天鋼3 200 m3高爐施工設計及要點

孫昌明

（天津二十冶建設有限公司，天津300301）

天鋼3 200 m3高爐施工設計及要點

孫昌明

（天津二十冶建設有限公司，天津300301）

天津鋼鐵集團有限公司3 200 m3高爐工程新建過程中，為解決在軟土地基上設置重型軌道式起重機的難題，根據地質情況，地基處理由下至上采用三七灰土換填、滿鋪木枕、級配碎石、鋼桁架的施工方法，擴大了塔吊基礎承壓面積，增加了鋼軌的整體穩定性，塔吊在使用期間沒有出現任何問題，保證了高爐結構安裝工程的正常進行。

高爐；重型軌道式塔吊；軟土地基

1 工程概況

根據標前施工組織設計，天津鋼鐵有限公司高爐本體、熱風爐本體鋼結構及工藝設備的安裝選用DBG 3000型（3 000 t·m）塔式起重機。但在軟土地基上設置重型軌道式起重機，基礎設計是一個難題。

DBG 3000型（3 000 t·m）塔式起重機自重約620 t，行走速度10 m/min，行駛范圍150 m，軌道類型50 kg/m，垂直輪壓280 kN，側向輪壓40 kN，如圖1所示。

DBG 3000型塔吊總計算負荷468.7 A，最大起動電流930 A，功率353.5 kW。在多機使用中，須保證機內電壓降不大于7%，總的電壓降不大于5%。若不能滿足上述要求，則需設置專用電源線或專用變壓器。

根據本工程施工圖設計階段巖土工程勘察報告，場地內地下水屬潛水，埋深在地表下約2 m，地下水位的變化受大氣降水和海河河水漲落的影響，豐水季節水位將會略有上升。其巖性特征由上至下如表1所示。

2 地基驗算

根據場地地質情況，地基處理采用以下方案：

用三七灰土對地基進行2 m深換填；

為擴大承壓面積，在灰土路基上滿鋪木枕，然后在木枕上鋪設0.7 m厚的級配碎石；

為增加鋼軌的整體穩定性，在木枕上設置45 a工字鋼、32a工字鋼及63×6角鋼組成鋼桁架，鋼軌座在鋼桁架上。

2.1 設計條件

三七灰土2 m厚，壓力擴散角28°，重度17.5 kN/m3。碎石道床取0.7 m厚，碎石壓力擴散角30°，碎石重度15 kN/m3。塔吊基礎斷面圖見圖2。

軌枕采用標準木枕2 500×300×250 mm，鋼軌采用50 kg/m。

圖1 塔吊車輪圖

計算單元取7 m×5 m，垂直輪壓280 kN，忽略側向輪壓，四條鋼軌鋪設106 m長。

2.2 持力層驗算

容許承載力修正：

灰土重度：γm＝17.5 kN/m3；

灰土底面寬：b=5+2×2×tg28°＝7.13m，d=2 m；

灰土下粉質粘土浮重度γ=18.60-10=8.60 kN/ m3；

粉質粘土ηb= 0.3，ηd=1.5；

fa= fab+ηbγ（b-3）+ηdγm（d-0.5）=80+ 0.3×8.60×（7.13-3）+1.5×16×（2-0.5）=126.66 kPa；

基底平均壓力：

∑N＝12×280+7×5×15×0.7+7×7.13×2× 17.5=5 474.35 kN

pk=∑N/A=5 474.35/7.13×7=109.68 kPa＜fa=126.66 kPa（滿足）

2.3 灰土上表面驗算

灰土上表面平均壓力：

在灰土路基上滿鋪木枕，計算單元取7 m×5 m，則：

∑N＝12×280+7×5×15×0.7=3 727.5 kN；pk=∑N/A=3 727.5/7×5=106.5 kPa；

灰土上表面平均壓力要求大于110 kPa。

2.4 軟弱下臥層驗算

下臥層承載力修正：

埋置深度d=3.5 m；

平均重度γm=（1.7×16+0.3×16+0.9×8.6+ 0.6×8.2）/3.5=12.76 kN/m3

淤泥質土ηb= 0，ηd=1.0；

容許承載力修正：

faz= fab+ηbγ（b-3）+ηdγm（d-0.5）=85+0+ 1.0×12.76×（3.5-0.5）=123.29 kPa

下臥層頂面處壓力：

表1 土層情況

圖2 塔吊基礎斷面圖

自重壓力：

pcz=1.7×16+0.3×16+0.9×（18.6-10）+0.6×（18.2-10）=44.66 kPa；

根據建筑地基基礎設計規范GB5007-2011，

z/b=1.5/7.13=0.21＜0.25，壓力擴散角θ=0°

Z為基礎底面至軟弱下臥層頂面處的距離，附加壓力：

pz=lb（pk-pc）/（b+2ztan0°）（l+2ztan0°）

=7×7.13×{109.68-（16×1.7+16×0.3）}/（7.13+2×1.5×tan0°）（7+2×1.5×tan0°）=77.68 kPa；

作用在軟弱下臥層頂面處附加壓力和自重壓力之和：

pz+ pcz=77.68+44.66=122.34 kPa＜faz=123.29 kPa（滿足）

3 施工要點

3.1 路基施工

首先測量定位，確定路基范圍，在路基四周布置18眼深井，井深12 m，降低地下水位。

挖土在降水七天后進行，實際從自然地面下挖2.6 m才見到老土層，基底土晾曬2～3天后，鋪300厚灰土，用14 t振動壓路機進行碾壓，灰土壓實系數按規范要求≥0.95，在灰土壓實500 mm厚后，我們請天津市金海技術開發公司做靜載荷試驗，數據如表2所示。

通過靜載荷試驗，持力層的地基承載力＞120 kPa，滿足設計要求。

施工過程中灰土土料使用粉質粘土，不宜使用塊狀粘土和砂質粉土，不得含有松軟雜質，其顆粒不得大于15 mm。石灰用新鮮的消石灰，其顆粒不得大于5 mm。

灰土用機械翻拌，不少于3遍，使其達到均勻，顏色一致，并適當控制含水量，現場以手握成團，兩指輕捍即散為宜。

根據施工現場施工條件，灰土分層分段施工，每層虛鋪厚度200～300 mm，用14 t的振動壓路機振壓4～6遍。分段施工時，上下兩層的縫距不得小于500 mm，接縫處夯壓密實。拌合均勻后的灰土應當時使用完，3天內不得受水浸泡。灰土夯實后，用環刀法檢驗灰土的施工質量，每10～20 m一點，取樣點應位于每層厚度的2/3深度處，檢驗合格后進行下一層的施工。在灰土施工到自然地面時，請天津市金海技術開發公司做靜載荷試驗。數據如表3所示。

表2 靜載荷試驗結果

表3 振壓后的靜載荷試驗結果

圖3 塔吊基礎鋼架圖

通過靜載荷試驗，灰土上表面承載力＞140 kPa，滿足設計要求。

3.2 軌道施工

首先在灰土路基上滿鋪兩排木枕，木枕間相互擠緊，不松動，然后在木枕上用ZL50裝載機鋪設0.7 m級配碎石道床，用推土機推平并穩壓3遍后，用人工找平，高低誤差在40 mm以內，如圖3所示。

在道床上擺放軌枕、墊板，吊裝鋼架，安裝釘道，抬道、打鎬、撥道。軌枕間距520 mm（相當于1 920根/km）。

在鋼架上彈出墨線，鋼軌就位后用膠墊、薄鐵片找平。扣件采用標準扣件，間距400 mm，扣板后鐵座在軌向、高低、水平調整完后焊接在鋼板上。

為保證軌距，每節軌道安裝軌距拉桿3根，在軌腰鉆眼，安裝位置中間1根，接頭處兩側各1根。最后安裝車擋，補充道碴，壓道試車。軌道敷設符合下列要求：

軌道同一截面軌頂高差≤25 mm；

軌距偏差1 505≤2 mm；

軌距偏差12 000≤5 mm；

鋼軌接頭處高低差≤1 mm；

鋼軌直線度（任意2 m內）≤1 mm；

軌道每長10 m的標高差≤30 mm；

鋼軌接頭間隙（軌長12 m時），北方地區10℃時1.5 mm。

塔吊在9個月的使用期間，塔吊基礎沒有出現任何問題，保證了高爐結構安裝工程的正常進行。

[1] 殷永安，葉書麟．土力學及基礎工程[M]．北京：中央廣播電視大學出版社，2010.

[2] GB5007-2011，建筑地基基礎設計規范[S].

[3] GB50202-2002，建筑地基基礎工程施工質量驗收規范[S].

[4] JGJ79-2012，建筑地基處理技術規范[S].

Critical Points of 3 200 m3BF Construction in TISC

SUN Chang-ming
（Tianjin MCC 20, Tianjin 300301, China）

During the construction of 3 200 m3BF project at Tianjin Iron & Steel Group Co., Ltd. (TISC), in order to tackle the difficulty of setting up heavy rail type crane on soft soil foundation, according to geological conditions, the foundation is treated with a method of lime earth replacement, full wood sleeper laying, graded crushed stone and steel truss from lower part to upper part is adopted to enlarge the pressure bearing area of tower crane foundation and improve the overall stability of steel rail. The tower crane shows no problem during service and the normal execution of blast furnace structure installation is ensured.

blast furnace; heavy; rail type; tower crane; soft soil; foundation

10.3969/j.issn.1006-110X.2014.05.017

2014-05-10

2014-05-28

孫昌明（1962—），男，天津人，高級工程師，主要從事冶金建筑工程專業技術及管理工作。