尾氣回收裝置大型設(shè)備吊裝前的地基處理分析

孟將將 吳蓬勃

中國(guó)化學(xué)工程第九建設(shè)有限公司 遼寧盤錦 124000

中國(guó)化學(xué)工程第九建設(shè)有限公司第一分公司承接的內(nèi)蒙古潤(rùn)陽(yáng)悅達(dá)新能源科技有限公司光伏裝備制造全產(chǎn)業(yè)鏈科技示范項(xiàng)目一期年產(chǎn)8 萬(wàn)t 高純多晶硅項(xiàng)目，尾氣回收裝置為本項(xiàng)目的主要單體，此裝置中的設(shè)備有氫氣吸附塔、解析塔、吸收塔等多臺(tái)超過(guò)100t 的設(shè)備。裝置主框架為鋼結(jié)構(gòu)，高度25m，項(xiàng)目工期緊張，危險(xiǎn)性較大，地質(zhì)差，在吊裝前需要做好充分的準(zhǔn)備工作，通過(guò)換填，并對(duì)地基承載力核算，以達(dá)到吊裝要求。

1 地勘報(bào)告

1.1 場(chǎng)區(qū)位置及地形地貌

工作區(qū)位于鄂托克前旗上海廟經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)。擬建廠址原始地貌屬于剝蝕低緩的沙漠- 半沙漠丘陵微地貌單元，以第三系泥巖為基座，上覆第四系風(fēng)積物。地形呈波狀起伏，地面高差在10.20m 左右。地表植被多為枯草植物。

1.2 場(chǎng)地底層結(jié)構(gòu)

（1）粉砂（Q4eol）：黃褐色，干，松散- 稍密- 中密狀態(tài)，級(jí)配不良，分選性差，主要礦物成分為石英、長(zhǎng)石。該層整個(gè)場(chǎng)區(qū)均有分布。

（2）細(xì)砂（Q4al）：黃褐色，稍濕- 濕- 飽和，稍密- 中密- 密實(shí)狀態(tài)，級(jí)配不良，分選性一般，礦物成分以石英、云母為主，含鈣質(zhì)膠結(jié)，局部夾粉土薄層（厚度小于50cm，未單獨(dú)分層）。

1.3 場(chǎng)地地層參數(shù)

場(chǎng)地底層厚度、埋深及層頂標(biāo)高統(tǒng)計(jì)如表1 所示。

表1 場(chǎng)地地層參數(shù)

1.4 薦地基承載力特征值及修正系數(shù)

根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果并結(jié)合室內(nèi)物理力學(xué)指標(biāo)、地區(qū)經(jīng)驗(yàn)等，確定地基承載力值如表2 所示。

表2 各層地基土承載力特征值標(biāo)推薦表

1.5 天然地基土評(píng)價(jià)

（1）粉砂層：層位連續(xù)，厚度較小，土質(zhì)均勻性一般，穩(wěn)定性一般，工程性 能一般，可作為建筑物基礎(chǔ)持力層。

（2）細(xì)砂層：層位連續(xù)，厚度差異較小，自然地面下3.0m 范圍內(nèi)稍密- 中密- 密實(shí)，自然地面下3.0m 以下中密- 密實(shí)，土質(zhì)均勻性較好，穩(wěn)定性較好，工程性能較好，縱向隨深度增加密實(shí)度宜隨之增加，是良好的建筑物基礎(chǔ)持力層。

1.6 換填墊層淺基礎(chǔ)方案

對(duì)于天然地基淺基礎(chǔ)方案無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求的擬建物可采用換填墊層淺基 礎(chǔ)方案，建議整體挖除設(shè)計(jì)基底標(biāo)高以上所有土層后，再整體下挖一定深度后 回填級(jí)配良好砂石料做墊層，以人工墊層為基礎(chǔ)持力層，經(jīng)這樣處理后，可提高基礎(chǔ)持力土層承載力，滿足擬建物對(duì)地基強(qiáng)度及變形的要求。但對(duì)于大型吊裝必須要進(jìn)行換填，之后方可施工作業(yè)。

2 設(shè)備參數(shù)

因?yàn)闅錃馕剿楸狙b置中重量的最大的設(shè)備，所以以此為例來(lái)介紹。其他設(shè)備不再一一列舉。氫氣吸附塔共9 臺(tái)，規(guī)格型號(hào)為φ3300mm×19541mm×32mm，單臺(tái)重187.065t，高度為19.541m。

3 吊車站位及選型

尾氣回收(02806B)區(qū)圖中裝置南北布置，南北1—17軸，東西C—F 軸，長(zhǎng)125m、寬25m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，主吊車在裝置區(qū)域西側(cè)進(jìn)行站位。吊車站位示意圖如圖1 所示。

圖1 吊車站位示意圖

通過(guò)吊裝載荷、額定起重量、最大幅度、最大起升高度等對(duì)吊車選型為800t 履帶吊作為主吊，300t 履帶吊作為溜尾副吊，選型過(guò)程不再論述。

4 吊車對(duì)地壓強(qiáng)計(jì)算

4.1 800t 履帶吊對(duì)地壓強(qiáng)計(jì)算

吊車的最大吊裝重量為278t，超起配重選300t。吊裝時(shí)起重機(jī)履帶下方鋪設(shè)14 塊路基板，轉(zhuǎn)場(chǎng)行走時(shí)履帶下方鋪設(shè)8 塊路基板，800t 履帶吊自重（本次使用工況含路基板84t）約784t。

吊裝總對(duì)地壓（Pk）計(jì)算見式（1）。

式中：Pk——外載壓力；

ml——吊車自重，700t，取路基板84t；

m2——超起配重，取300t；

m3——吊裝重量，取268t；

P——綜合系數(shù)，取1.2；

B——走道板寬度，取2m；

L——走道板長(zhǎng)度，取6m；

N——路基板數(shù)量，取吊裝14 塊。

代入數(shù)據(jù)，得：Pk=9.65t/ m2。

因此，800t 履帶吊吊裝作業(yè)區(qū)域地基處理承載力特種值需≥11.6t/ m2滿足要求。

4.2 300t 履帶吊對(duì)地壓強(qiáng)計(jì)算

300t 履帶吊的最大吊裝重量為275t，超起配重120t，吊裝時(shí)起重機(jī)履帶下方鋪設(shè)6 塊路基板，轉(zhuǎn)場(chǎng)行走時(shí)履帶下方鋪設(shè)8 塊路基板，300t 履帶吊自重（本次使用工況含路基板84t）約為326t。

其吊裝總對(duì)地壓的計(jì)算同式（1），但各參數(shù)數(shù)值有所不同。

其中，ml為吊車自重，242t，取路基板84t；m2為超起配重，取120t；m3為吊裝重量，取94t；P 為綜合系數(shù)，取1.2；B 為走道板寬度，取2m；L 為走道板長(zhǎng)度，取6m；N為路基板數(shù)量，取吊裝6 塊。

代入數(shù)據(jù)，得：Pk=9t/ m2。

所以，300t 履帶吊吊裝作業(yè)區(qū)域地基處理承載力特種值需≥10.8t/ m2滿足要求。

5 換填墊層淺基礎(chǔ)方案

吊裝區(qū)域需要對(duì)其換填處理。以主吊車800t 履帶吊為例地耐力核算：

吊車帶載重量1352×1.2=1622.4t，路基板單條履帶按7 塊計(jì)算，規(guī)格6m×2m×0.2m。采用毛石換填法處理，暫定換填深度0.5m，換填材料采用毛石和部分塘渣分層碾壓處理完成，換填材料重度γ1=22kN/ m3。

5.1 墊層厚度

墊層厚度（z）應(yīng)根據(jù)需要置換軟弱土的深度或下臥圖層的承載力來(lái)確定，并符合公式（2）要求。

式中：Pz——相應(yīng)于載荷效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)，墊層底面處的附件壓力值，kPa；

Pcz——墊層底面處，土的自重壓力值，kPa；

faz——墊層底面處，經(jīng)深度修正后的地基承載力特征值，kPa。

5.2 墊層地面處的附加壓力

墊層地面處的附加壓力值按以條形基礎(chǔ)公式計(jì)算，見式（3）。

式中：b——吊車履帶、支腿或支墊路基板的寬度，m；

l——吊車履帶、支腿或支墊路基板的長(zhǎng)度，m；

pk——基礎(chǔ)底面處的平均壓力值，kPa；

pC——基礎(chǔ)底面處土的自重壓力值，kPa；

Z——基礎(chǔ)底面下墊層的厚度，m；

θ——墊層的壓力擴(kuò)散角，（°）。

路基板采用橫鋪，單履帶下路基板寬6m，長(zhǎng)14m（7×2），z/ b=0.5/ 6=0.083。根據(jù)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范中表4.2.2 擴(kuò)散角θ=0，tanθ=0，履帶底部壓力值Pk=11.6t/ m2，基礎(chǔ)底面處土的自重壓力值取PC=0t/ m2。

將以上各值代入式（4）,計(jì)算得Pz=11.6t/ m2。

5.3 墊層底面上部換填料的自重壓力

墊層底面上部換填料的自重壓力( Pcz) 計(jì)算見式（4）。

5.4 墊層底面處經(jīng)深度修正后的地基承載力特征值

墊層底面處經(jīng)深度修正后的地基承載力特征值計(jì)算見式（5）。

式中：fak——地基承載力特征值，粉砂地基承載力特征平均值根據(jù)地勘報(bào)告結(jié)論取130kN/ m2；

ηb、ηd——分別表示基礎(chǔ)寬度和深度的地基承載力修正系數(shù)，按基底（這里指墊層底）下土的類別），根據(jù)地勘報(bào)告換填層地下層為粉砂和細(xì)砂，從《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中取值，ηb取值為2.0，ηd取值為3.0。

γ——墊層土的重度，2.24t/ m3；

γm——墊層底面以上土的加權(quán)平均重度，0t/ m3；

b——基礎(chǔ)寬度。

將各值代入式（5）計(jì)算faZ可得，基礎(chǔ)底面寬度小于3m，因此按3m 計(jì)算。

faZ=130/ 9.8+2×2.24（6- 3）+3×0(0.6- 0.5)=26.7t/ m2

則PZ+Pcz=11.6+1.12=12.72t＜26.7t/ m2。

因此，換填墊層厚度滿足受力要求。

同樣，300t 吊車均滿足受力要求。

6 地基處理方法

根據(jù)建筑地基處理技術(shù)規(guī)范要求，換填墊層的厚度應(yīng)根據(jù)置換軟弱土的深度以及下臥土層的承載力確定，厚度不宜小于0.5m，也不宜大于3m。其換填方法如下：

（1）設(shè)備運(yùn)輸臨時(shí)道路換填采用砂夾石進(jìn)行路基換填，開挖500mm，采用級(jí)配良好的砂夾石分層碾壓夯實(shí)與周圍路面持平。

（2）800t 履帶吊吊裝區(qū)域開挖換填深度500mm 后對(duì)地基進(jìn)行壓實(shí)，分2 次每層250mm 回填毛石，并在每層石料上再鋪設(shè)級(jí)配砂石（或塘渣），使其填滿毛石的空隙，并用壓路機(jī)振動(dòng)壓實(shí)，再回填下一層，毛石分層回填深度500mm，最后鋪設(shè)一層100mm 的石粉和碎石混合料（3∶7）找平地面，傾斜度不大于1°，使其高度與周圍地、路面持平。800t 履帶吊地基處理參數(shù)：125m×16m×0.5m。

地基處理如圖2 所示。對(duì)施工的換填區(qū)域如圖3 所示。

圖2 地基處理示意圖

圖3 換填區(qū)域示意圖

7 結(jié)語(yǔ)

采用換填墊層法進(jìn)行地基處理方法簡(jiǎn)單，通過(guò)此法能夠?qū)崿F(xiàn)地基承載力的要求，以技術(shù)理論為保障，采取經(jīng)濟(jì)可行的方式，為下一步的吊裝工作做好充分的準(zhǔn)備，實(shí)現(xiàn)安全作業(yè)。