唐鋼超薄帶鋼生產線技術改造工程勘察實例

李德江

(秦皇島中兵建設集團股份有限公司，河北 秦皇島 066001)

1 工程概況

唐鋼超薄帶鋼生產線技術改造工程建設場地位于唐鋼老廠區原機械公司院內。該工程是唐鋼通過國際招標引進日本和意大利超薄帶鋼生產設備的重點工程，由連鑄連軋主廠房、連鑄車間、結晶器扇形維修間、均熱爐車間、成品庫及其附屬設施組成。該工程安全等級Ⅰ級，巖土工程勘察等級Ⅰ級。我公司于2000年11月～2001年3月完成了該工程施工圖設計階段巖土工程詳細勘察任務。該工程最大柱距24 m，最大跨度41 m，天車最大起重量600 kN，為荷載大、對差異沉降敏感的建筑群。本工程共布置取土探井20個，標準貫入試驗孔240個，取土標貫鉆孔66個，其中控制性鉆孔120個，并做載荷試驗3組，現場試驗室進行高壓三周、高壓固結及常規實驗，室內試驗室進行巖石飽和、天然、風干狀態單軸抗壓試驗。該工程于2002年竣工，設計單位采用勘察報告提供的巖土技術參數、巖溶和塌陷土洞處理方案及地基處理方案，產生了良好的經濟效益，投產至今，運營良好。

2 場地工程地質條件

2.1 地形地貌

勘察場地西鄰陡河，總體地勢西南高，東北低，地面標高介于17.80 m～20.90 m之間。勘察場地橫跨陡河Ⅰ級階地和陡河Ⅱ級階地兩個地貌單元。

2.2 地層巖性特征及分布

由于本場地橫跨兩個地貌單元，因此，在地層巖性上表現出一定的差異性。場地淺部為人工雜填土及素填土，以下分別為第四系全新統粘土層、第四系上更新統粉質粘土層、粉土層、粉細砂層、中粗砂層、粉質粘土層，第四系中更新統粉質粘土層、溶洞或塌陷土洞充填物，底部為奧陶系石灰巖。

現將勘察場地巖性特征表述如下:

①1層雜填土:雜色，稍濕～濕，松散，主要由建筑垃圾組成，層厚 0.6 m ～9.1 m，層底標高11.50 m ～19.35 m，分布于整個場地。

①2層素填土:黃褐色，稍濕，松散～稍密，主要由粘性土及粉細砂組成，層厚0.6 m ～6.0 m，層底標高9.50 m ～18.0 m，分布于絕大部分場地。

②層粘土:灰黑色～黑色，軟塑～可塑，含腐殖質，有臭味，局部夾粉砂透鏡體，層厚1.6 m ～7.3 m，層底標高6.22 m ～14.50 m，主要分布于主軋跨和鋼卷庫北部地段。

③1層粉質粘土:黃褐色，硬塑，含氧化鐵，層厚0.5 m～5.20 m，層底標高6.40 m～16.35 m，主要分布于主軋跨和加熱爐跨的銜接處、磨輥間及鋼卷庫南部。

③2層粉土:黃褐色，稍濕，密實，局部見微細層理，夾細砂薄層，含氧化鐵，呈透鏡體狀分布于場地的局部地段。

④層粉細砂:灰黃～褐黃色，稍濕，密實，石英長石質，均粒結構，次棱角狀，頂部為粉土薄層，層厚1.0 m～18.80 m，層底標高－7.25 m ～10.29 m，分布于整個場地。

④1層中粗砂:灰黃～褐黃色，稍濕，密實，石英長石質，混粒結構，次棱角狀，含礫石，局部為礫石透鏡體，層厚1.30 m～12.30 m，層底標高－6.83 m～8.22 m，主要分布于主軋跨和鋼卷庫地段，與粉細砂交互沉積，在水平上呈相變關系，在與加熱爐跨銜接處尖滅。

④2層粉質粘土:褐黃色，硬塑，含氧化鐵，層厚0.60 m～11.80 m，層底標高 －10.89 m ～8.20 m，呈透鏡體狀分布于場地南部的局部地段。

⑤層粉質粘土:棕黃色～棕紅色，硬塑～堅硬，含鐵錳結核，底部含風化巖碎屑，層厚0.50 m～9.80 m，層底標高－14.20 m～8.58 m，分布于整個場地。

⑤1層溶洞或塌陷土洞充填物:棕黃色～棕紅色，可塑～硬塑，含鐵錳結核，分布于整個場地的局部地段。

⑥層石灰巖:以花斑灰巖為主，夾泥質條帶灰巖，南部傾向南北，北部傾向北西，高角度節理裂隙發育，節理裂隙面多被溶蝕，形成漏水通道和溶洞。巖面起伏較大，呈西高東南低之勢。

2.3 不良地質現象

地質調查表明，勘察場地西部為石灰巖剝蝕殘丘，基巖裸露，處于禮尚莊斷裂帶和龍王廟斷裂帶之間，受高應力的擠壓，巖石破碎，在較短的距離內巖石傾向發生了很大變化，南部為南東，北部為北西，傾角高達60°，為巖溶和塌陷土洞的形成造就了先決條件。勘察場地位于陡河階地與石灰巖剝蝕殘丘交界地帶，受地表水和地下水的水動力地質作用，形成巖溶，成為巖溶和塌陷土洞的多發地。

2.3.1 巖溶和塌陷土洞的判斷標準

本次勘察采用的主要手段為鉆探，輔之以淺震法物理勘探。鉆探中判斷巖溶和塌陷土洞的標準為:

1)在第四系土層中漏漿。2)標準貫入試驗錘擊數突然降低。3)巖層中突然漏漿，巖芯破碎并有明顯的溶蝕面。4)底層沉積倒序，如在第四系中更新世地層中出現第四系晚更新世地層，或在基巖中出現第四系地層。5)鉆探中發現自由落錘現象或鉆進速度突然加快現象。

2.3.2 巖溶和塌陷土洞的表現形式及分布

勘察結果表明，勘察場地巖溶和塌陷土洞的表現形式有四種:

1)溶隙:鉆探取芯發現勘察場地大部分地段巖芯破碎，呈碎塊狀，其表面有明顯的溶蝕痕跡或呈蜂窩狀，從其微觀形態分析，是被水流垂直滲漏溶蝕的結果。

2)溶溝:主要分布在連鑄車間地段。其表現為:巖面起伏較大，鉆孔基巖頂面最大高差達22.72 m，表層溶蝕面近水平狀，留下了水流沖刷的痕跡，溶溝內充填砂土。這種沉積反序的現象，表明該地段為古老的塌陷土洞，存在與第四系晚更新世聯系的通道。

3)溶洞:在各個車間地段均有發現，并且在加熱爐跨有多個空洞，最大凈高4 m。場地內溶洞多表現為串珠狀，洞內多被充填。由于溶洞頂板較薄，并呈串珠狀向下延伸，在鉆探過程中漏漿嚴重，說明存在塌陷的可能。

4)塌陷土洞:在各個車間地段均有發現，洞內多被充填，充填土呈軟塑狀態，漏漿嚴重，說明尚有空隙存在。

2.3.3 巖溶和塌陷土洞的治理方案

綜合考慮基礎埋深、荷載大小、巖溶和塌陷土洞的存在環境等因素，提出以下建議:

1)在設計中加大基礎剛度，增強建筑物抵抗地基不均勻變形的能力。2)在設計中增大建筑物的抗滲能力，預防地下水滲入地下，激活巖溶和塌陷土洞。3)對潛在危險區建議采用雙液法高壓注漿處理;對相對危險區建議采用三重管高壓旋噴注漿;對空洞建議灌注細石混凝土。

3 場地水文地質條件

勘察場地地下水埋藏較深，在埋深35 m范圍內未見地下水。但由于廠區室外管網內生產用水的滲漏，在主軋跨地段形成上層滯水。埋深3 m～5 m，其水質類型為Ca(Na)－HCO3(CI)型水，水質對混凝土無腐蝕性，對鋼結構具有輕微腐蝕性。

4 場地地震效應

根據唐山市地質構造圖及地震地質資料，勘察場地位于新華夏構造體系滄州隆起帶上，有兩條斷裂帶距場址最近，即場地東側禮尚莊斷裂帶和西側龍王廟斷裂帶。禮尚莊斷裂帶為1976年7月28日地震的發震斷裂，地震引發的地裂縫沿復興路向北延伸至新華紡織廠，在唐鋼以南0.5 km處。目前未發現有活動斷裂從勘察場地通過。

巖溶和塌陷土洞通過加固處理，其危害可以消除。因此場地是穩定的。

根據GBJ 11－89建筑抗震設計規范的規定及場地土剪切波速測試結果、場地土平均剪切波速計算結果判斷，場地類別為Ⅱ類，特征周期為0.30 s。本場地為可進行建設的一般場地。

5 巖土層物理力學性質

本期巖土工程勘察按規范有關要求，進行了實驗數據的統計分析。統計結果見表1～表3。

表1 巖土層標準貫入試驗錘擊數(N)統計表

表2 巖土層物理力學指標統計表(平均值)

表3 靜力載荷試驗成果表

6 巖土層地基基礎設計計算參數

1)根據表1～表3資料，得出巖土工程設計參數，見表4。

表4 巖土工程設計參數一覽表

2)本期勘察對④層粉細砂共完成3處靜力載荷試驗，承載力基本值分別為600 kPa，604 kPa，900 kPa。取其最小值為靜力載荷試驗標準值，即Pk=600 kPa。

鑒于靜力載荷試驗是在深坑內進行，難以達到空間半無限體邊界條件。建議進行承載力設計值計算時，只做寬度修正，不做深度修正。

根據三軸剪切試驗指標計算:

其中，γ =γ0=19 kN/m3;φ =30°;Ck=0;b=6 m;d=3.8 m;Mb=3.8;Md=7.73;fv=3.8 ×19 ×6+7.73 ×19 ×3.8=991 kPa。

根據GBJ 7－89建筑地基基礎設計規范計算:

f=fk+ηbγ(b－3)+ ηdγ0(d －0.5)=300+2.0 ×19 ×(6 －3)+3.0 ×19 × (3.8 －0.5)=602 kPa。

根據以上的計算以及分析，建議修正后的承載力設計值取f=600 kPa。

7 地基基礎方案分析論證

由于①1層雜填土和①2層素填土承載力低，具有高壓縮性，分布及埋藏厚度不均勻，屬軟弱土層。因此，對于項目主體工程，屬于不可利用土層。

②層粘土和③1層粉質粘土承載力較低，具有中等壓縮性，屬于中軟土層，不適宜做重要建筑物的天然地基，該地段需進行地基加固或采用樁基，從技術要求、施工難易程度、施工工期及經濟效益四大因素綜合考慮，建議首選以④層粉細砂為持力層，換填級配砂卵石、分層碾壓方案。

④層粉細砂具有承載力高、低壓縮性等良好的工程性質，因此，建議將該土層作為項目主體工程主要的天然地基持力層。

④層粉細砂及其以下土層除⑤1層溶洞或塌陷土洞充填物外，均具有承載力高、中低壓縮性等良好的工程性質，具備復合地基或樁基礎的持力層條件。

⑤層粉質粘土具有承載力高、低壓縮性、抗滲性強的特征，是抵抗巖溶及塌陷土洞激活的頂板，建議在設計和施工中盡可能的給予保護。

由于磨輥機基礎對地基土差異沉降敏感，因此，建議采用人工挖孔擴底墩基礎，墩底進入④層粉細砂。

由于主軋機基礎埋深約10 m，在其開挖深度范圍內，主要土層為①1層雜填土、①2層素填土及②層粘土，這三層土工程性質較差，基坑開挖時必須支護。由于基坑開挖放坡受到場地限制，建議采用排樁或地下連續墻加錨桿支護，并作為建筑物邊墻的一部分。

8 地基沉降分析

根據高壓固結試驗曲線分析，主要持力層④層粉細砂屬于超固結土，其前期固結壓力近似地基承載力設計值，因此，除發生巖溶塌陷引起地基沉降變形外，地基正常沉降量很少，可不加考慮。

[1] 胡玉賓.某小區巖土工程勘察與評價[J].山西建筑，2011，37(1):65－66.