石家莊煉化脫硫改造項目工程地質(zhì)勘察和巖土工程評價

曹偉偉

（唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，河北 唐山 063299）

1 工程概況

石家莊煉化分公司脫硫改造工程建設(shè)場地位于石家莊煉油廠東南角，公用工程部綜合樓東側(cè)，煤棚西北側(cè)。主要擬建裝置有脫硫裝置及燃煤鍋爐煙氣脫硝裝置。脫硫裝置區(qū)包括新建脫硫塔，新增煙道及增壓風機和廠房。燃煤鍋爐煙氣脫硝裝置區(qū)為鍋爐改造。該工程場地東西長約70 m，南北寬約45 m。目前裝置區(qū)域內(nèi)現(xiàn)存主要建筑包括進廠煤實驗室、煤檢測設(shè)施、地泵、配電室及煙道，地下電纜管網(wǎng)縱橫，施工難度大。施工時先進行地下管線探測，在可施工地段人工深挖3.00 m 確認地下無電纜管線再進行勘探。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造

本區(qū)地層上部為第四系沖洪積物，下部為第三系黏土巖和砂礫巖。據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，本區(qū)處于新華夏構(gòu)造體系中太行山隆起和冀中凹陷的接壤部位，位于欒城東斷裂帶。該斷裂是無極低凸起與晉縣凹陷的分界斷裂，呈北東40°展布，全長約36 km，為一條傾向南東，傾角約50°的張性正斷裂。下端埋深約7 000 m，上端埋深700 m，延入上第三系地層，上第三系底面落差50 m。在斷裂的南端，1512 年欒城發(fā)生過4.75 級地震，現(xiàn)今小震時有發(fā)生。本區(qū)位于無極低凸南部，附近的石家莊凹陷構(gòu)造單元與其相關(guān)。

2.2 地震

近場區(qū)（周邊25 km）未曾發(fā)生過≥6 級地震，出現(xiàn)過≥4.75 級地震4 次見表1。

表1 近場區(qū)（周邊 25 km）歷史地震活動

從區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、地震地質(zhì)、斷裂分級等方面剖析[1]，判定該區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定，作為擬建建筑場地適宜。

2.3 地層概況

采用原位測試、土工試驗等手段，測得本場地地層概況如表2。

表2 地層概況

2.4 水文地質(zhì)條件

屬太行山山前傾斜平原孔隙水水文地質(zhì)區(qū)，含水層以滹沱河沖洪積物為主。第一含水層：底界埋深17～22 m，以粉細砂、中粗砂巖性為主，屬潛水類型；第二含水層：底界埋深56～66 m，含水層以中粗砂及礫石、卵石巖性為主。地下水位隨著城鎮(zhèn)化進程加快，年平均降幅達1.5 m 。自然水位埋深約40 m。

3 巖土工程分析與評價

3.1 各層土（巖）物理力學指標及設(shè)計參數(shù)

結(jié)合附近場地和本次勘測資料，測得各層（巖）土主要力學參數(shù)，見下表3 所示。

表3 各層（巖）土主要力學參數(shù)表

3.2 地基土工程性質(zhì)分析與評價

3.2.1 地基土均勻性評價

屬于太行山山前沖洪積平原地貌，主要沉積物為第四系全新統(tǒng)的素填土，粉質(zhì)黏土、粉土、細中砂等。擬建場地地基土垂直方向呈多層分布，淺部各層土差異較大，③層粉質(zhì)黏土工程性質(zhì)差，故就垂向分布來說地基土均勻性一般；水平方向各土層巖土性質(zhì)、分布較穩(wěn)定，層面坡度一般變化不大，地基土均勻性較好；總體來說，本場地地基土均勻性為較好～一般。

3.2.2 各層土工程性質(zhì)分析評價

第①層粉質(zhì)黏土：除非地基加固，否則不宜作為持力層，因壓縮性高，土層薄。第②層粉土：土質(zhì)好，可以選作持力層但需驗算下臥層。第③層粉質(zhì)黏土：是本場地相對較軟弱的地基土層，因滲透性較差，地表水下滲后，土質(zhì)較軟。第④層粉質(zhì)黏土：土質(zhì)一般，分布穩(wěn)定，承載力中等，壓縮性相對較高，是本場地相對較好的地基土層。第⑤層粉土：土質(zhì)較好，壓縮性適中，分布較穩(wěn)定，故該層是相對較好的地基土層，選擇該層作為短樁的樁端持力層是適宜的。第⑥層粉質(zhì)黏土：土質(zhì)較好，是良好的地基土壓縮層。第⑦層粉土：土質(zhì)一般，壓縮性中等，分布較穩(wěn)定，厚度變化較大，是較好的地基土壓縮層。第⑧層細中砂：土質(zhì)好，可作為中長樁的樁端持力層。第⑨層粉質(zhì)黏土：土質(zhì)好，土層較厚，作為地基土壓縮層是較好的選擇。

3.2.3 場地及地基地震效應(yīng)評價

依據(jù)規(guī)范《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011-2019)[2]，得出抗震設(shè)防設(shè)計信息，見表4。另外，地下水位深度約40.0 m，判定地震液化影響可以忽略?？睖y得出，超過50 m 的場地覆蓋層厚度，近場地20 m內(nèi)vse為319～324 m/s，隸屬Ⅱ類場地類別，抗震地段一般。

表4 抗震設(shè)防設(shè)計表

3.3 場地穩(wěn)定性及適宜性評價

3.3.1 區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價

從地質(zhì)構(gòu)造來看，隸屬華北平原位置冀中拗陷的無極低凸起，此處有深斷裂存在，位于第四紀活動斷裂上。對比歷史資料，該斷裂中強地震活躍，如今小震時有出現(xiàn)；一支石家莊斷裂活動隸屬太行山山前斷裂至晚更新世；北席斷裂活動到晚第三紀；北席斷裂規(guī)模較小，活動弱，不是發(fā)震構(gòu)造；欒城東斷裂晚第三紀時有活動，現(xiàn)今小震時有發(fā)生；無極北斷裂對小震活動有明顯的控制作用，沿晉～獲斷裂帶的小震止于此斷裂。從地球物理場方面看，場址位于地殼厚度梯度和太行山重力梯度帶東側(cè)，但從地殼厚度等值線疏密程度結(jié)合重、磁場分布分析，近場區(qū)構(gòu)不成異常區(qū)，亦無深部斷裂。綜上判定區(qū)域地殼基本穩(wěn)定。

3.3.2 地震地質(zhì)條件分析

據(jù)1990 年河北地震局（《石家莊市地震危險性分析》研究，該地區(qū)隸屬地震危險區(qū)級別為5～5.5 級，位于石家莊中、新生代凹陷區(qū)，發(fā)育晚第三至第四紀活動的石家莊斷裂、晚第三紀活動的北席斷裂和欒城東斷裂、無極北斷裂和石家莊南斷裂。其中，石家莊斷裂上陡30～40°下緩10°在深度方向未發(fā)現(xiàn)其他關(guān)聯(lián)斷裂；北席斷裂和欒城東斷裂、無極北斷裂和石家莊南斷裂長度約30～40 km，深度 6 km。據(jù)歷史對華北地震區(qū)強震的記載，震源深度為10～30 km。震級4.75～5.5級破壞性地震該危險區(qū)有過4 次（見表1），中小地震很少；離1966 年邢臺7.2 級地震震源約70 km，從大震減震效應(yīng)分析，場地在100 年內(nèi)出現(xiàn)≥6 級地震概率很小。

3.3.3 全新活動斷裂分級

通過查閱《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011-2019)[2]，無極北、欒城東、北席斷裂分級為Ⅲ級，均屬微弱全新活動斷裂且擬建場地離三個斷裂較遠，綜上全新活動斷裂對擬建項目影響較小。

通過以上3 個方面論述[4]，認為該場地穩(wěn)定，作為擬建建筑場地適宜。

4 地基與基礎(chǔ)方案分析

4.1 天然地基方案

根據(jù)設(shè)計提供的裝置圖，該區(qū)域選取獨立基礎(chǔ)承載力特征值要求大于200 kPa，可選②層粉土作持力層，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB50007-2021)[5]：

經(jīng)過以上分析：脫硫裝置區(qū)采用天然地基獨立基礎(chǔ)時，修正后的地基承載力特征值不能滿足設(shè)計要求，建議可采取復(fù)合地基方案。

4.2 復(fù)合地基

建議復(fù)合地基形式和相應(yīng)的持力層的選擇如下表5。

表5 復(fù)合地基形式及持力層的選擇

4.2.1 復(fù)合地基設(shè)計參數(shù)

對于施工方式不同的兩種樁型灌注樁和預(yù)制樁參數(shù)qsi（側(cè)阻力）、qp（端阻力）建議按表 3 取值。

4.2.2 復(fù)合地基處理后地基承載力估算

設(shè)計時，根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79-2012)[6]求：

單樁豎向承載力特征值按下式估算：

表6 復(fù)合地基承載力特征值估算表

當用上式估算單樁豎向承載力特征值時，樁體試塊抗壓強度平均值應(yīng)滿足下式要求：

水泥粉煤灰碎石樁（CFG 樁）的施工可選用長螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁施工工藝。長螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁施工中應(yīng)注意提升鉆桿時間、混合料泵送量及拔管速度，以確保施工質(zhì)量。

根據(jù)在石家莊煉油廠的施工經(jīng)驗，夯實水泥土樁進行樁身強度計算時，水泥土試塊的強度可取3 MPa，成孔時可用機動洛陽鏟成孔。

據(jù)本次勘察，并結(jié)合本地區(qū)建筑經(jīng)驗給出變形模量推薦值，模量參數(shù)見表7。

表7 沉降計算模量參數(shù)推薦值( 單位:MPa)

5 結(jié)語與建議

擬建場地穩(wěn)定性較好，地基土工程性質(zhì)相對較好，適宜中國石化石家莊煉化分公司脫硫改造項目工程建設(shè)。場地地震分組隸屬第一組，抗震設(shè)防烈度為7 度，設(shè)計地震加速度0.10 g。擬建工程的抗震設(shè)防類別可按標準設(shè)防丙類考慮，應(yīng)采用符合相關(guān)規(guī)定的地基基礎(chǔ)抗震措施。本場地隸屬Ⅱ類場地類別，抗震地段一般?？辈炱陂g30.00 m 深度范圍內(nèi)未見地下水，可不考慮地下水對建筑材料的腐蝕性。本場地地基土對混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具微腐蝕性，對鋼結(jié)構(gòu)具中等腐蝕性。建議采用CFG 樁或夯實水泥土樁復(fù)合地基，若采用CFG 樁復(fù)合地基，第⑧層地基土作為樁端持力層；若采用水泥土樁復(fù)合地基，第⑤層為樁端持力層。