剛果（金）某鋼結(jié)構(gòu)廠房獨(dú)立柱基礎(chǔ)沉降治理工程實(shí)踐

劉 瀛

（中鐵資源集團(tuán)有限公司，北京 100039）

某中資企業(yè)在剛果（金）上加丹加省投資建設(shè)一座大型銅鈷礦，其尾礦壓濾車(chē)間的鋼結(jié)構(gòu)廠房在使用五年之后，廠房第三層的天車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中脫軌掉道，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)的部分獨(dú)立柱基礎(chǔ)發(fā)生較大不均勻沉降，局部沉降達(dá)19.6cm，該廠房已不能繼續(xù)安全使用，必須對(duì)沉降進(jìn)行治理。筆者作為該項(xiàng)目的主要負(fù)責(zé)人，對(duì)基礎(chǔ)沉降的成因進(jìn)行了分析，組織鉆探取樣對(duì)沉降區(qū)域的工程地質(zhì)條件進(jìn)行了分析，繼而根據(jù)工勘的結(jié)果提出了治理措施方案，并組織進(jìn)行了實(shí)施，最終取得了較好的治理成果。

1 項(xiàng)目基本概況

項(xiàng)目位于剛果（金）上加丹加?。↘atanga）南部綠紗鎮(zhèn)（Luishia），與贊比亞銅帶省接壤，地理坐標(biāo)：東經(jīng) 27°，南緯 11°，為一座年產(chǎn)陰極銅3.5萬(wàn)噸，鈷金屬1500噸的大型銅鈷礦。該項(xiàng)目2013年分步建成投產(chǎn)，其中，壓濾車(chē)間主廠房為一長(zhǎng)72米，寬21米三層鋼結(jié)構(gòu)廠房，2013年中期投入使用。2019年8月2日，廠房第三層的天車(chē)在行進(jìn)過(guò)程中脫軌掉道，險(xiǎn)些釀成安全事故。8月5日，維修人員對(duì)天車(chē)進(jìn)行了修復(fù)之后，試運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)天車(chē)南側(cè)的兩個(gè)滾輪與軌道之間出現(xiàn)局部懸空，也即“三條腿”現(xiàn)象，懷疑天車(chē)梁不平。繼而檢查發(fā)現(xiàn)天車(chē)梁下的立柱牛腿支撐不水平，從而發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)廠房的立柱局部下沉。該廠房南北兩側(cè)各由13根立柱支撐，形成12垮，每垮長(zhǎng)6米，廠房長(zhǎng)度72米（如圖1所示）。經(jīng)測(cè)量人員檢查，發(fā)現(xiàn)廠房南側(cè)13根立柱中的第8、第9、第10、第11根立柱發(fā)生較大不均勻沉降，分別下沉9.7cm 、19.8cm、16.3cm、14.2cm，而其他立柱高程誤差均在1cm范圍內(nèi)。

2 沉降原因分析

圖1 壓濾車(chē)間基礎(chǔ)平面圖

廠房南側(cè)，發(fā)生沉降范圍內(nèi)分布有兩個(gè)攪拌罐、一個(gè)泵池和8臺(tái)水泵。廠房?jī)?nèi)八臺(tái)壓濾機(jī)壓濾作業(yè)后的酸性溶液，經(jīng)回水管和水溝匯入泵池，經(jīng)八臺(tái)水泵排回主廠區(qū)。也就是說(shuō)，沉降范圍常年濕式作業(yè)。進(jìn)一步查閱該部分工程的設(shè)計(jì)資料，該廠房地面、水溝、泵池間地面、泵池和水泵基礎(chǔ)均應(yīng)進(jìn)行耐酸防腐防滲處理。而經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)該部分工程的防腐結(jié)構(gòu)已經(jīng)破壞，且部分工程（比如廠房地面）未按設(shè)計(jì)防腐施工，從而判斷該區(qū)域的防腐和防滲未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。酸性液體下滲進(jìn)入地基土層，地基土承載力下降，從而造成廠房獨(dú)立柱基礎(chǔ)沉降。

3 工勘驗(yàn)證情況

圖2 治理方案示意圖

為了確定合理的沉降治理方案，2019年11月初，項(xiàng)目業(yè)主委托工勘單位在沉降區(qū)域施工了四個(gè)工程勘察孔，孔深10米。在勘察孔內(nèi)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn)和重型動(dòng)力觸探實(shí)驗(yàn)，采集原狀土樣20件，并進(jìn)行土工試驗(yàn)。11月下旬，工勘單位提交了《某項(xiàng)目壓濾車(chē)間地基沉降檢測(cè)巖土工程勘察報(bào)告》。結(jié)論認(rèn)為，原柱基礎(chǔ)的持力層為粉質(zhì)粘土，孔隙率大，滲透系數(shù)大，具有濕陷性。受酸泵池漏液影響，沉降區(qū)域內(nèi)本土層的含水率極大，土層處于軟塑狀態(tài)。勘察報(bào)告顯示，淺層濕陷性土厚度3.4m-5.8m，其下伏為粉砂質(zhì)泥巖工程地質(zhì)條件非常好。

4 沉降治理方案

根據(jù)工勘結(jié)果，采用樁基礎(chǔ)，穿過(guò)軟弱粘土層，以粉砂質(zhì)泥巖作為樁端持力層，可以取得較高承載力。為此，確定治理方案：沿廠房立柱布置的軸線方向，在每根柱基礎(chǔ)的兩側(cè)分別施工人工挖孔樁，挖孔樁直徑0.8米，孔深（樁長(zhǎng)）約6～8米，以進(jìn)入粉砂質(zhì)泥巖1米為準(zhǔn)，孔內(nèi)灌注C20砼，樁頂面預(yù)埋一塊鋼板，以便焊接立柱支撐。在灌注樁上部，用工字鋼作為立柱與第一層平臺(tái)鋼梁連接，如圖2所示。方案設(shè)計(jì)意圖是，用獨(dú)立柱基礎(chǔ)兩側(cè)的人工挖孔樁基礎(chǔ)替代原基礎(chǔ)，從而保證建（構(gòu)）筑物不再發(fā)生下沉。

5 治理工程實(shí)踐

2020年3月～4月，業(yè)主按照前述方案對(duì)鋼結(jié)構(gòu)廠房的沉降進(jìn)行了治理。因?yàn)橹A(chǔ)與柱基礎(chǔ)之間存在連續(xù)梁，為了不破壞該連續(xù)梁的整體結(jié)構(gòu)，施工時(shí)將布置在柱基礎(chǔ)兩次的一個(gè)挖孔樁，調(diào)整為兩個(gè)挖孔樁，布置在連續(xù)梁的兩側(cè)，再將兩個(gè)挖孔樁用一個(gè)梁連成一個(gè)整體。如圖3所示：

在四根發(fā)生沉降的獨(dú)立柱基礎(chǔ)兩側(cè)，分別施工兩個(gè)人工挖孔樁，為了保證挖孔過(guò)程中的安全，采用鋼護(hù)筒進(jìn)行護(hù)壁，挖孔樁進(jìn)入粉砂質(zhì)泥巖1米后終孔。孔內(nèi)設(shè)鋼筋籠，灌注C30砼，形成鋼筋砼樁，如圖4；16根挖孔樁兩兩相連，形成分布在四根柱基礎(chǔ)兩側(cè)的八根鋼筋砼梁，如圖5；梁的頂部與上部鋼結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)位置預(yù)埋一塊30×30cm厚度20mm鋼板。待鋼筋混凝土梁養(yǎng)護(hù)10日以上，達(dá)到一定強(qiáng)度之后，將已發(fā)生沉降的鋼立柱切斷，用千斤頂將鋼立柱抬升復(fù)位， 如圖6；在挖孔樁暗梁與鋼結(jié)構(gòu)廠房第一層平臺(tái)梁之間，用工字鋼立柱做支撐，形成新的支撐結(jié)構(gòu)，如圖7；然后用鋼板補(bǔ)償焊接恢復(fù)被切斷的鋼立柱，如圖8，鋼結(jié)構(gòu)廠房獨(dú)立柱基礎(chǔ)沉降得到完好的治理修復(fù)。

圖3 挖孔樁與柱基礎(chǔ)平面關(guān)系圖

6 工程建議與思考

（1）本項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)階段，沒(méi)有依據(jù)詳細(xì)的工勘資料，從而造成獨(dú)立柱基礎(chǔ)的地基沒(méi)有得到很好的處理。如果當(dāng)初該項(xiàng)目進(jìn)行了詳細(xì)的工勘，獨(dú)立柱有可能采用樁基礎(chǔ)，或者獨(dú)立柱下的地基土進(jìn)行全面換填，可以避免因地基土的濕陷性沉降，從而造成獨(dú)立柱基礎(chǔ)下沉。

（2）建設(shè)期的施工管理問(wèn)題。造成本項(xiàng)目地基土濕陷的原因之一，是廠房地面、水溝、泵池間地面、泵池、水泵基礎(chǔ)未嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)進(jìn)行防腐和防滲處理，從而造成酸性液體下滲，改變了地基土的工程特性。究其原因在于，項(xiàng)目建設(shè)期業(yè)主沒(méi)有委托施工監(jiān)理，且項(xiàng)目業(yè)主將土建工程和防腐工程分別向兩個(gè)單位發(fā)包，從而造成兩個(gè)施工工序沒(méi)有很好的銜接，造成工程質(zhì)量缺陷。如果項(xiàng)目業(yè)主將土建工程和防腐工程發(fā)包給一家施工單位總包，即使總包單位將防腐工程分包，也可以避免工序銜接問(wèn)題。

（3）由于本項(xiàng)目持力層埋深僅5～6米，因此，本項(xiàng)目的樁基礎(chǔ)受力形式為端承樁。假如，持力層埋深較大或者在一定深度范圍內(nèi)沒(méi)有理想的持力層，通過(guò)設(shè)計(jì)合理的樁長(zhǎng)，采用摩擦樁提供受力支撐，采用本工程方案，也可以實(shí)現(xiàn)沉降治理的目的和效果。

圖4 已澆筑完成的人工挖孔樁

圖5 挖孔樁連接成暗梁

圖6 切割鋼梁頂升復(fù)位

圖7 梁與第一層平臺(tái)間支撐立柱

圖8 鋼立柱復(fù)位后補(bǔ)焊修復(fù)