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(guān)鍵問題是其對沉降敏感。且該處原始地形為武漢市青山區(qū)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(xiàn)原始地貌已不復(fù)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(zhuǎn)爐，填實工作開始于1958年，終于20世紀(jì)90年代中期，鋼渣堆積時，未經(jīng)磁選、篩分及分級分層處理，故鋼渣粒徑大小懸殊，級配無規(guī)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(tài)。

2 場地工程地質(zhì)條件

場地位于武鋼冶金渣公司廠區(qū)內(nèi)，地貌上屬于長江南岸Ⅱ級階地地貌，武鋼建廠投產(chǎn)后逐漸將其挖方、填平、堆積。原始地形已不復(fù)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(biāo)高計，現(xiàn)地面標(biāo)高變化在42.98 m～42.99 m之間。場地勘探深度內(nèi)無地下水。

表1 工程基本情況

3 鋼渣的力學(xué)分析與評價

從鋼渣的力學(xué)指標(biāo)測試結(jié)果來看，無論是野外還是室內(nèi)的測試成果，鋼渣的抗剪強(qiáng)度都比較大，其內(nèi)摩擦角隨密實度增大有所增大。另外，室內(nèi)的抗剪試驗結(jié)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)，這是一個反常現(xiàn)象，分析其原因，這主要是因為現(xiàn)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(nèi)的環(huán)剪試驗，雖然環(huán)的內(nèi)徑較大(φ=20 cm)，但必須剔去大于20 mm的大顆粒進(jìn)行試驗，試驗結(jié)果只能反映鋼渣中小于20 mm顆粒的抗剪強(qiáng)度，因此室內(nèi)環(huán)剪試驗結(jié)果用于工程上是偏安全的。

圖1 環(huán)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(xiàn)明顯拐點(diǎn)，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(jīng)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(tài)層還是中密狀態(tài)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(jié)論中建議鋼渣層的設(shè)計參數(shù)為:除經(jīng)二次搬運(yùn)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(tài)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(tài)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(shè)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(yù)防措施

上面已經(jīng)談到，鋼渣的不穩(wěn)定因素主要是膨脹性問題，游離氧化鈣是導(dǎo)致膨脹的內(nèi)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(biāo)及化學(xué)成分分析測試結(jié)果可知:鋼渣堿性模量Mo=(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)=2.78＞1，呈堿性，其質(zhì)量系數(shù)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(jié)構(gòu)屬穩(wěn)定型。雖然在目前條件下，經(jīng)自然陳化多年的鋼渣已趨穩(wěn)定，但當(dāng)外因條件改變后，鋼渣的穩(wěn)定性如何，尚需進(jìn)行專門研究，在未有此結(jié)論性意見的情況下，應(yīng)防止含有對鋼渣穩(wěn)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(qiáng)度但卻是未經(jīng)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(shù)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(xiàn)象，在長期荷載和振動荷載作用下，有可能產(chǎn)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(qiáng)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(jié)語

在鋼廠的建設(shè)和運(yùn)營過程中，難免不會產(chǎn)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(dāng)時各大鋼廠又沒有具體的規(guī)劃措施，導(dǎo)致在鋼廠的后期運(yùn)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(xué)及化學(xué)方面的分析，提出了今后在此類地基進(jìn)行巖土工程勘察時應(yīng)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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