武钢冶金渣升压泵房工程钢渣地基分析与评价

2012-06-14陈波

山西建筑 2012年5期

陈波

1 工程概况

武钢冶金渣公司升压泵房异地改造工程拟建建筑物的情况见表1。

上述两建筑物的荷载均为150 kPa，关键问题是其对沉降敏感。且该处原始地形为武汉市青山区龙角湖一角，地势低洼，地貌单元属长江右岸一级阶地地貌。武钢建厂后逐渐将其填平，现原始地貌已不复存在，整个场地均被钢渣填实。本场地钢渣来源于武钢的平炉、转炉，填实工作开始于1958年，终于20世纪90年代中期，钢渣堆积时，未经磁选、筛分及分级分层处理，故钢渣粒径大小悬殊，级配无规律，大者粒径超过1 m，且见钢渣“锅底”分布，总体看，粗颗粒居多，大于2 mm颗粒含量一般超过50%，属于角砾土范围，呈干、中密状态。

2 场地工程地质条件

场地位于武钢冶金渣公司厂区内，地貌上属于长江南岸Ⅱ级阶地地貌，武钢建厂投产后逐渐将其挖方、填平、堆积。原始地形已不复存在，整个场地均被钢渣填实，形成一高约10 m的小山包，以孔口标高计，现地面标高变化在42.98 m～42.99 m之间。场地勘探深度内无地下水。

表1 工程基本情况

3 钢渣的力学分析与评价

从钢渣的力学指标测试结果来看，无论是野外还是室内的测试成果，钢渣的抗剪强度都比较大，其内摩擦角随密实度增大有所增大。另外，室内的抗剪试验结果表明(见图1)，钢渣的凝聚力为零，但野外大剪试验均存在凝聚力值(见表2)，这是一个反常现象，分析其原因，这主要是因为现场在做大剪试验时，剪切面上粗大的钢渣颗粒相互咬合所致，造成一个“视凝聚力”，而室内的环剪试验，虽然环的内径较大(φ=20 cm)，但必须剔去大于20 mm的大颗粒进行试验，试验结果只能反映钢渣中小于20 mm颗粒的抗剪强度，因此室内环剪试验结果用于工程上是偏安全的。

图1 环剪试验图

表2 野外大剪试验表

从野外平板载荷试验P—S曲线上可明显看出(见表3，图2)，不同密度的钢渣层载荷试验曲线均未出现明显拐点，试验过程是一个加载压密过程，而总沉降量都不是很大，从而可推断，该钢渣层经压实后，其承载力会更高，目前在没有大的振动荷载作用情况下，无论是稍密状态层还是中密状态层，均可满足拟建建筑物的荷载要求。

表3 载荷试验P—T—S汇总表

综合以上成果，在本次勘察结论中建议钢渣层的设计参数为:除经二次搬运新近堆积的松散钢渣层不宜直接作为拟建建筑物地基外，稍密状态钢渣重度 γ=22.5 kN/m3，承载力特征值fak=230 kN，变形模量E0=18.0 MPa。中密状态钢渣重度 γ=24.0 kN/m3，承载力特征值 fak=400 kN，变形模量 E0=30.0 MPa。在该工程的设计和施工中均收到了良好效果。

4 可能存在的岩土工程问题及预防措施

上面已经谈到，钢渣的不稳定因素主要是膨胀性问题，游离氧化钙是导致膨胀的内因，水的作用是其外因。本次针对钢渣活性问题取10组钢渣试样，由物理指标及化学成分分析测试结果可知:钢渣碱性模量Mo=(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)=2.78＞1，呈碱性，其质量系数k=(CaO+MgO+Al2O3)/(SiO2+MnO)=3.23 ＞1.9，呈高活性，蒸煮粉化率波动上限 fu=4.10% ＜5%，钢渣结构属稳定型。虽然在目前条件下，经自然陈化多年的钢渣已趋稳定，但当外因条件改变后，钢渣的稳定性如何，尚需进行专门研究，在未有此结论性意见的情况下，应防止含有对钢渣稳定性不利的溶液排泄到本场地钢渣层中。另外本场地钢渣虽有一定强度但却是未经处理的自然堆积物，颗粒大小悬殊，级配极不均匀，密实度也欠佳，除中密层压实系数为0.97外，稍密层为0.88，松散层更差仅为0.79，有些地段钢渣还有架空现象，在长期荷载和振动荷载作用下，有可能产生不均匀的压密变形，给建筑物带来不利影响，因此建议钢渣地基采用强夯或其他地基处理方法，以改良钢渣的建筑性能。