“砂石換填+條形基礎”在沿海強夯置換地基的應用

馬翎凱，王曉峰

（山東鋼鐵集團日照有限公司，山東 日照 276800）

1 前言

隨著我國經濟高速發展，煤炭消耗量也日漸增加，導致二氧化硫等大氣主要污染物的總排放量不斷增加。山鋼日照公司為積極響應國家環保要求，決定為1#、2#高爐熱風爐配建煙氣凈化裝置。項目采用“SDS脫硫工藝”，增設了煙氣脫硫設施，不僅解決了二氧化硫等大氣污染物的排放問題，也為企業的長期穩定高效生產創造了條件。項目在施工過程中，樁基礎進度緩慢。鑒于此處為已進行過強夯置換的沿海地區地基，通過地基檢測確認后，對原基礎設計方案進行了優化，將鉆孔灌注樁改為“砂石換填+條形基礎”，既縮短了施工工期，同時也為企業間接創造了效益。

2 基礎設計優化方案

2.1 項目主要構建、構筑物結構形式

除塵器平臺采用鋼筋混凝土框架結構，墻體采用砌體圍護，基礎采用樁基礎。分析小屋采用磚混結構。管道支架及平臺采用鋼結構。風機采用鋼筋混凝土基礎。

2.2 原樁基礎設計方案存在的問題

高爐熱風爐煙氣脫硫項目原設計采用樁基礎，除塵本體框架基礎采用鉆孔灌注樁。項目開工后，施工進度緩慢（基礎施工圖見圖1）。一是由于該區域原始地貌為濱海，建廠初期經人工回填而成陸地，后來又采用強夯置換地基的處理方式進行加固，因此鉆孔灌注樁需要穿透地下的強夯置換石塊層，并且鉆孔灌注樁的平均深度在20 m以上。該地區地下水位高，樁基鉆孔易塌孔、難成孔，導致鉆孔灌注樁的施工難度大。二是高爐熱風爐煙氣脫硫項目作為煉鐵區域的完善項目，設計樁基距離原有建筑物很近，在鉆孔灌注樁的施工過程中，存在擾動原有地基的可能。特別是A軸鉆孔灌注樁基礎距離地下電纜隧道較近，施工存在破壞電纜隧道的風險。另外，該施工區域狹小，基本無法提供鉆孔灌注樁的施工場地，只能組織2臺鉆機同時施工。

圖1 原基礎施工圖

經與相似工程測算比較，發現本工程樁基的施工、養護、檢測至少需40 d，無法保證項目按期順利投產。綜合以上因素，若繼續采用鉆孔灌注樁的基礎施工方式，將嚴重影響項目的投用時間，配煤結構調整的實現時間也將因此推遲。

2.3 基礎設計方案的變更

通過詳細研究設計圖紙以及相關資料，并與設計人員溝通后，認為建廠初期進行的強夯置換處理極大地改善了地層的工程性質，并且有效地消除了該場地的地震液化，因此嘗試用前期強夯置換處理后的地基作為除塵本體框架基礎的持力層。

由于原高爐區域地勘報告只針對已有的熱風爐等構筑物地基進行了勘察，本項目基礎施工區域基本為空白區，為探究其可行性，查明場地地層的工程性質，為結構設計提供可靠的依據，因此決定對該場地地基進行檢測。由于擬用深度4 m左右的砂層為地基持力層，為節省檢測時間以及相關人力、物力，將本次檢測的主要目的層鎖定為深度4～10 m的砂層。根據原高爐區域地勘報告以及后期的回填、強夯置換以及地基檢測情況，可知本場地地貌單元為濱海淺灘，原始地形由東向西緩慢降低。地下水為潛水，水位埋深約1.2 m左右；本場地淺部地層分布復雜，有人工填土以及軟土；深層地層比較穩定，主要為砂土及可塑狀態以上的黏性土，下伏基巖。本次檢測主要分布的地層如下：

①層：素填土。成分以回填的塊石、碎石為主，空隙充填砂及黏性土。雜色，稍密-中密，一般塊徑2～7 cm，最大30 cm，不均勻，場地表層為35 cm混凝土路面。擬建場地1#高爐區域回填塊石、碎石較厚，2#高爐區域回填以砂性土為主。

②層：粉質黏土。灰褐色，可塑，含少許砂粒和碎石。土質不均勻，無搖振反應，切面稍光滑，韌性中等，干強度中等。

③層：中粗砂。黃褐色-灰黃色，中密-密實，飽和。主要成分為石英、長石，偶見貝殼碎屑。顆粒級配不良，局部含少量黏粒。

④層：粉細砂。灰褐色，稍密-中密，飽和。成分為長石、石英，局部含少量黏性土成分，含較多貝殼碎片。

為評價墩間土密實度、稠度等工程性質，判斷地基承載力，評價消除砂土地震液化的效果，檢測單位采用標準貫入試驗進行檢測數據分析。標準貫入試驗在清除表層路面硬化層后，從地表向下約0.5 m開始，每隔1.0～1.5 m進行一次標準貫入試驗，測試深度為10 m。各標貫數據統計結果見表1。

根據表1數據，可以判定各層土經強夯置換處理后標貫擊數較高，且標貫擊數離散性較低。依據修正后的擊數判斷砂土均處于中密-密實狀態，且以中密狀態為主；黏性土處于可塑狀態。

表1 標準貫入試驗擊數

根據本次檢測標準貫入試驗的數據，依據JCJ 340—2015《建筑地基檢測技術規范》判定地基承載力特征值，詳見表2。

表2 各土層地基承載力

根據標貫擊數與本場地檢測報告的地震參數，計算判定場地飽和砂土、粉土的地震液化，發現通過強夯置換處理，本場地的飽和砂土、粉土在抗震技術標準設定的地震條件下不會產生液化現象。由此得出如下結論：本場地經過強夯置換處理，10 m以上地層的工程性質得到有效改善。在擬建場區，場地無軟弱土層，適合采用淺基礎。強夯置換消除了該場地的地震液化。

檢測報告給出如下建議：基槽開挖應符合相關的施工規范，避免擾動地基土。基槽開挖后必須組織相關單位進行驗槽，驗槽完畢后應盡快封閉，避免地基土受凍或曝曬。槽底如出現地下水，應降至基槽以下0.5～1.0 m。建議以第③層中粗砂作為淺基礎的地基持力層。如果基礎埋置深度達不到第③層中粗砂頂板，可以采用換填墊層法，將地基加高至基礎埋置深度，換填材料可以選用碎石或級配砂。

以上檢測報告確認擬建場地范圍內無軟弱土層，無須采用鉆孔灌注樁，采用優化后的設計可以達到地基承載力要求，可以在本工程使用［1］。因此，將高爐熱風爐煙氣脫硫項目的基礎設計由鉆孔灌注樁改為“砂石換填+條形基礎”，以縮短施工工期。

2.4 “砂石換填+條形基礎”基礎設計優化方案

具體地基處理方式為：將設計基礎落于中砂層上，基礎下方采用級配碎石進行換填，換填墊層深度約1.5～2.0 m，寬度為基礎外邊緣外擴0.5 m，并將原回填土進行壓實，要求壓實系數≥0.97，地基承載力特征值≥200 kPa。采用機械壓實，壓實要求最后兩遍的壓實高度≮5 mm。開挖基槽時，不應擾動土的原狀結構，否則應挖除擾動部分。當采用機械挖土時，在基礎底設計標高以上，預留適當厚度（＞300 mm）的土，待基礎施工時再挖至基礎底設計標高。基礎施工完經檢驗合格后，應及時進行基坑回填，回填土壓實系數≥0.94，室內外回填至設計地坪標高后，方可進行上部結構施工。設計變更后基礎施工圖見圖2。

圖2 設計變更后基礎施工圖

2.5 應用情況

采取“砂石換填+條形基礎”基礎設計優化方案后，高爐熱風爐煙氣脫硫項目雖然增加了基礎混凝土、鋼筋、級配砂石、土方開挖等工程量，增加了約幾十萬的施工成本，但工期提前約15 d，為企業早日進行配煤結構調整創造了條件。按照配煤結構調整后企業每月節省約9 000萬的成本計算，間接為企業增效約4 500萬元。

3 結語

在已經進行強夯置換的沿海地區地基中施工樁基，難度遠遠超出在其他形式地基中的樁基施工。尤其是原系統和結構的改造完善項目，由于設計樁基離原有建筑物或構筑物很近，稍有不慎就會擾動原有的地基和結構，造成原結構產生不均勻沉降，輕則影響生產運行，重則關系到人員和結構的安全。強夯置換處理可以極大地改善填海區域的工程性質，并能有效消除場地的地震液化和軟弱土層，絕大多數情況下適合淺基礎的施工。本次高爐熱風爐煙氣脫硫項目采用的“砂石換填+條形基礎”基礎設計，在沿海地區強夯置換地基的處理中具有借鑒和推廣意義。