“砂石換填+條形基礎(chǔ)”在沿海強(qiáng)夯置換地基的應(yīng)用

馬翎凱，王曉峰

（山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司，山東 日照 276800）

1 前言

隨著我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，煤炭消耗量也日漸增加，導(dǎo)致二氧化硫等大氣主要污染物的總排放量不斷增加。山鋼日照公司為積極響應(yīng)國家環(huán)保要求，決定為1#、2#高爐熱風(fēng)爐配建煙氣凈化裝置。項(xiàng)目采用“SDS脫硫工藝”，增設(shè)了煙氣脫硫設(shè)施，不僅解決了二氧化硫等大氣污染物的排放問題，也為企業(yè)的長期穩(wěn)定高效生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。項(xiàng)目在施工過程中，樁基礎(chǔ)進(jìn)度緩慢。鑒于此處為已進(jìn)行過強(qiáng)夯置換的沿海地區(qū)地基，通過地基檢測(cè)確認(rèn)后，對(duì)原基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了優(yōu)化，將鉆孔灌注樁改為“砂石換填+條形基礎(chǔ)”，既縮短了施工工期，同時(shí)也為企業(yè)間接創(chuàng)造了效益。

2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案

2.1 項(xiàng)目主要構(gòu)建、構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)形式

除塵器平臺(tái)采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，墻體采用砌體圍護(hù)，基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)。分析小屋采用磚混結(jié)構(gòu)。管道支架及平臺(tái)采用鋼結(jié)構(gòu)。風(fēng)機(jī)采用鋼筋混凝土基礎(chǔ)。

2.2 原樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案存在的問題

高爐熱風(fēng)爐煙氣脫硫項(xiàng)目原設(shè)計(jì)采用樁基礎(chǔ)，除塵本體框架基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁。項(xiàng)目開工后，施工進(jìn)度緩慢（基礎(chǔ)施工圖見圖1）。一是由于該區(qū)域原始地貌為濱海，建廠初期經(jīng)人工回填而成陸地，后來又采用強(qiáng)夯置換地基的處理方式進(jìn)行加固，因此鉆孔灌注樁需要穿透地下的強(qiáng)夯置換石塊層，并且鉆孔灌注樁的平均深度在20 m以上。該地區(qū)地下水位高，樁基鉆孔易塌孔、難成孔，導(dǎo)致鉆孔灌注樁的施工難度大。二是高爐熱風(fēng)爐煙氣脫硫項(xiàng)目作為煉鐵區(qū)域的完善項(xiàng)目，設(shè)計(jì)樁基距離原有建筑物很近，在鉆孔灌注樁的施工過程中，存在擾動(dòng)原有地基的可能。特別是A軸鉆孔灌注樁基礎(chǔ)距離地下電纜隧道較近，施工存在破壞電纜隧道的風(fēng)險(xiǎn)。另外，該施工區(qū)域狹小，基本無法提供鉆孔灌注樁的施工場(chǎng)地，只能組織2臺(tái)鉆機(jī)同時(shí)施工。

圖1 原基礎(chǔ)施工圖

經(jīng)與相似工程測(cè)算比較，發(fā)現(xiàn)本工程樁基的施工、養(yǎng)護(hù)、檢測(cè)至少需40 d，無法保證項(xiàng)目按期順利投產(chǎn)。綜合以上因素，若繼續(xù)采用鉆孔灌注樁的基礎(chǔ)施工方式，將嚴(yán)重影響項(xiàng)目的投用時(shí)間，配煤結(jié)構(gòu)調(diào)整的實(shí)現(xiàn)時(shí)間也將因此推遲。

2.3 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案的變更

通過詳細(xì)研究設(shè)計(jì)圖紙以及相關(guān)資料，并與設(shè)計(jì)人員溝通后，認(rèn)為建廠初期進(jìn)行的強(qiáng)夯置換處理極大地改善了地層的工程性質(zhì)，并且有效地消除了該場(chǎng)地的地震液化，因此嘗試用前期強(qiáng)夯置換處理后的地基作為除塵本體框架基礎(chǔ)的持力層。

由于原高爐區(qū)域地勘報(bào)告只針對(duì)已有的熱風(fēng)爐等構(gòu)筑物地基進(jìn)行了勘察，本項(xiàng)目基礎(chǔ)施工區(qū)域基本為空白區(qū)，為探究其可行性，查明場(chǎng)地地層的工程性質(zhì)，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù)，因此決定對(duì)該場(chǎng)地地基進(jìn)行檢測(cè)。由于擬用深度4 m左右的砂層為地基持力層，為節(jié)省檢測(cè)時(shí)間以及相關(guān)人力、物力，將本次檢測(cè)的主要目的層鎖定為深度4～10 m的砂層。根據(jù)原高爐區(qū)域地勘報(bào)告以及后期的回填、強(qiáng)夯置換以及地基檢測(cè)情況，可知本場(chǎng)地地貌單元為濱海淺灘，原始地形由東向西緩慢降低。地下水為潛水，水位埋深約1.2 m左右；本場(chǎng)地淺部地層分布復(fù)雜，有人工填土以及軟土；深層地層比較穩(wěn)定，主要為砂土及可塑狀態(tài)以上的黏性土，下伏基巖。本次檢測(cè)主要分布的地層如下：

①層：素填土。成分以回填的塊石、碎石為主，空隙充填砂及黏性土。雜色，稍密-中密，一般塊徑2～7 cm，最大30 cm，不均勻，場(chǎng)地表層為35 cm混凝土路面。擬建場(chǎng)地1#高爐區(qū)域回填塊石、碎石較厚，2#高爐區(qū)域回填以砂性土為主。

②層：粉質(zhì)黏土?；液稚伤埽僭S砂粒和碎石。土質(zhì)不均勻，無搖振反應(yīng)，切面稍光滑，韌性中等，干強(qiáng)度中等。

③層：中粗砂。黃褐色-灰黃色，中密-密實(shí)，飽和。主要成分為石英、長石，偶見貝殼碎屑。顆粒級(jí)配不良，局部含少量黏粒。

④層：粉細(xì)砂?；液稚?，稍密-中密，飽和。成分為長石、石英，局部含少量黏性土成分，含較多貝殼碎片。

為評(píng)價(jià)墩間土密實(shí)度、稠度等工程性質(zhì)，判斷地基承載力，評(píng)價(jià)消除砂土地震液化的效果，檢測(cè)單位采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè)數(shù)據(jù)分析。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)在清除表層路面硬化層后，從地表向下約0.5 m開始，每隔1.0～1.5 m進(jìn)行一次標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，測(cè)試深度為10 m。各標(biāo)貫數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

根據(jù)表1數(shù)據(jù)，可以判定各層土經(jīng)強(qiáng)夯置換處理后標(biāo)貫擊數(shù)較高，且標(biāo)貫擊數(shù)離散性較低。依據(jù)修正后的擊數(shù)判斷砂土均處于中密-密實(shí)狀態(tài)，且以中密狀態(tài)為主；黏性土處于可塑狀態(tài)。

表1 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)

根據(jù)本次檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，依據(jù)JCJ 340—2015《建筑地基檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》判定地基承載力特征值，詳見表2。

表2 各土層地基承載力

根據(jù)標(biāo)貫擊數(shù)與本場(chǎng)地檢測(cè)報(bào)告的地震參數(shù)，計(jì)算判定場(chǎng)地飽和砂土、粉土的地震液化，發(fā)現(xiàn)通過強(qiáng)夯置換處理，本場(chǎng)地的飽和砂土、粉土在抗震技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的地震條件下不會(huì)產(chǎn)生液化現(xiàn)象。由此得出如下結(jié)論：本場(chǎng)地經(jīng)過強(qiáng)夯置換處理，10 m以上地層的工程性質(zhì)得到有效改善。在擬建場(chǎng)區(qū)，場(chǎng)地?zé)o軟弱土層，適合采用淺基礎(chǔ)。強(qiáng)夯置換消除了該場(chǎng)地的地震液化。

檢測(cè)報(bào)告給出如下建議：基槽開挖應(yīng)符合相關(guān)的施工規(guī)范，避免擾動(dòng)地基土?；坶_挖后必須組織相關(guān)單位進(jìn)行驗(yàn)槽，驗(yàn)槽完畢后應(yīng)盡快封閉，避免地基土受凍或曝曬。槽底如出現(xiàn)地下水，應(yīng)降至基槽以下0.5～1.0 m。建議以第③層中粗砂作為淺基礎(chǔ)的地基持力層。如果基礎(chǔ)埋置深度達(dá)不到第③層中粗砂頂板，可以采用換填墊層法，將地基加高至基礎(chǔ)埋置深度，換填材料可以選用碎石或級(jí)配砂。

以上檢測(cè)報(bào)告確認(rèn)擬建場(chǎng)地范圍內(nèi)無軟弱土層，無須采用鉆孔灌注樁，采用優(yōu)化后的設(shè)計(jì)可以達(dá)到地基承載力要求，可以在本工程使用［1］。因此，將高爐熱風(fēng)爐煙氣脫硫項(xiàng)目的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)由鉆孔灌注樁改為“砂石換填+條形基礎(chǔ)”，以縮短施工工期。

2.4 “砂石換填+條形基礎(chǔ)”基礎(chǔ)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案

具體地基處理方式為：將設(shè)計(jì)基礎(chǔ)落于中砂層上，基礎(chǔ)下方采用級(jí)配碎石進(jìn)行換填，換填墊層深度約1.5～2.0 m，寬度為基礎(chǔ)外邊緣外擴(kuò)0.5 m，并將原回填土進(jìn)行壓實(shí)，要求壓實(shí)系數(shù)≥0.97，地基承載力特征值≥200 kPa。采用機(jī)械壓實(shí)，壓實(shí)要求最后兩遍的壓實(shí)高度≮5 mm。開挖基槽時(shí)，不應(yīng)擾動(dòng)土的原狀結(jié)構(gòu)，否則應(yīng)挖除擾動(dòng)部分。當(dāng)采用機(jī)械挖土?xí)r，在基礎(chǔ)底設(shè)計(jì)標(biāo)高以上，預(yù)留適當(dāng)厚度（＞300 mm）的土，待基礎(chǔ)施工時(shí)再挖至基礎(chǔ)底設(shè)計(jì)標(biāo)高?；A(chǔ)施工完經(jīng)檢驗(yàn)合格后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行基坑回填，回填土壓實(shí)系數(shù)≥0.94，室內(nèi)外回填至設(shè)計(jì)地坪標(biāo)高后，方可進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)施工。設(shè)計(jì)變更后基礎(chǔ)施工圖見圖2。

圖2 設(shè)計(jì)變更后基礎(chǔ)施工圖

2.5 應(yīng)用情況

采取“砂石換填+條形基礎(chǔ)”基礎(chǔ)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案后，高爐熱風(fēng)爐煙氣脫硫項(xiàng)目雖然增加了基礎(chǔ)混凝土、鋼筋、級(jí)配砂石、土方開挖等工程量，增加了約幾十萬的施工成本，但工期提前約15 d，為企業(yè)早日進(jìn)行配煤結(jié)構(gòu)調(diào)整創(chuàng)造了條件。按照配煤結(jié)構(gòu)調(diào)整后企業(yè)每月節(jié)省約9 000萬的成本計(jì)算，間接為企業(yè)增效約4 500萬元。

3 結(jié)語

在已經(jīng)進(jìn)行強(qiáng)夯置換的沿海地區(qū)地基中施工樁基，難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出在其他形式地基中的樁基施工。尤其是原系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)的改造完善項(xiàng)目，由于設(shè)計(jì)樁基離原有建筑物或構(gòu)筑物很近，稍有不慎就會(huì)擾動(dòng)原有的地基和結(jié)構(gòu)，造成原結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不均勻沉降，輕則影響生產(chǎn)運(yùn)行，重則關(guān)系到人員和結(jié)構(gòu)的安全。強(qiáng)夯置換處理可以極大地改善填海區(qū)域的工程性質(zhì)，并能有效消除場(chǎng)地的地震液化和軟弱土層，絕大多數(shù)情況下適合淺基礎(chǔ)的施工。本次高爐熱風(fēng)爐煙氣脫硫項(xiàng)目采用的“砂石換填+條形基礎(chǔ)”基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，在沿海地區(qū)強(qiáng)夯置換地基的處理中具有借鑒和推廣意義。