大型設(shè)備吊裝淤泥性土質(zhì)場(chǎng)地地基處理新方法

李 寧

中石化重型起重運(yùn)輸工程有限公司青島分公司 北京 100029

近年來，大型設(shè)備吊裝“一體化”管理模式在許多大型化工建設(shè)工程中得以廣泛應(yīng)用，但也延伸出很多問題。例如，淤泥性土質(zhì)具有含水量高、密實(shí)度低、流動(dòng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，非常不適宜大型設(shè)備吊裝作業(yè)，需要對(duì)其進(jìn)行處理，以保證大型設(shè)備吊裝工程能夠安全、順利的完成。因此，如何對(duì)淤泥性土質(zhì)進(jìn)行地基處理工作成為很多設(shè)計(jì)、建設(shè)與施工單位都十分關(guān)注的問題。以往采用打樁和制作吊裝專用承臺(tái)的方法進(jìn)行場(chǎng)地處理，該方法雖能滿足吊裝施工要求，但存在前期準(zhǔn)備工作量大，施工周期長(zhǎng)，施工過程不確定性大，投入費(fèi)用高及場(chǎng)地不利于恢復(fù)等一系列問題。以江蘇斯?fàn)柊钍蓟嗦?lián)產(chǎn)項(xiàng)目為90 萬t/ a 甲醇制烯烴（MTO）裝置丙烯精餾塔Ⅰ的吊裝為例，提出了一種針對(duì)淤泥性土質(zhì)地基處理新方法，既保證了大型設(shè)備吊裝施工的安全性，又解決了上述問題。

1 概述

江蘇斯?fàn)柊钍蓟嗦?lián)產(chǎn)項(xiàng)目中90 萬t/ a MTO 裝置丙烯精餾塔Ⅰ凈重1235t，為該項(xiàng)目最重設(shè)備，使用XGC88000 型4000t 級(jí)履帶式起重機(jī)吊裝就位。設(shè)備規(guī)格尺寸為Φ7500×82750mm，材質(zhì)為Q345R，壁厚為56mm，吊裝重量為1425t。

吊裝丙烯精餾塔I（11- T- 5003）時(shí)，XGC88000 型4000t 履帶式起重機(jī)采用重型主臂工況：桿長(zhǎng)為114m，2600t 級(jí)滑車，吊車總重4100t，設(shè)備本體重量為1235t，吊索具重量為190t，合計(jì)總重為5525t。起重機(jī)超起半徑37m，超起配重2100t，就位半徑34m，負(fù)荷率82.8%。

路基箱擺放形式如圖1 所示。

圖1 路基箱擺放形式

單條履帶有效面積：2.2×19.155＝42.141m2；單側(cè)履帶加鋪7 塊路基箱面積：7×7×2.8＝137.2m2；路基箱單塊重量為14.5t，取動(dòng)載系數(shù)為1.2。

吊車對(duì)路基箱的壓力：

5525×1.2÷（42.141×2）=78.7t/ m

吊車對(duì)地壓力：

（5525+14.5×14）×1.2÷（137.2×2）=30.5t/ m2

所以，要求處理后的地耐力最小應(yīng)達(dá)到30.5t/ m2。

2 裝置地質(zhì)情況

2.1 場(chǎng)地位置及地形、地貌

擬建項(xiàng)目場(chǎng)地位于江蘇連云港徐圩新區(qū)石化功能區(qū)，場(chǎng)地原微地貌單元以鹽田為主，地勢(shì)相對(duì)低平。原鹽田地面標(biāo)高大都在2.3m 左右，局部有輸鹵溝渠及取水集水坑，一般深、寬約1m。目前該裝置區(qū)場(chǎng)地已回填整平，整平標(biāo)高約3.2m 左右。場(chǎng)地屬海積平原地貌單元。

2.2 場(chǎng)地地層結(jié)構(gòu)與特征

根據(jù)本次勘察過程中鉆探揭露、取樣分析，以及靜力觸探等手段獲取信息的綜合對(duì)比分析，場(chǎng)地地層自上而下各層土體的依次特征簡(jiǎn)述如下：

（1）①- 1A 層素填土（山皮土）：褐黃色、棕黃色，該層土以近期回填粘性土為主，混有少量碎石、角礫等。在場(chǎng)地上部分布，厚度為0.50～1.60m，平均0.97m；層底標(biāo)高1.61～2.92m，平均2.35m；層底埋深0.50～1.60m，平均0.97m。

（2）①- 1B 層素填土（粘性土）：褐黃色雜褐灰色，主要由可塑- 軟塑狀粘性土組成。場(chǎng)地遍布，厚度為0.70～1.90m，平均1.26m；層底標(biāo)高0.16～1.68m，平均1.09m；層底埋深1.60～3.10m，平均2.22m。

（3）①- 2 層粘土：灰褐色、褐黃色，可塑，下部漸變軟塑，光滑。場(chǎng)地普遍分布，厚度為1.20～2.60m，平均1.87m；層底標(biāo)高- 1.36～- 0.03m，平均- 0.77m；層底埋深3.50～4.60m，平均4.09m。

（4）②層淤泥：灰色、青灰色，流塑，具腥味，無光澤反應(yīng)，局部相變?yōu)橛倌噘|(zhì)粘土，受地基處理影響局部相變?yōu)檐浰苄誀钫惩?。?chǎng)地遍布，厚度為12.60～14.00m，平均13.13m；層底標(biāo)高- 14.22～- 13.54m，平均- 13.90m；層底埋深16.80 ～17.50m，平均17.22m。

2.3 地基土的工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

（1）①- 1A 及①- 1B 層素填土強(qiáng)度較低，中、高壓縮性，不均勻，分布厚度有差異，屬軟弱土；

（2）①- 2 層粘土高壓縮性，強(qiáng)度低，工程性質(zhì)差，屬軟弱土；

（3）②層淤泥，強(qiáng)度低，性質(zhì)不均勻，層位較穩(wěn)定，高壓縮性，工程性質(zhì)差，屬軟弱土。

根據(jù)工程地質(zhì)條件報(bào)告，90 萬t/ a MTO 裝置地基土的構(gòu)成與特征見表1。

表1 90 萬t/ a MTO裝置地基土層的工程地質(zhì)特征一覽表

3 實(shí)施方法及技術(shù)措施

3.1 實(shí)施方法

根據(jù)吊裝方案設(shè)計(jì)的吊車站車位置，辦理動(dòng)土作業(yè)許可證，按圖測(cè)量放線，將吊車站位區(qū)域下挖2500mm，使用20t 震動(dòng)壓路機(jī)反復(fù)震動(dòng)壓實(shí)開挖基槽；再上鋪500mm 厚水穩(wěn)層，使用20t 震動(dòng)壓路機(jī)反復(fù)震動(dòng)壓實(shí)；再上鋪200mm 厚毛石層，每300mm 厚使用20t 震動(dòng)壓路機(jī)反復(fù)縱橫震動(dòng)壓實(shí)；最后上鋪100mm 厚石屑層，使用20t 震動(dòng)壓路機(jī)反復(fù)縱橫震動(dòng)壓實(shí)。

圖2 和圖3 分別為場(chǎng)地處理平面圖和立面圖。圖4為吊車站位地基處理區(qū)域圖。

圖2 場(chǎng)地處理平面圖

圖3 場(chǎng)地處理立面圖

圖4 吊車站位地基處理區(qū)域圖

3.2 技術(shù)措施要求

（1）處理區(qū)域開挖、回填時(shí)，技術(shù)人員和質(zhì)量人員全過程跟蹤，監(jiān)控處理過程中的面積、深度，以及材料質(zhì)量等，對(duì)局部軟弱區(qū)域進(jìn)行加強(qiáng)。

（2）如果所挖地基內(nèi)有積水，要先在周圍開挖集水坑將水排干，或使用抽水機(jī)抽干后，再將底層淤泥整平、晾干，上鋪水穩(wěn)層。詳見圖5。

圖5 基坑開挖

（3）上鋪、整平水穩(wěn)層后，嚴(yán)格執(zhí)行水穩(wěn)層養(yǎng)護(hù)要求，定期灑水促進(jìn)水泥反應(yīng)，至少養(yǎng)護(hù)7d，達(dá)到水穩(wěn)層反應(yīng)強(qiáng)度。

（4）上鋪毛石，大顆粒毛石放下方，大面朝上，碎石及素填土鋪上方，整平后分層壓實(shí)。

（5）鋪墊石屑，整平后場(chǎng)地水平度達(dá)到3‰。見圖6。

圖6 毛石鋪設(shè)

（6）處理后場(chǎng)地標(biāo)高與周邊場(chǎng)地設(shè)置高200mm緩坡，避免在雨水天氣時(shí)吊車場(chǎng)地積水。

（7）吊裝設(shè)備時(shí)，吊車站位要考慮對(duì)地壓力擴(kuò)散角，按30°考慮。本次處理深度2.6m，吊車離場(chǎng)地處理邊緣應(yīng)大于2.6×tan30°=1.5m。

4 校核計(jì)算

首先根據(jù)《GB50007- 2011 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，使用淺層平板載荷試驗(yàn)測(cè)量水穩(wěn)層承載力。利用履帶吊的10t 配重塊做地基沉降檢測(cè)，選擇合適的位置將5 塊配重塊疊壓在一起，以鋼結(jié)構(gòu)立柱基礎(chǔ)上的一點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)（±0.000），均布找出配重塊上的4個(gè)位置，并做好標(biāo)志；將配重塊放置48h 后，每24h 測(cè)量4 個(gè)位置的沉降量，即可得出相關(guān)數(shù)據(jù)。若總沉降量不大于9.6cm（1.6m×0.06=0.096m），則證明處理后的地基滿足吊裝要求。

10t 配重塊的面積：2.496×1.6=3.9936m2

配重塊對(duì)地的壓力：5×10/ 3.9936=12.5t/ m2

經(jīng)過實(shí)際24h 5 塊配重疊壓后檢測(cè)，試驗(yàn)成功，水穩(wěn)層承載力可達(dá)12.5t/ m2。

根據(jù)《GB50007- 2011 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，地基承載力特征值計(jì)算方程見式（1）。

fa=fak+ηbγ（b- 3）+ηdγm（d- 0.5）（1）

式中：fa——修正后的地基承載力特征值；

fak——地基承載力特征值，本次取值12.5t/ m2=12.5×104N/ m2；

ηb、ηd——基礎(chǔ)寬度和埋深的地基承載力修正系數(shù)，按地基下土的類別查承載力修正系數(shù)表取值，分別取ηb=3，ηd=4；

γ——基礎(chǔ)底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度，取水穩(wěn)層土重度γ=2.39×104N/ m2；

b——基礎(chǔ)底面寬度，當(dāng)基寬小于3m 按3m取值，大于6m 按6m 取值，取b=6m；

γm——基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)平均重度，地下水以下取浮重度，取毛石重度γm=1.5×104N/ m2；

d——基礎(chǔ)埋置深度，取d=2m。

因此，得到：

fa=12.5×104+3×2.39×104×（6- 3）+4.4×1.5×104×（2- 0.5）=43.91×104N/ m2=43.91t/ m2

考慮1.1 的安全系數(shù)和1.2 的動(dòng)載系數(shù)，實(shí)際吊車對(duì)地壓強(qiáng)：30.5t/ m2×1.1 ×1.2=40.26t/ m2＜43.91t/ m2，滿足要求。

圖7 和圖8 分別為丙烯精餾塔Ⅰ起吊和就位圖。

圖7 丙烯精餾塔Ⅰ起吊

圖8 丙烯精餾塔Ⅰ就位

5 結(jié)論

目前石油化工工程建設(shè)日趨大型化，隨著生產(chǎn)工藝、制造工藝的不斷改進(jìn)，千噸級(jí)以上的超大型設(shè)備日益增多，對(duì)吊裝行業(yè)提出了更大的挑戰(zhàn)。本方法的成功實(shí)踐，是對(duì)淤泥性地質(zhì)進(jìn)行大型設(shè)備吊裝地基處理的突破性嘗試。該方法符合規(guī)范要求，施工單位可以利用自有資源進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工，設(shè)計(jì)周期短，便于施工，投入成本低，具有很高的實(shí)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

本次提出的針對(duì)淤泥性地質(zhì)進(jìn)行大型設(shè)備吊裝地基處理的新方法，為今后大型設(shè)備吊裝地基處理提出了一個(gè)新思路，可以根據(jù)不同地域的特點(diǎn)，對(duì)軟弱下臥層的土質(zhì)進(jìn)行不同深度的置換，如使用三七灰土、混凝土或壓實(shí)素填土等。只需對(duì)置換后的實(shí)際地耐力檢測(cè)，滿足要求即可。因此，本方法不僅適用于淤泥層，對(duì)其他地耐力不高的地質(zhì)也可采用，具有很高的推廣價(jià)值。