剛果（金）某鋼結構廠房獨立柱基礎沉降治理工程實踐

劉 瀛

（中鐵資源集團有限公司，北京 100039）

某中資企業在剛果（金）上加丹加省投資建設一座大型銅鈷礦，其尾礦壓濾車間的鋼結構廠房在使用五年之后，廠房第三層的天車在運行過程中脫軌掉道，進一步檢查發現鋼結構的部分獨立柱基礎發生較大不均勻沉降，局部沉降達19.6cm，該廠房已不能繼續安全使用，必須對沉降進行治理。筆者作為該項目的主要負責人，對基礎沉降的成因進行了分析，組織鉆探取樣對沉降區域的工程地質條件進行了分析，繼而根據工勘的結果提出了治理措施方案，并組織進行了實施，最終取得了較好的治理成果。

1 項目基本概況

項目位于剛果（金）上加丹加省（Katanga）南部綠紗鎮（Luishia），與贊比亞銅帶省接壤，地理坐標：東經 27°，南緯 11°，為一座年產陰極銅3.5萬噸，鈷金屬1500噸的大型銅鈷礦。該項目2013年分步建成投產，其中，壓濾車間主廠房為一長72米，寬21米三層鋼結構廠房，2013年中期投入使用。2019年8月2日，廠房第三層的天車在行進過程中脫軌掉道，險些釀成安全事故。8月5日，維修人員對天車進行了修復之后，試運行過程中發現天車南側的兩個滾輪與軌道之間出現局部懸空，也即“三條腿”現象，懷疑天車梁不平。繼而檢查發現天車梁下的立柱牛腿支撐不水平，從而發現鋼結構廠房的立柱局部下沉。該廠房南北兩側各由13根立柱支撐，形成12垮，每垮長6米，廠房長度72米（如圖1所示）。經測量人員檢查，發現廠房南側13根立柱中的第8、第9、第10、第11根立柱發生較大不均勻沉降，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。

2 沉降原因分析

圖1 壓濾車間基礎平面圖

廠房南側，發生沉降范圍內分布有兩個攪拌罐、一個泵池和8臺水泵。廠房內八臺壓濾機壓濾作業后的酸性溶液，經回水管和水溝匯入泵池，經八臺水泵排回主廠區。也就是說，沉降范圍常年濕式作業。進一步查閱該部分工程的設計資料，該廠房地面、水溝、泵池間地面、泵池和水泵基礎均應進行耐酸防腐防滲處理。而經過現場檢查，發現該部分工程的防腐結構已經破壞，且部分工程（比如廠房地面）未按設計防腐施工，從而判斷該區域的防腐和防滲未能達到設計要求。酸性液體下滲進入地基土層，地基土承載力下降，從而造成廠房獨立柱基礎沉降。

3 工勘驗證情況

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，項目業主委托工勘單位在沉降區域施工了四個工程勘察孔，孔深10米。在勘察孔內進行了標準貫入實驗和重型動力觸探實驗，采集原狀土樣20件，并進行土工試驗。11月下旬，工勘單位提交了《某項目壓濾車間地基沉降檢測巖土工程勘察報告》。結論認為，原柱基礎的持力層為粉質粘土，孔隙率大，滲透系數大，具有濕陷性。受酸泵池漏液影響，沉降區域內本土層的含水率極大，土層處于軟塑狀態。勘察報告顯示，淺層濕陷性土厚度3.4m-5.8m，其下伏為粉砂質泥巖工程地質條件非常好。

4 沉降治理方案

根據工勘結果，采用樁基礎，穿過軟弱粘土層，以粉砂質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，在每根柱基礎的兩側分別施工人工挖孔樁，挖孔樁直徑0.8米，孔深（樁長）約6～8米，以進入粉砂質泥巖1米為準，孔內灌注C20砼，樁頂面預埋一塊鋼板，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鋼梁連接，如圖2所示。方案設計意圖是，用獨立柱基礎兩側的人工挖孔樁基礎替代原基礎，從而保證建（構）筑物不再發生下沉。

5 治理工程實踐

2020年3月～4月，業主按照前述方案對鋼結構廠房的沉降進行了治理。因為柱基礎與柱基礎之間存在連續梁，為了不破壞該連續梁的整體結構，施工時將布置在柱基礎兩次的一個挖孔樁，調整為兩個挖孔樁，布置在連續梁的兩側，再將兩個挖孔樁用一個梁連成一個整體。如圖3所示：

在四根發生沉降的獨立柱基礎兩側，分別施工兩個人工挖孔樁，為了保證挖孔過程中的安全，采用鋼護筒進行護壁，挖孔樁進入粉砂質泥巖1米后終孔。孔內設鋼筋籠，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兩側的八根鋼筋砼梁，如圖5；梁的頂部與上部鋼結構相對應位置預埋一塊30×30cm厚度20mm鋼板。待鋼筋混凝土梁養護10日以上，達到一定強度之后，將已發生沉降的鋼立柱切斷，用千斤頂將鋼立柱抬升復位， 如圖6；在挖孔樁暗梁與鋼結構廠房第一層平臺梁之間，用工字鋼立柱做支撐，形成新的支撐結構，如圖7；然后用鋼板補償焊接恢復被切斷的鋼立柱，如圖8，鋼結構廠房獨立柱基礎沉降得到完好的治理修復。

圖3 挖孔樁與柱基礎平面關系圖

6 工程建議與思考

（1）本項目初步設計階段，沒有依據詳細的工勘資料，從而造成獨立柱基礎的地基沒有得到很好的處理。如果當初該項目進行了詳細的工勘，獨立柱有可能采用樁基礎，或者獨立柱下的地基土進行全面換填，可以避免因地基土的濕陷性沉降，從而造成獨立柱基礎下沉。

（2）建設期的施工管理問題。造成本項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、水泵基礎未嚴格按照設計進行防腐和防滲處理，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，項目建設期業主沒有委托施工監理，且項目業主將土建工程和防腐工程分別向兩個單位發包，從而造成兩個施工工序沒有很好的銜接，造成工程質量缺陷。如果項目業主將土建工程和防腐工程發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題。

（3）由于本項目持力層埋深僅5～6米，因此，本項目的樁基礎受力形式為端承樁。假如，持力層埋深較大或者在一定深度范圍內沒有理想的持力層，通過設計合理的樁長，采用摩擦樁提供受力支撐，采用本工程方案，也可以實現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 切割鋼梁頂升復位

圖7 梁與第一層平臺間支撐立柱

圖8 鋼立柱復位后補焊修復