大型設備吊裝淤泥性土質場地地基處理新方法

李 寧

中石化重型起重運輸工程有限公司青島分公司 北京 100029

近年來，大型設備吊裝“一體化”管理模式在許多大型化工建設工程中得以廣泛應用，但也延伸出很多問題。例如，淤泥性土質具有含水量高、密實度低、流動性強等特點，非常不適宜大型設備吊裝作業，需要對其進行處理，以保證大型設備吊裝工程能夠安全、順利的完成。因此，如何對淤泥性土質進行地基處理工作成為很多設計、建設與施工單位都十分關注的問題。以往采用打樁和制作吊裝專用承臺的方法進行場地處理，該方法雖能滿足吊裝施工要求，但存在前期準備工作量大，施工周期長，施工過程不確定性大，投入費用高及場地不利于恢復等一系列問題。以江蘇斯爾邦石化醇基多聯產項目為90 萬t/ a 甲醇制烯烴（MTO）裝置丙烯精餾塔Ⅰ的吊裝為例，提出了一種針對淤泥性土質地基處理新方法，既保證了大型設備吊裝施工的安全性，又解決了上述問題。

1 概述

江蘇斯爾邦石化醇基多聯產項目中90 萬t/ a MTO 裝置丙烯精餾塔Ⅰ凈重1235t，為該項目最重設備，使用XGC88000 型4000t 級履帶式起重機吊裝就位。設備規格尺寸為Φ7500×82750mm，材質為Q345R，壁厚為56mm，吊裝重量為1425t。

吊裝丙烯精餾塔I（11- T- 5003）時，XGC88000 型4000t 履帶式起重機采用重型主臂工況：桿長為114m，2600t 級滑車，吊車總重4100t，設備本體重量為1235t，吊索具重量為190t，合計總重為5525t。起重機超起半徑37m，超起配重2100t，就位半徑34m，負荷率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，取動載系數為1.2。

吊車對路基箱的壓力：

5525×1.2÷（42.141×2）=78.7t/ m

吊車對地壓力：

（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達到30.5t/ m2。

2 裝置地質情況

2.1 場地位置及地形、地貌

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

2.2 場地地層結構與特征

根據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比分析，場地地層自上而下各層土體的依次特征簡述如下：

（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。在場地上部分布，厚度為0.50～1.60m，平均0.97m；層底標高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。場地遍布，厚度為0.70～1.90m，平均1.26m；層底標高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。場地普遍分布，厚度為1.20～2.60m，平均1.87m；層底標高- 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，局部相變為淤泥質粘土，受地基處理影響局部相變為軟塑性狀粘土。場地遍布，厚度為12.60～14.00m，平均13.13m；層底標高- 14.22～- 13.54m，平均- 13.90m；層底埋深16.80 ～17.50m，平均17.22m。

2.3 地基土的工程地質評價

（1）①- 1A 及①- 1B 層素填土強度較低，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，強度低，工程性質差，屬軟弱土；

（3）②層淤泥，強度低，性質不均勻，層位較穩定，高壓縮性，工程性質差，屬軟弱土。

根據工程地質條件報告，90 萬t/ a MTO 裝置地基土的構成與特征見表1。

表1 90 萬t/ a MTO裝置地基土層的工程地質特征一覽表

3 實施方法及技術措施

3.1 實施方法

根據吊裝方案設計的吊車站車位置，辦理動土作業許可證，按圖測量放線，將吊車站位區域下挖2500mm，使用20t 震動壓路機反復震動壓實開挖基槽；再上鋪500mm 厚水穩層，使用20t 震動壓路機反復震動壓實；再上鋪200mm 厚毛石層，每300mm 厚使用20t 震動壓路機反復縱橫震動壓實；最后上鋪100mm 厚石屑層，使用20t 震動壓路機反復縱橫震動壓實。

圖2 和圖3 分別為場地處理平面圖和立面圖。圖4為吊車站位地基處理區域圖。

圖2 場地處理平面圖

圖3 場地處理立面圖

圖4 吊車站位地基處理區域圖

3.2 技術措施要求

（1）處理區域開挖、回填時，技術人員和質量人員全過程跟蹤，監控處理過程中的面積、深度，以及材料質量等，對局部軟弱區域進行加強。

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

圖5 基坑開挖

（3）上鋪、整平水穩層后，嚴格執行水穩層養護要求，定期灑水促進水泥反應，至少養護7d，達到水穩層反應強度。

（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。

（5）鋪墊石屑，整平后場地水平度達到3‰。見圖6。

圖6 毛石鋪設

（6）處理后場地標高與周邊場地設置高200mm緩坡，避免在雨水天氣時吊車場地積水。

（7）吊裝設備時，吊車站位要考慮對地壓力擴散角，按30°考慮。本次處理深度2.6m，吊車離場地處理邊緣應大于2.6×tan30°=1.5m。

4 校核計算

首先根據《GB50007- 2011 建筑地基基礎設計規范》要求，使用淺層平板載荷試驗測量水穩層承載力。利用履帶吊的10t 配重塊做地基沉降檢測，選擇合適的位置將5 塊配重塊疊壓在一起，以鋼結構立柱基礎上的一點作為基準點（±0.000），均布找出配重塊上的4個位置，并做好標志；將配重塊放置48h 后，每24h 測量4 個位置的沉降量，即可得出相關數據。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

配重塊對地的壓力：5×10/ 3.9936=12.5t/ m2

經過實際24h 5 塊配重疊壓后檢測，試驗成功，水穩層承載力可達12.5t/ m2。

根據《GB50007- 2011 建筑地基基礎設計規范》規定，地基承載力特征值計算方程見式（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——基礎寬度和埋深的地基承載力修正系數，按地基下土的類別查承載力修正系數表取值，分別取ηb=3，ηd=4；

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

b——基礎底面寬度，當基寬小于3m 按3m取值，大于6m 按6m 取值，取b=6m；

γm——基礎底面以上土的加權平均重度，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 的安全系數和1.2 的動載系數，實際吊車對地壓強：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 結論

目前石油化工工程建設日趨大型化，隨著生產工藝、制造工藝的不斷改進，千噸級以上的超大型設備日益增多，對吊裝行業提出了更大的挑戰。本方法的成功實踐，是對淤泥性地質進行大型設備吊裝地基處理的突破性嘗試。該方法符合規范要求，施工單位可以利用自有資源進行現場施工，設計周期短，便于施工，投入成本低，具有很高的實用價值和經濟效應。

本次提出的針對淤泥性地質進行大型設備吊裝地基處理的新方法，為今后大型設備吊裝地基處理提出了一個新思路，可以根據不同地域的特點，對軟弱下臥層的土質進行不同深度的置換，如使用三七灰土、混凝土或壓實素填土等。只需對置換后的實際地耐力檢測，滿足要求即可。因此，本方法不僅適用于淤泥層，對其他地耐力不高的地質也可采用，具有很高的推廣價值。