文／李鐵軍、劉明昊、劉琦 唐鋼國(guó)際工程技術(shù)有限公司 河北唐山 063000

鐘 冉 唐鋼國(guó)際工程技術(shù)有限公司 河北唐山 063000

劉慶云 天柱鋼鐵集團(tuán)公司 河北唐山 063000

1.項(xiàng)目基本情況

某鋼鐵廠退城搬遷項(xiàng)目主要建設(shè)內(nèi)容為智能化綜合料場(chǎng)；2x318m2燒結(jié)機(jī)；鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)生產(chǎn)線1 條；2x1780m3高爐；2x140 噸轉(zhuǎn)爐；大、中型H 型鋼生產(chǎn)線各1 條；小H 型鋼生產(chǎn)線2 條；并配套發(fā)電、制氧、水處理、煤氣柜、供配電、能源調(diào)度中心、研發(fā)中心及檢化驗(yàn)中心、綜合辦公樓、職工生活區(qū)、活動(dòng)中心、食堂、浴池等生產(chǎn)輔助設(shè)施及生活配套設(shè)施。項(xiàng)目年產(chǎn)鐵300萬(wàn)噸，鋼坯280 萬(wàn)噸，型鋼（材）290 萬(wàn)噸。

根據(jù)相關(guān)規(guī)定，項(xiàng)目的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)，場(chǎng)地復(fù)雜程度等級(jí)及地基復(fù)雜程度等級(jí)均為二級(jí)、工程的重要性等級(jí)為二級(jí)，巖土工程勘察等級(jí)為二級(jí)。

2.場(chǎng)地地質(zhì)條件

該項(xiàng)目建設(shè)場(chǎng)地位于唐山市樂(lè)亭縣京唐港境內(nèi)，占地3.49 km2，東西長(zhǎng)約2.9km，南北長(zhǎng)約1.2km。境地內(nèi)主要為中生界、新生界沉積層。地面為燕山褶皺帶南緣、渤海北岸濱海平原，其平原為灤河沖擊扇和濱海平原兩部分組成。基巖埋深800-1000m，場(chǎng)地地勢(shì)平坦，起伏較小。

地層組成主要為素填土、粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂、細(xì)砂。按埋藏深度、巖性特征、物理力學(xué)性質(zhì)分為13 個(gè)地質(zhì)主層，1 個(gè)地質(zhì)亞層。場(chǎng)地土除第①層素填土外，其它各層均可作為天然地基使用[1]。場(chǎng)地各土層承載力特征值及物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 各土層承載力特征值表

3.項(xiàng)目的荷載條件及特點(diǎn)

根據(jù)擬建建（構(gòu)）筑物的荷載大小及使用性質(zhì)的不同可以分成三種類(lèi)型：（1）垂直荷載較大的建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)，如原燃料存儲(chǔ)車(chē)間、高爐車(chē)間、轉(zhuǎn)爐煉鋼車(chē)間等基礎(chǔ)；（2）垂直荷載及水平荷載均較大的建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)，如原料高架儲(chǔ)倉(cāng)、高爐礦焦槽、煙囪、事故水塔等；（3）一般荷載條件的各類(lèi)廠房基礎(chǔ)、設(shè)備基礎(chǔ)等。分類(lèi)的目的在于區(qū)別不同情況，分別采用不同的地基處理方案，選擇不同的樁型及規(guī)格。

4.地基處理方案的選擇

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，各土層的端阻及側(cè)阻值如表2。

表2 預(yù)制（灌注）樁設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)以上勘察報(bào)告給出的樁設(shè)計(jì)參數(shù)，以PHC500 AB(125)-14m 管樁為例進(jìn)行了計(jì)算，獲得了初步的計(jì)算結(jié)果。

計(jì)算以煉鐵區(qū)地質(zhì)剖面23-23′之102 探孔及剖面42-42′之188 探孔為例，以第⑥層為樁端持力層進(jìn)行。PHC500AB(125)-14m 樁的承載力極限值計(jì)算結(jié)果分別為1909kN/樁及1873kN/樁。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，這樣的樁基承載力計(jì)算結(jié)果，在高爐及煉鋼等豎向荷載較大的建（構(gòu)）筑物中使用預(yù)制管樁，樁的布置將十分困難。為了客觀評(píng)價(jià)場(chǎng)地土的物理力學(xué)性能，準(zhǔn)確確定巖土技術(shù)參數(shù)，重點(diǎn)做了以下幾方面工作：

4.1 有針對(duì)性的試樁試驗(yàn)工作

此項(xiàng)工作的關(guān)鍵是獲得試驗(yàn)數(shù)據(jù)，提供可靠的設(shè)計(jì)依據(jù)。為此，分別進(jìn)行了預(yù)制管樁（PHC）、預(yù)制竹節(jié)樁、現(xiàn)澆灌注樁、現(xiàn)澆灌注支盤(pán)樁等四種樁型、幾個(gè)規(guī)格樁的試樁實(shí)驗(yàn)，獲得了相應(yīng)的豎向承載力參數(shù)[2]，見(jiàn)表3。

表3 預(yù)制、灌注樁（試樁）承載力極限值明細(xì)表

把計(jì)算結(jié)果與表3 進(jìn)行對(duì)比可知，在現(xiàn)行規(guī)范體系下，本場(chǎng)地單樁豎向承載力理論計(jì)算值要遠(yuǎn)小于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)值。僅以預(yù)制管樁PHC-500AB（125）為例，其極限承載能力的理論計(jì)算值為1908kN/樁，而試樁實(shí)驗(yàn)則值為4500kN/樁，后者是前者4500/1908=2.38 倍。

（1）現(xiàn)澆灌注樁：直徑?800mm，長(zhǎng)度為38m 的灌注樁，以第⑧層為樁端持力層，極限承載力為7250kN。由于樁長(zhǎng)較長(zhǎng)，其具有在深度空間上靈活調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，可以根據(jù)不同的荷載使用要求酌情調(diào)整樁長(zhǎng),靈活選擇第④或第⑥層作為持力層。由于其同時(shí)具有較好水平承載力的優(yōu)點(diǎn)，更適于本文“3”荷載分類(lèi)的第二種類(lèi)型，即豎向荷載及水平荷載要求都比較高的情況，如原料場(chǎng)高架儲(chǔ)倉(cāng)基礎(chǔ)、礦焦槽料倉(cāng)基礎(chǔ)等。

（2）預(yù)制管樁（PHC）:根據(jù)實(shí)驗(yàn)，預(yù)制管樁（PHC）在樁長(zhǎng)13m 至15m 的深度范圍，以第⑥層為樁端持力層，獲得了較高的承載力。PHC400 管樁為2600kN（極限值）；PHC500AB（125）管樁為4500kN（極限值）；PHC600AB（130）管樁為5400kN（極限值）。根據(jù)上述數(shù)據(jù)，預(yù)制管樁應(yīng)用到承載力要求較高的高爐、熱風(fēng)爐、礦槽、轉(zhuǎn)爐基礎(chǔ)的地基處理成為可能。根據(jù)2000m3級(jí)高爐荷載的工程經(jīng)驗(yàn)，其總荷載在300000kN 左右。要在25m-30m 見(jiàn)方的基礎(chǔ)范圍內(nèi)布置單樁承載力特征值2200kN 的PHC 管樁，獲300000kN 地基承載力，完全可能。高爐基礎(chǔ)的樁基設(shè)計(jì)方案，以2000 mm的樁間距在26mx26m 的平面上布置了196 根PHC500AB（125）管樁，獲得430000kN 承載力，成功在高爐樁基采用預(yù)制管樁。

預(yù)制管樁（PHC）的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為豎向承載力較高，水平承載力要求相對(duì)較低的高爐、熱風(fēng)爐、煉鋼廠房、軋鋼廠房、連鑄及軋鋼基礎(chǔ)的地基處理提供了很好的選擇空間。同時(shí)，由于擁有了小規(guī)格PHC400 預(yù)制樁的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，又為眾多一般荷載條件下的建（構(gòu)）筑物地基處理提供了廣闊的選擇空間。

（3）現(xiàn)澆支盤(pán)樁：根據(jù)表3 的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，支盤(pán)樁并未獲得更高的承載力，而其在砂層中成孔的不穩(wěn)定性缺點(diǎn)卻較為明顯，質(zhì)量及進(jìn)度的可控風(fēng)險(xiǎn)大大增加。此工法的應(yīng)用，其場(chǎng)地條件的適用性不可忽視，場(chǎng)地砂性土的特點(diǎn)必須充分考量。加之附近某鋼鐵廠采用此樁型，壓樁檢驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)數(shù)據(jù)較大離散（大批量壓樁檢驗(yàn)不合格）的現(xiàn)象，直接為我們做了預(yù)先警示，因而本工程未予采用。

（4）預(yù)制竹節(jié)樁：預(yù)制竹節(jié)樁作為新樁型的應(yīng)用，其理論計(jì)算與實(shí)際壓樁檢數(shù)據(jù)間的吻合性驗(yàn)尚待試樁檢驗(yàn)驗(yàn)證，需要一個(gè)積累過(guò)程。根據(jù)生活區(qū)宿舍樓工程樁的試樁檢驗(yàn)結(jié)果，其承載力并不比普通PHC 管樁更高（反映的是端承能力為主），樁檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)其側(cè)阻提高25%的建議（經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)）并未提供支持。其對(duì)場(chǎng)地土巖性特點(diǎn)的適用性同樣存在局限性，明顯地，砂性土地質(zhì)條件下沉樁貫入難度大的問(wèn)題突出，碎樁（頭）比例較大是不可忽視的問(wèn)題?；谝陨显?，除前期的生活區(qū)宿舍樓部分采用外，生產(chǎn)線區(qū)域沒(méi)有采用預(yù)制竹節(jié)樁方案。

4.2 充分的方案比較論證

結(jié)合項(xiàng)目地質(zhì)勘察情況及試樁報(bào)告結(jié)果，根據(jù)擬建建（構(gòu)）筑物的荷載大小及使用性質(zhì)，對(duì)地基處理方案進(jìn)行充分論證、比選，力求設(shè)計(jì)、實(shí)施方案合理可靠，保證結(jié)構(gòu)安全性的同時(shí)節(jié)省建設(shè)投資。通過(guò)論證，地基處理方案主要采用了預(yù)制PHC 管樁、現(xiàn)澆灌注樁、CFG 樁等3種樁型[3]。

以高爐為例，截止目前，港區(qū)內(nèi)幾個(gè)鋼鐵企業(yè)的200 0m3級(jí)高爐的地基處理方式均為鋼筋混凝土灌注樁，這是各設(shè)計(jì)院普遍慣常的設(shè)計(jì)做法。業(yè)主單位與設(shè)計(jì)院技術(shù)人員根據(jù)試樁報(bào)告結(jié)果，結(jié)合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)反復(fù)進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比、分析，決定在高爐本體、熱風(fēng)爐、轉(zhuǎn)爐煉鋼車(chē)間等的樁基設(shè)計(jì)中使用預(yù)制管樁（PHC）。首先在高爐及熱風(fēng)爐基礎(chǔ)的地基處理中采用了PHC 樁，并以靜載試驗(yàn)方式進(jìn)行試樁檢驗(yàn)，獲取工程樁的客觀檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步驗(yàn)證試樁成果的可靠性。形成了一個(gè)提出初步處理方案—進(jìn)行理論計(jì)算—試樁獲取數(shù)據(jù)—確認(rèn)處理方案—設(shè)計(jì)并實(shí)施—工程樁試樁檢驗(yàn)獲得驗(yàn)證的邏輯鏈條。

4.3 可靠的技術(shù)指標(biāo)確定

為了確保工程安全，遵循“基于試樁成果，留有安全儲(chǔ)備，確保地基安全”的原則并考慮施工離散性的實(shí)際，在樁基設(shè)計(jì)中，必須安全可靠地確定樁的承載力指標(biāo)。為此，我們?cè)谠嚇秾?shí)際數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上適當(dāng)?shù)卣{(diào)整了承載力標(biāo)準(zhǔn)，把PHC400 的承載力特征值取為1100kN/樁（1100/2600）；PHC500 的承載力特征值取為2200kN/樁（2200/4500）；PHC600 的承載力特征值取為2600kN 樁（2600/5400）。使各規(guī)格樁的承載力特征值與極限值之比均小于0.5，以確保安全。

4.4 有針對(duì)性的設(shè)計(jì)方案選擇

此項(xiàng)工作的主要目的是堅(jiān)持區(qū)別對(duì)待的原則，根據(jù)上部結(jié)構(gòu)及荷載條件的不同，做好樁基方案的選定，把好從平面布置到樁型及規(guī)格選定關(guān)。這里，重點(diǎn)是針對(duì)不同的荷載要求，選定不同的樁型及規(guī)格，努力實(shí)現(xiàn)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)合理性的統(tǒng)一。

4.5 嚴(yán)格的過(guò)程控制

此項(xiàng)工作的重要意義在于提高過(guò)程控制（特別是施工）對(duì)工程實(shí)體質(zhì)量的極端重要性的認(rèn)識(shí)及保障。考慮到在2000m3級(jí)高爐地基處理上采用預(yù)制管樁（PHC）在業(yè)內(nèi)經(jīng)驗(yàn)積累不足，地勘報(bào)告及現(xiàn)有計(jì)算體系的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)相差較大，進(jìn)而成為設(shè)計(jì)人員乃至業(yè)主方擔(dān)心的主要問(wèn)題。為此，具體實(shí)施中，在嚴(yán)格施工工序及技術(shù)要求的基礎(chǔ)上，適當(dāng)（尤其是在初期）加大了靜載壓樁抽檢的比例，為試樁成果提供進(jìn)一步的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)。形成基于試樁成果的設(shè)計(jì)方案選定—基于與試樁工序一致的施工工序保障—以試樁檢驗(yàn)為可靠驗(yàn)證的方案可行性的系統(tǒng)保障鏈條。

在做好上述幾項(xiàng)基礎(chǔ)性工作的前提下，經(jīng)過(guò)慎重決策，在高爐基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中率先使用了PHC500 管樁，并及時(shí)以試樁試驗(yàn)的方法檢驗(yàn)工程樁的承載能力，獲得肯定結(jié)論后進(jìn)行了更大范圍的推廣使用。根據(jù)對(duì)近4.5 萬(wàn)根不同樁型、不同規(guī)格的工程樁的比例抽樁檢驗(yàn)，其試樁抽檢檢驗(yàn)合格率達(dá)到99.9%以上，表明決策是正確的，過(guò)程控制是有效的，整個(gè)項(xiàng)目的地基處理方案是成功的。

結(jié)語(yǔ)：

目前項(xiàng)目已建成投產(chǎn)將近兩年時(shí)間，建（構(gòu)）筑物使用效果良好，結(jié)構(gòu)安全性得到驗(yàn)證，證明地基處理方案是合理的，可為今后類(lèi)似項(xiàng)目的建設(shè)實(shí)施提供借鑒指導(dǎo)。

通過(guò)該項(xiàng)目的地基處理實(shí)踐，總結(jié)以下兩點(diǎn)體會(huì)：

（1）關(guān)于砂土地質(zhì)條件下PHC 樁基方案的選擇

該場(chǎng)地的地質(zhì)土主要為中密到密實(shí)的粉砂、細(xì)砂土質(zhì)（局部夾層為厚度較小的粉質(zhì)黏土）。PHC 管樁地基處理方案中，端阻利用的目標(biāo)持力層就是具有代表性的第⑥層，為密實(shí)砂土。以高爐所在位置的23-23 剖之102孔第⑥層為例，其標(biāo)貫擊數(shù)達(dá)到35 至42 擊以上，而42-42 剖之188 孔第⑥層則達(dá)到55 擊以上。重力密度22.0kN/m3，剪切波速280m/s,地耐力220kPa,埋藏深度13～14m，絕對(duì)高程在—10～—11m 左右，厚度8m 左右，分布均勻。下部為穩(wěn)定的第⑧層（沒(méi)有第⑦層），標(biāo)貫擊數(shù)達(dá)55-60 擊上。上部土層除第①層外，各土層的重力密度在18.2 kN/m3至19.0 kN/m3之間，剪切波速均在170m/s 至260m/s 之間。這樣的土質(zhì)及土層分布，雖然理論計(jì)算的單樁承載力較低，但PHC 樁的試樁結(jié)果卻高出很多，而且大部分樁長(zhǎng)都可選在15 米以內(nèi)。這樣的樁長(zhǎng)選擇空間，即能保證進(jìn)入到預(yù)定持力層一定深度，又避免了接樁的可能。也就是說(shuō)，PHC 管樁很適宜用于該場(chǎng)地的地基處理。

（2）關(guān)于堅(jiān)持區(qū)別對(duì)待的原則

在總體處理方案已經(jīng)確定的情況下，如何根據(jù)具體的地質(zhì)條件及其上部結(jié)構(gòu)的荷載情況選擇樁型規(guī)格乃至布置數(shù)量，在滿足受力條件的前提下，合理布樁，提高經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是一項(xiàng)重要且細(xì)致的工作，也是應(yīng)有的目標(biāo)設(shè)定。除了對(duì)各主要建（構(gòu)）筑物樁基設(shè)計(jì)按既定原則選擇PHC樁外，高爐礦焦槽、料場(chǎng)高架儲(chǔ)倉(cāng)等豎向荷載及水平荷載都較大的樁基設(shè)計(jì)，采用了灌注樁方案。而對(duì)一般荷載條件下的建（構(gòu)）筑物地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)則主要進(jìn)行合理性把關(guān)，主要是從樁型規(guī)格及布樁方案上進(jìn)行優(yōu)化，不排除天然地基設(shè)計(jì)方案，從而避免 “冗余”設(shè)計(jì)的出現(xiàn)。