重量外，井架还需考虑振动荷载和风荷载。振动荷载系数一般取1.3～1.4，即井架基础上总静荷载的1.3倍～1.4倍;风荷载影响较小，根据情况而定，一般附加在振动荷载系数上。
表2 各型号钻机井架筏板基础对地基承载力要求表
表2通过对不同型号钻机荷载及面积的计算，得出了不同型号钻机筏板基础对地基承载力要求，筏板基础要求地基承载力需大于55 kPa～75 kPa，当地基土承载力低于筏板基础对地基承载力要求时，则不能考虑筏板基础，需舍弃。以ZJ40钻机为例，软弱地基处理施工费用对比分析表见表3。
表3 软弱地基处理施工费用对比分析表(以ZJ40钻机为例)
通过对三种处理方法经济适用性对比分析，如表4所示，软弱地基厚度低于2 m时，可优先考虑换填处理;当软弱土层厚度在2 m～4 m时，需优先考虑钢筋筏板基础;当筏板基础不满足使用要求时，可优先考虑换填处理;软弱土层厚度超过4 m时，需优先考虑钢筋筏板基础。一般地下水水位高于软弱土层，换填处理因开挖面积大、排水等因素，当筏板基础不满足使用要求时，需优先考虑桩基础。
在川西地区，对于Ⅰ类，Ⅱ类软弱地基土，软弱土层厚度超过2 m均可优先考虑筏板基础，而对于Ⅲ类，Ⅳ类软弱地基土，筏板基础已不满足使用要求，软弱土层厚度低于4 m则需优先考虑换填处理。
表4 软弱地基处理方法经济适用性对比分析表
4 结语
1)川西地区软弱地基岩土工程地质条件存在较大差异，对地基处理方法的选择需考虑其使用条件及经济适用性;
2)对于不同型号钻机，钢筋筏板基础对地基土承载力要求不同，一般要求地基土大于55 kPa～75 kPa;
3)对三种处理方法的经济适用性分析表明:在川西地区，软弱地基厚度不超过2 m时，采取换填处理是最合理的;超过2 m时，采用整体钢筋筏板基础效果最佳，而桩基础适用范围最广，整体上钢筋筏板基础在不同厚度软弱地基处理中均有较好的应用价值。
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