武鋼冶金渣升壓泵房工程鋼渣地基分析與評價

陳 波

1 工程概況

武鋼冶金渣公司升壓泵房異地改造工程擬建建筑物的情況見表1。

上述兩建筑物的荷載均為150 kPa，關鍵問題是其對沉降敏感。且該處原始地形為武漢市青山區龍角湖一角，地勢低洼，地貌單元屬長江右岸一級階地地貌。武鋼建廠后逐漸將其填平，現原始地貌已不復存在，整個場地均被鋼渣填實。本場地鋼渣來源于武鋼的平爐、轉爐，填實工作開始于1958年，終于20世紀90年代中期，鋼渣堆積時，未經磁選、篩分及分級分層處理，故鋼渣粒徑大小懸殊，級配無規律，大者粒徑超過1 m，且見鋼渣“鍋底”分布，總體看，粗顆粒居多，大于2 mm顆粒含量一般超過50%，屬于角礫土范圍，呈干、中密狀態。

2 場地工程地質條件

場地位于武鋼冶金渣公司廠區內，地貌上屬于長江南岸Ⅱ級階地地貌，武鋼建廠投產后逐漸將其挖方、填平、堆積。原始地形已不復存在，整個場地均被鋼渣填實，形成一高約10 m的小山包，以孔口標高計，現地面標高變化在42.98 m～42.99 m之間。場地勘探深度內無地下水。

表1 工程基本情況

3 鋼渣的力學分析與評價

從鋼渣的力學指標測試結果來看，無論是野外還是室內的測試成果，鋼渣的抗剪強度都比較大，其內摩擦角隨密實度增大有所增大。另外，室內的抗剪試驗結果表明(見圖1)，鋼渣的凝聚力為零，但野外大剪試驗均存在凝聚力值(見表2)，這是一個反?，F象，分析其原因，這主要是因為現場在做大剪試驗時，剪切面上粗大的鋼渣顆粒相互咬合所致，造成一個“視凝聚力”，而室內的環剪試驗，雖然環的內徑較大(φ=20 cm)，但必須剔去大于20 mm的大顆粒進行試驗，試驗結果只能反映鋼渣中小于20 mm顆粒的抗剪強度，因此室內環剪試驗結果用于工程上是偏安全的。

圖1 環剪試驗圖

表2 野外大剪試驗表

從野外平板載荷試驗P—S曲線上可明顯看出(見表3，圖2)，不同密度的鋼渣層載荷試驗曲線均未出現明顯拐點，試驗過程是一個加載壓密過程，而總沉降量都不是很大，從而可推斷，該鋼渣層經壓實后，其承載力會更高，目前在沒有大的振動荷載作用情況下，無論是稍密狀態層還是中密狀態層，均可滿足擬建建筑物的荷載要求。

表3 載荷試驗P—T—S匯總表

綜合以上成果，在本次勘察結論中建議鋼渣層的設計參數為:除經二次搬運新近堆積的松散鋼渣層不宜直接作為擬建建筑物地基外，稍密狀態鋼渣重度 γ=22.5 kN/m3，承載力特征值fak=230 kN，變形模量E0=18.0 MPa。中密狀態鋼渣重度 γ=24.0 kN/m3，承載力特征值 fak=400 kN，變形模量 E0=30.0 MPa。在該工程的設計和施工中均收到了良好效果。

4 可能存在的巖土工程問題及預防措施

上面已經談到，鋼渣的不穩定因素主要是膨脹性問題，游離氧化鈣是導致膨脹的內因，水的作用是其外因。本次針對鋼渣活性問題取10組鋼渣試樣，由物理指標及化學成分分析測試結果可知:鋼渣堿性模量Mo=(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)=2.78＞1，呈堿性，其質量系數k=(CaO+MgO+Al2O3)/(SiO2+MnO)=3.23 ＞1.9，呈高活性，蒸煮粉化率波動上限 fu=4.10% ＜5%，鋼渣結構屬穩定型。雖然在目前條件下，經自然陳化多年的鋼渣已趨穩定，但當外因條件改變后，鋼渣的穩定性如何，尚需進行專門研究，在未有此結論性意見的情況下，應防止含有對鋼渣穩定性不利的溶液排泄到本場地鋼渣層中。另外本場地鋼渣雖有一定強度但卻是未經處理的自然堆積物，顆粒大小懸殊，級配極不均勻，密實度也欠佳，除中密層壓實系數為0.97外，稍密層為0.88，松散層更差僅為0.79，有些地段鋼渣還有架空現象，在長期荷載和振動荷載作用下，有可能產生不均勻的壓密變形，給建筑物帶來不利影響，因此建議鋼渣地基采用強夯或其他地基處理方法，以改良鋼渣的建筑性能。

圖2 載荷試驗P—S曲線圖

5 結語

在鋼廠的建設和運營過程中，難免不會產生諸如鋼渣、粉煤灰等冶金渣材料。對于處理這些冶金渣材料當時各大鋼廠又沒有具體的規劃措施，導致在鋼廠的后期運營中，又要在這些地方新建一些輔助建筑的時候遇到鋼渣等地基問題。

本文闡述的問題是眾多鋼渣、粉煤灰等地基問題中的一個實例。通過對鋼渣地基的力學及化學方面的分析，提出了今后在此類地基進行巖土工程勘察時應解決的一些問題，對此類地基勘察有一定的實際意義。

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