韶鋼廠(chǎng)區(qū)巖溶地層地基處理措施

李新明

1 概述

韶鋼廠(chǎng)區(qū)位于韶關(guān)市曲江區(qū),馬壩鎮(zhèn)的東北方位,占地約10 km2。本區(qū)為低山丘陵地帶,地質(zhì)條件復(fù)雜,下伏灰?guī)r巖溶發(fā)育。韶鋼近年來(lái)的基建工程大重型化,對(duì)地基的要求越來(lái)越高,充分認(rèn)識(shí)本區(qū)巖溶地層特征及不良地質(zhì)現(xiàn)象,采取適宜的地基處理措施,對(duì)韶鋼的基建技改有重大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

2 巖溶地層特征及不良地質(zhì)現(xiàn)象

2.1 巖溶地層特征

本區(qū)的地質(zhì)單元為山間盆地向低洼平地過(guò)渡地帶,地層的巖性特征由上至下分述如下:

①人工堆積及耕植土層(Qml+pd)。雜填土,厚度不一,巖性差異性較大。耕植土層,灰黑,黃褐色,植物根系發(fā)育,厚度小于7 m,多見(jiàn)于本區(qū)盆地的中心地帶。該土層未經(jīng)人工處理,一般不宜作建(構(gòu))筑物的天然地基。②第四系殘積、坡積、沖積層(Qel+dl+al)。三者交疊沉積,巖性主要為黃褐色、褐紅色黏土,亞黏土、輕亞黏土,局部地帶含礫。濕度,由高地往低洼平地增大,可劃為次生紅黏土。多為可塑、硬塑態(tài)。在低洼平地地帶中下層有土洞分布,基巖面附近有軟塑、流塑的軟弱黏土層分布。本土層中的可塑、硬塑層固結(jié)性、均質(zhì)性較好,在本區(qū)廣泛分布,承載力特征值為150 kPa～280 kPa,是本區(qū)建(構(gòu))筑物良好的地基持力層。③中上石炭統(tǒng)石灰?guī)r(C2+3)。石灰?guī)r為淺灰白色。致密堅(jiān)硬,性脆,微裂隙發(fā)育,并為方解石及少量氧化鐵所充填而呈網(wǎng)紋狀,巖溶發(fā)育。本區(qū)的高地能見(jiàn)到有石灰?guī)r的出露。基巖的灰?guī)r面多微風(fēng)化,完整基巖則致密堅(jiān)硬,巨厚層狀?；?guī)r承載特征值為大于4 000 kPa。灰?guī)r是本區(qū)重大建(構(gòu))筑物基礎(chǔ)主要的持力層。

2.2 不良地質(zhì)現(xiàn)象

1)軟弱土層的發(fā)育情況。在低洼平地地帶,與基巖面接觸的黏土層附近,有軟塑、流塑的軟弱黏土層分布,層厚1 m～2 m。軟土的成因是,碳酸鹽類(lèi)巖石在濕熱氣候條件下經(jīng)風(fēng)化后,殘、坡積所形成的一種微帶紅色、土質(zhì)細(xì)膩的黏土。由于下伏灰?guī)r巖溶發(fā)育,地下水(承壓水)長(zhǎng)期對(duì)土體的滲透、浸泡作用,使土體呈稀軟或軟塑狀態(tài)。軟弱土的厚度與基巖面的形態(tài)及地下水密切相關(guān),基巖面低凹,其下巖溶水豐富,軟土的厚度就大,反之就小。本區(qū)的軟土層主要分布于低洼平地地帶。在原料場(chǎng)、高爐區(qū)、轉(zhuǎn)爐區(qū)、煉軋區(qū)等場(chǎng)地均有發(fā)育。在局部,中間土層中有呈透鏡體出現(xiàn)。2)土洞的發(fā)育情況。土洞多發(fā)育于靠近基巖的黏土層中,常與溶洞相伴生。土洞的成因是,基巖中的裂隙發(fā)育,連通性好,形成地下水通道。本區(qū)的土洞多發(fā)育于低洼平地地帶,在原料場(chǎng)、高爐區(qū)、轉(zhuǎn)爐區(qū)、煉軋區(qū)等場(chǎng)地的勘察中均有發(fā)現(xiàn),土洞絕大多數(shù)被充填或半充填,充填物為黃褐色含礫、砂的黏性土類(lèi)和灰白色灰粉混小塊巖屑,呈軟塑、可塑狀態(tài)。3)巖溶的發(fā)育情況。該區(qū)巖溶普遍發(fā)育,包括巖面起伏、溶隙和溶洞的形態(tài)。溶洞多發(fā)育在低洼平地地帶的原料場(chǎng)、高爐區(qū)、煉軋區(qū)及轉(zhuǎn)爐區(qū)等主要車(chē)間等場(chǎng)地勘察中,統(tǒng)計(jì)得出,鉆孔的見(jiàn)洞率為33%～65%。溶洞高小于1 m的約占49.3%,大于2 m的占22.3%,最大洞高為18.6 m(煉軋廠(chǎng)詳勘中揭露)。溶洞頂板厚一般為1 m左右,小可達(dá)0.2 m。本區(qū)溶洞主要分布在地表以下20 m～60 m的基巖中,溶洞裂隙連通性較好,在做抽水試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生過(guò)地表沉陷的現(xiàn)象。

3 鋼廠(chǎng)基建工程建(構(gòu))筑物特點(diǎn)和地基處理措施

3.1 大型鋼廠(chǎng)基建工程建(構(gòu))筑物特點(diǎn)

3.1.1 高爐主體工程特征

1)豎向荷載大。一座3 000 m3級(jí)的高爐,其中爐本體部分高度達(dá)105 m。連同基礎(chǔ)自重和填土重量,傳到地基上的豎向力達(dá)500 000 kN以上,地基單位面積承受的荷載達(dá) 300 kN/m2～400 kN/m2。出鐵場(chǎng)的單柱荷載也可達(dá)20 000 kN,基礎(chǔ)埋深達(dá)3 m～4 m。2)在沉降控制方面。高爐基礎(chǔ)沉降量過(guò)大往往導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)的破壞,影響生產(chǎn)運(yùn)行。設(shè)計(jì)中要仔細(xì)進(jìn)行地基的變形計(jì)算,特別是當(dāng)在軟土地基上建設(shè)大型高爐時(shí)。

3.1.2 轉(zhuǎn)爐、煉軋工程特點(diǎn)

大型轉(zhuǎn)爐、煉軋廠(chǎng)除具有上部荷載重,形體大,高聳的特點(diǎn)外,還有基坑深度大。1)主廠(chǎng)房塔樓高約 60 m,單柱荷重達(dá)50 000 kN,轉(zhuǎn)爐達(dá)10 000 kN,基礎(chǔ)底面積達(dá) 15 m×15 m?；扈F爐達(dá)17 000 kN,基礎(chǔ)底面積達(dá)17 m×17 m。旋流沉淀池深達(dá)-24 m。煙囪高60 m。2)煉軋磨錕間基礎(chǔ)開(kāi)挖深達(dá)-30 m。

3.1.3 原料場(chǎng)工程特點(diǎn)

與上述工程相比,原料場(chǎng)工程特點(diǎn)是,荷載不很大,但卻是大面堆載,地基附加應(yīng)力同樣可以影響達(dá)地面15 m以下的深度,處理不好,影響使用,費(fèi)用巨大。

3.2 地基處理措施

3.2.1 巖溶的處理

1)對(duì)洞口較小的洞隙,宜先采用鑲補(bǔ)、嵌塞,用塊石、碎石、黏土或毛石混凝土等填實(shí),或用鋼筋混凝土板梁法跨越等方法處理。2)對(duì)洞口較大的洞隙,宜先采用梁、板、拱等結(jié)構(gòu)跨越?？缭浇Y(jié)構(gòu)應(yīng)有可靠的支撐面。梁式結(jié)構(gòu)在巖石上的長(zhǎng)度應(yīng)大于梁高的1.6倍。也可采用漿砌片石堵塞措施。3)對(duì)規(guī)模較大的洞隙,可采用洞底支撐或調(diào)整柱距等方法處理。為了增加頂板巖體的穩(wěn)定性,可用石砌柱或鋼筋混凝土柱支撐。采用此法應(yīng)重點(diǎn)查明洞底以下的穩(wěn)定性。4)溶洞不作處理的情況:a.溶洞被密實(shí)的沉積物填滿(mǎn),承載力大于150 kPa,且無(wú)被水沖蝕的可能性。b.洞體較小,基礎(chǔ)尺寸大于洞的平面尺寸,并有足夠的支撐長(zhǎng)度。c.基巖微風(fēng)化,洞體頂板厚度大于洞跨度。

3.2.2 土洞的處理

1)地下水處理,韶鋼在2000年之前居民飲用水采自地下灰?guī)r水,因?yàn)槌槿〉叵滤?本區(qū)時(shí)有出現(xiàn)地面深陷發(fā)生。2000年我們建議停抽地下水之后,至2009年,有統(tǒng)計(jì)的塌陷只有一次,于2002年發(fā)生在轉(zhuǎn)爐施工區(qū)域。據(jù)后來(lái)調(diào)查分析,可能是轉(zhuǎn)爐樁基施工,擾動(dòng)地下水位引起地面塌陷。2)挖填處理,對(duì)地下水形成的土洞或塌陷,可先挖除軟土,然后用塊石作反濾層,面層用黏土夯實(shí)。2003年,5號(hào)高爐辦公樓西樓梯口出現(xiàn)一個(gè)約2 m直徑塌陷,深約3 m,當(dāng)時(shí)即用毛石混凝土回填,至今穩(wěn)定。3)灌砂處理,用于深層,較大的土洞,施工時(shí)在土洞頂板鉆兩個(gè)鉆孔,其中一個(gè)作出氣孔,灌砂同時(shí)沖水,直到出氣孔冒砂為止。也可用C10混凝土壓力灌注。4)墊層處理,基礎(chǔ)底下用碎石加厚墊層,減小土洞頂板的附加應(yīng)力,降低沉降量。

3.2.3 軟土層的處理

1)深層攪拌處理,利用水泥漿作固化劑,采用深層攪拌機(jī)在地基深部使軟土和固化劑充分拌和,利用固化劑和軟土發(fā)生一系列物理、化學(xué)反應(yīng),使之凝結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)性好和較高強(qiáng)度的水泥加固體,與天然地基形成復(fù)合地基。此法在韶鋼原料取樣棧橋工程、新焦化廠(chǎng)貯煤罐區(qū)得到運(yùn)用,項(xiàng)目均已投入使用,效果良好。2)高壓旋噴處理,利用高壓旋噴設(shè)備把水泥漿與周?chē)馏w強(qiáng)制混合,待膠結(jié)硬化后成為樁體。該法曾用于轉(zhuǎn)爐塔樓樁間土的復(fù)合地基、板坯庫(kù)場(chǎng)地處理,效果良好。

4 結(jié)語(yǔ)

韶鋼廠(chǎng)區(qū)巖溶地層,巖溶、土洞和軟土層相互伴生,相互成因。建設(shè)大型鋼鐵項(xiàng)目,總圖布置在滿(mǎn)足項(xiàng)目工藝要求的前提下,盡可能避開(kāi)巖溶發(fā)育地段,對(duì)工程存在安全隱患的不良地質(zhì)現(xiàn)象應(yīng)作分析、評(píng)價(jià),結(jié)合工程特點(diǎn)、重要性、施工工藝等確定是否處理,如何處理。進(jìn)行地基處理時(shí),應(yīng)把地基、基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)整體考慮,巖溶地層復(fù)雜多變,地基處理要因地制宜,對(duì)復(fù)雜巖溶地基的處理需綜合運(yùn)用多種處理方法,以取得最佳的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效果,韶鋼廠(chǎng)區(qū)巖溶地層的處理措施是值得推廣運(yùn)用的。

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[2]《工程地質(zhì)手冊(cè)》編寫(xiě)委員會(huì).工程地質(zhì)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1992:930-935.

[3]《地基處理手冊(cè)》編寫(xiě)委員會(huì).地基處理手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1993.

[4]曹賢發(fā).桂林巖溶地基巖土工程勘察及處理[J].山西建筑,2009,35(9):124-125.