马翎凯，王晓峰
（山东钢铁集团日照有限公司，山东 日照 276800）
随着我国经济高速发展，煤炭消耗量也日渐增加，导致二氧化硫等大气主要污染物的总排放量不断增加。山钢日照公司为积极响应国家环保要求，决定为1#、2#高炉热风炉配建烟气净化装置。项目采用“SDS脱硫工艺”，增设了烟气脱硫设施，不仅解决了二氧化硫等大气污染物的排放问题，也为企业的长期稳定高效生产创造了条件。项目在施工过程中，桩基础进度缓慢。鉴于此处为已进行过强夯置换的沿海地区地基，通过地基检测确认后，对原基础设计方案进行了优化，将钻孔灌注桩改为“砂石换填+条形基础”，既缩短了施工工期，同时也为企业间接创造了效益。
2.1 项目主要构建、构筑物结构形式
除尘器平台采用钢筋混凝土框架结构，墙体采用砌体围护，基础采用桩基础。分析小屋采用砖混结构。管道支架及平台采用钢结构。风机采用钢筋混凝土基础。
2.2 原桩基础设计方案存在的问题
高炉热风炉烟气脱硫项目原设计采用桩基础，除尘本体框架基础采用钻孔灌注桩。项目开工后，施工进度缓慢（基础施工图见图1）。一是由于该区域原始地貌为滨海，建厂初期经人工回填而成陆地，后来又采用强夯置换地基的处理方式进行加固，因此钻孔灌注桩需要穿透地下的强夯置换石块层，并且钻孔灌注桩的平均深度在20 m以上。该地区地下水位高，桩基钻孔易塌孔、难成孔，导致钻孔灌注桩的施工难度大。二是高炉热风炉烟气脱硫项目作为炼铁区域的完善项目，设计桩基距离原有建筑物很近，在钻孔灌注桩的施工过程中，存在扰动原有地基的可能。特别是A轴钻孔灌注桩基础距离地下电缆隧道较近，施工存在破坏电缆隧道的风险。另外，该施工区域狭小，基本无法提供钻孔灌注桩的施工场地，只能组织2台钻机同时施工。
图1 原基础施工图
经与相似工程测算比较，发现本工程桩基的施工、养护、检测至少需40 d，无法保证项目按期顺利投产。综合以上因素，若继续采用钻孔灌注桩的基础施工方式，将严重影响项目的投用时间，配煤结构调整的实现时间也将因此推迟。
2.3 基础设计方案的变更
通过详细研究设计图纸以及相关资料，并与设计人员沟通后，认为建厂初期进行的强夯置换处理极大地改善了地层的工程性质，并且有效地消除了该场地的地震液化，因此尝试用前期强夯置换处理后的地基作为除尘本体框架基础的持力层。
由于原高炉区域地勘报告只针对已有的热风炉等构筑物地基进行了勘察，本项目基础施工区域基本为空白区，为探究其可行性，查明场地地层的工程性质，为结构设计提供可靠的依据，因此决定对该场地地基进行检测。由于拟用深度4 m左右的砂层为地基持力层，为节省检测时间以及相关人力、物力，将本次检测的主要目的层锁定为深度4～10 m的砂层。根据原高炉区域地勘报告以及后期的回填、强夯置换以及地基检测情况，可知本场地地貌单元为滨海浅滩，原始地形由东向西缓慢降低。地下水为潜水，水位埋深约1.2 m左右；
本场地浅部地层分布复杂，有人工填土以及软土；
深层地层比较稳定，主要为砂土及可塑状态以上的黏性土，下伏基岩。本次检测主要分布的地层如下：
①层：素填土。成分以回填的块石、碎石为主，空隙充填砂及黏性土。杂色，稍密-中密，一般块径2～7 cm，最大30 cm，不均匀，场地表层为35 cm混凝土路面。拟建场地1#高炉区域回填块石、碎石较厚，2#高炉区域回填以砂性土为主。
②层：粉质黏土。灰褐色，可塑，含少许砂粒和碎石。土质不均匀，无摇振反应，切面稍光滑，韧性中等，干强度中等。
③层：中粗砂。黄褐色-灰黄色，中密-密实，饱和。主要成分为石英、长石，偶见贝壳碎屑。颗粒级配不良，局部含少量黏粒。
④层：粉细砂。灰褐色，稍密-中密，饱和。成分为长石、石英，局部含少量黏性土成分，含较多贝壳碎片。
为评价墩间土密实度、稠度等工程性质，判断地基承载力，评价消除砂土地震液化的效果，检测单位采用标准贯入试验进行检测数据分析。标准贯入试验在清除表层路面硬化层后，从地表向下约0.5 m开始，每隔1.0～1.5 m进行一次标准贯入试验，测试深度为10 m。各标贯数据统计结果见表1。
根据表1数据，可以判定各层土经强夯置换处理后标贯击数较高，且标贯击数离散性较低。依据修正后的击数判断砂土均处于中密-密实状态，且以中密状态为主；
黏性土处于可塑状态。
表1 标准贯入试验击数
根据本次检测标准贯入试验的数据，依据JCJ 340—2015《建筑地基检测技术规范》判定地基承载力特征值，详见表2。
表2 各土层地基承载力
根据标贯击数与本场地检测报告的地震参数，计算判定场地饱和砂土、粉土的地震液化，发现通过强夯置换处理，本场地的饱和砂土、粉土在抗震技术标准设定的地震条件下不会产生液化现象。由此得出如下结论：本场地经过强夯置换处理，10 m以上地层的工程性质得到有效改善。在拟建场区，场地无软弱土层，适合采用浅基础。强夯置换消除了该场地的地震液化。
检测报告给出如下建议：基槽开挖应符合相关的施工规范，避免扰动地基土。基槽开挖后必须组织相关单位进行验槽，验槽完毕后应尽快封闭，避免地基土受冻或曝晒。槽底如出现地下水，应降至基槽以下0.5～1.0 m。建议以第③层中粗砂作为浅基础的地基持力层。如果基础埋置深度达不到第③层中粗砂顶板，可以采用换填垫层法，将地基加高至基础埋置深度，换填材料可以选用碎石或级配砂。
以上检测报告确认拟建场地范围内无软弱土层，无须采用钻孔灌注桩，采用优化后的设计可以达到地基承载力要求，可以在本工程使用［1］。因此，将高炉热风炉烟气脱硫项目的基础设计由钻孔灌注桩改为“砂石换填+条形基础”，以缩短施工工期。
2.4 “砂石换填+条形基础”基础设计优化方案
具体地基处理方式为：将设计基础落于中砂层上，基础下方采用级配碎石进行换填，换填垫层深度约1.5～2.0 m，宽度为基础外边缘外扩0.5 m，并将原回填土进行压实，要求压实系数≥0.97，地基承载力特征值≥200 kPa。采用机械压实，压实要求最后两遍的压实高度≮5 mm。开挖基槽时，不应扰动土的原状结构，否则应挖除扰动部分。当采用机械挖土时，在基础底设计标高以上，预留适当厚度（＞300 mm）的土，待基础施工时再挖至基础底设计标高。基础施工完经检验合格后，应及时进行基坑回填，回填土压实系数≥0.94，室内外回填至设计地坪标高后，方可进行上部结构施工。设计变更后基础施工图见图2。
图2 设计变更后基础施工图
2.5 应用情况
采取“砂石换填+条形基础”基础设计优化方案后，高炉热风炉烟气脱硫项目虽然增加了基础混凝土、钢筋、级配砂石、土方开挖等工程量，增加了约几十万的施工成本，但工期提前约15 d，为企业早日进行配煤结构调整创造了条件。按照配煤结构调整后企业每月节省约9 000万的成本计算，间接为企业增效约4 500万元。
在已经进行强夯置换的沿海地区地基中施工桩基，难度远远超出在其他形式地基中的桩基施工。尤其是原系统和结构的改造完善项目，由于设计桩基离原有建筑物或构筑物很近，稍有不慎就会扰动原有的地基和结构，造成原结构产生不均匀沉降，轻则影响生产运行，重则关系到人员和结构的安全。强夯置换处理可以极大地改善填海区域的工程性质，并能有效消除场地的地震液化和软弱土层，绝大多数情况下适合浅基础的施工。本次高炉热风炉烟气脱硫项目采用的“砂石换填+条形基础”基础设计，在沿海地区强夯置换地基的处理中具有借鉴和推广意义。
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