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        剛果(金)某鋼結(jié)構(gòu)廠房獨(dú)立柱基礎(chǔ)沉降治理工程實(shí)踐

        2020-08-04 01:41:16
        世界有色金屬 2020年8期
        關(guān)鍵詞:天車立柱廠房

        劉 瀛

        (中鐵資源集團(tuán)有限公司,北京 100039)

        某中資企業(yè)在剛果(金)上加丹加省投資建設(shè)一座大型銅鈷礦,其尾礦壓濾車間的鋼結(jié)構(gòu)廠房在使用五年之后,廠房第三層的天車在運(yùn)行過程中脫軌掉道,進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)的部分獨(dú)立柱基礎(chǔ)發(fā)生較大不均勻沉降,局部沉降達(dá)19.6cm,該廠房已不能繼續(xù)安全使用,必須對(duì)沉降進(jìn)行治理。筆者作為該項(xiàng)目的主要負(fù)責(zé)人,對(duì)基礎(chǔ)沉降的成因進(jìn)行了分析,組織鉆探取樣對(duì)沉降區(qū)域的工程地質(zhì)條件進(jìn)行了分析,繼而根據(jù)工勘的結(jié)果提出了治理措施方案,并組織進(jìn)行了實(shí)施,最終取得了較好的治理成果。

        1 項(xiàng)目基本概況

        項(xiàng)目位于剛果(金)上加丹加?。↘atanga)南部綠紗鎮(zhèn)(Luishia),與贊比亞銅帶省接壤,地理坐標(biāo):東經(jīng) 27°,南緯 11°,為一座年產(chǎn)陰極銅3.5萬噸,鈷金屬1500噸的大型銅鈷礦。該項(xiàng)目2013年分步建成投產(chǎn),其中,壓濾車間主廠房為一長(zhǎng)72米,寬21米三層鋼結(jié)構(gòu)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(jìn)過程中脫軌掉道,險(xiǎn)些釀成安全事故。8月5日,維修人員對(duì)天車進(jìn)行了修復(fù)之后,試運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)天車南側(cè)的兩個(gè)滾輪與軌道之間出現(xiàn)局部懸空,也即“三條腿”現(xiàn)象,懷疑天車梁不平。繼而檢查發(fā)現(xiàn)天車梁下的立柱牛腿支撐不水平,從而發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)廠房的立柱局部下沉。該廠房南北兩側(cè)各由13根立柱支撐,形成12垮,每垮長(zhǎng)6米,廠房長(zhǎng)度72米(如圖1所示)。經(jīng)測(cè)量人員檢查,發(fā)現(xiàn)廠房南側(cè)13根立柱中的第8、第9、第10、第11根立柱發(fā)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(nèi)。

        2 沉降原因分析

        圖1 壓濾車間基礎(chǔ)平面圖

        廠房南側(cè),發(fā)生沉降范圍內(nèi)分布有兩個(gè)攪拌罐、一個(gè)泵池和8臺(tái)水泵。廠房?jī)?nèi)八臺(tái)壓濾機(jī)壓濾作業(yè)后的酸性溶液,經(jīng)回水管和水溝匯入泵池,經(jīng)八臺(tái)水泵排回主廠區(qū)。也就是說,沉降范圍常年濕式作業(yè)。進(jìn)一步查閱該部分工程的設(shè)計(jì)資料,該廠房地面、水溝、泵池間地面、泵池和水泵基礎(chǔ)均應(yīng)進(jìn)行耐酸防腐防滲處理。而經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)檢查,發(fā)現(xiàn)該部分工程的防腐結(jié)構(gòu)已經(jīng)破壞,且部分工程(比如廠房地面)未按設(shè)計(jì)防腐施工,從而判斷該區(qū)域的防腐和防滲未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。酸性液體下滲進(jìn)入地基土層,地基土承載力下降,從而造成廠房獨(dú)立柱基礎(chǔ)沉降。

        3 工勘驗(yàn)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(xiàng)目業(yè)主委托工勘單位在沉降區(qū)域施工了四個(gè)工程勘察孔,孔深10米。在勘察孔內(nèi)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn)和重型動(dòng)力觸探實(shí)驗(yàn),采集原狀土樣20件,并進(jìn)行土工試驗(yàn)。11月下旬,工勘單位提交了《某項(xiàng)目壓濾車間地基沉降檢測(cè)巖土工程勘察報(bào)告》。結(jié)論認(rèn)為,原柱基礎(chǔ)的持力層為粉質(zhì)粘土,孔隙率大,滲透系數(shù)大,具有濕陷性。受酸泵池漏液影響,沉降區(qū)域內(nèi)本土層的含水率極大,土層處于軟塑狀態(tài)。勘察報(bào)告顯示,淺層濕陷性土厚度3.4m-5.8m,其下伏為粉砂質(zhì)泥巖工程地質(zhì)條件非常好。

        4 沉降治理方案

        根據(jù)工勘結(jié)果,采用樁基礎(chǔ),穿過軟弱粘土層,以粉砂質(zhì)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(chǔ)的兩側(cè)分別施工人工挖孔樁,挖孔樁直徑0.8米,孔深(樁長(zhǎng))約6~8米,以進(jìn)入粉砂質(zhì)泥巖1米為準(zhǔn),孔內(nèi)灌注C20砼,樁頂面預(yù)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(tái)鋼梁連接,如圖2所示。方案設(shè)計(jì)意圖是,用獨(dú)立柱基礎(chǔ)兩側(cè)的人工挖孔樁基礎(chǔ)替代原基礎(chǔ),從而保證建(構(gòu))筑物不再發(fā)生下沉。

        5 治理工程實(shí)踐

        2020年3月~4月,業(yè)主按照前述方案對(duì)鋼結(jié)構(gòu)廠房的沉降進(jìn)行了治理。因?yàn)橹A(chǔ)與柱基礎(chǔ)之間存在連續(xù)梁,為了不破壞該連續(xù)梁的整體結(jié)構(gòu),施工時(shí)將布置在柱基礎(chǔ)兩次的一個(gè)挖孔樁,調(diào)整為兩個(gè)挖孔樁,布置在連續(xù)梁的兩側(cè),再將兩個(gè)挖孔樁用一個(gè)梁連成一個(gè)整體。如圖3所示:

        在四根發(fā)生沉降的獨(dú)立柱基礎(chǔ)兩側(cè),分別施工兩個(gè)人工挖孔樁,為了保證挖孔過程中的安全,采用鋼護(hù)筒進(jìn)行護(hù)壁,挖孔樁進(jìn)入粉砂質(zhì)泥巖1米后終孔。孔內(nèi)設(shè)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(chǔ)兩側(cè)的八根鋼筋砼梁,如圖5;梁的頂部與上部鋼結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)位置預(yù)埋一塊30×30cm厚度20mm鋼板。待鋼筋混凝土梁養(yǎng)護(hù)10日以上,達(dá)到一定強(qiáng)度之后,將已發(fā)生沉降的鋼立柱切斷,用千斤頂將鋼立柱抬升復(fù)位, 如圖6;在挖孔樁暗梁與鋼結(jié)構(gòu)廠房第一層平臺(tái)梁之間,用工字鋼立柱做支撐,形成新的支撐結(jié)構(gòu),如圖7;然后用鋼板補(bǔ)償焊接恢復(fù)被切斷的鋼立柱,如圖8,鋼結(jié)構(gòu)廠房獨(dú)立柱基礎(chǔ)沉降得到完好的治理修復(fù)。

        圖3 挖孔樁與柱基礎(chǔ)平面關(guān)系圖

        6 工程建議與思考

        (1)本項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)階段,沒有依據(jù)詳細(xì)的工勘資料,從而造成獨(dú)立柱基礎(chǔ)的地基沒有得到很好的處理。如果當(dāng)初該項(xiàng)目進(jìn)行了詳細(xì)的工勘,獨(dú)立柱有可能采用樁基礎(chǔ),或者獨(dú)立柱下的地基土進(jìn)行全面換填,可以避免因地基土的濕陷性沉降,從而造成獨(dú)立柱基礎(chǔ)下沉。

        (2)建設(shè)期的施工管理問題。造成本項(xiàng)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(chǔ)未嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)進(jìn)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(xiàng)目建設(shè)期業(yè)主沒有委托施工監(jiān)理,且項(xiàng)目業(yè)主將土建工程和防腐工程分別向兩個(gè)單位發(fā)包,從而造成兩個(gè)施工工序沒有很好的銜接,造成工程質(zhì)量缺陷。如果項(xiàng)目業(yè)主將土建工程和防腐工程發(fā)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(xiàng)目持力層埋深僅5~6米,因此,本項(xiàng)目的樁基礎(chǔ)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(nèi)沒有理想的持力層,通過設(shè)計(jì)合理的樁長(zhǎng),采用摩擦樁提供受力支撐,采用本工程方案,也可以實(shí)現(xiàn)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(fù)位

        圖7 梁與第一層平臺(tái)間支撐立柱

        圖8 鋼立柱復(fù)位后補(bǔ)焊修復(fù)

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