大型设备吊装淤泥性土质场地地基处理新方法

李 宁

中石化重型起重运输工程有限公司青岛分公司 北京 100029

近年来，大型设备吊装“一体化”管理模式在许多大型化工建设工程中得以广泛应用，但也延伸出很多问题。例如，淤泥性土质具有含水量高、密实度低、流动性强等特点，非常不适宜大型设备吊装作业，需要对其进行处理，以保证大型设备吊装工程能够安全、顺利的完成。因此，如何对淤泥性土质进行地基处理工作成为很多设计、建设与施工单位都十分关注的问题。以往采用打桩和制作吊装专用承台的方法进行场地处理，该方法虽能满足吊装施工要求，但存在前期准备工作量大，施工周期长，施工过程不确定性大，投入费用高及场地不利于恢复等一系列问题。以江苏斯尔邦石化醇基多联产项目为90 万t/ a 甲醇制烯烃（MTO）装置丙烯精馏塔Ⅰ的吊装为例，提出了一种针对淤泥性土质地基处理新方法，既保证了大型设备吊装施工的安全性，又解决了上述问题。

1 概述

江苏斯尔邦石化醇基多联产项目中90 万t/ a MTO 装置丙烯精馏塔Ⅰ净重1235t，为该项目最重设备，使用XGC88000 型4000t 级履带式起重机吊装就位。设备规格尺寸为Φ7500×82750mm，材质为Q345R，壁厚为56mm，吊装重量为1425t。

吊装丙烯精馏塔I（11- T- 5003）时，XGC88000 型4000t 履带式起重机采用重型主臂工况：杆长为114m，2600t 级滑车，吊车总重4100t，设备本体重量为1235t，吊索具重量为190t，合计总重为5525t。起重机超起半径37m，超起配重2100t，就位半径34m，负荷率82.8%。

路基箱摆放形式如图1 所示。

图1 路基箱摆放形式

单条履带有效面积：2.2×19.155＝42.141m2；单侧履带加铺7 块路基箱面积：7×7×2.8＝137.2m2；路基箱单块重量为14.5t，取动载系数为1.2。

吊车对路基箱的压力：

5525×1.2÷（42.141×2）=78.7t/ m

吊车对地压力：

（5525+14.5×14）×1.2÷（137.2×2）=30.5t/ m2

所以，要求处理后的地耐力最小应达到30.5t/ m2。

2 装置地质情况

2.1 场地位置及地形、地貌

拟建项目场地位于江苏连云港徐圩新区石化功能区，场地原微地貌单元以盐田为主，地势相对低平。原盐田地面标高大都在2.3m 左右，局部有输卤沟渠及取水集水坑，一般深、宽约1m。目前该装置区场地已回填整平，整平标高约3.2m 左右。场地属海积平原地貌单元。

2.2 场地地层结构与特征

根据本次勘察过程中钻探揭露、取样分析，以及静力触探等手段获取信息的综合对比分析，场地地层自上而下各层土体的依次特征简述如下：

（1）①- 1A 层素填土（山皮土）：褐黄色、棕黄色，该层土以近期回填粘性土为主，混有少量碎石、角砾等。在场地上部分布，厚度为0.50～1.60m，平均0.97m；层底标高1.61～2.92m，平均2.35m；层底埋深0.50～1.60m，平均0.97m。

（2）①- 1B 层素填土（粘性土）：褐黄色杂褐灰色，主要由可塑- 软塑状粘性土组成。场地遍布，厚度为0.70～1.90m，平均1.26m；层底标高0.16～1.68m，平均1.09m；层底埋深1.60～3.10m，平均2.22m。

（3）①- 2 层粘土：灰褐色、褐黄色，可塑，下部渐变软塑，光滑。场地普遍分布，厚度为1.20～2.60m，平均1.87m；层底标高- 1.36～- 0.03m，平均- 0.77m；层底埋深3.50～4.60m，平均4.09m。

（4）②层淤泥：灰色、青灰色，流塑，具腥味，无光泽反应，局部相变为淤泥质粘土，受地基处理影响局部相变为软塑性状粘土。场地遍布，厚度为12.60～14.00m，平均13.13m；层底标高- 14.22～- 13.54m，平均- 13.90m；层底埋深16.80 ～17.50m，平均17.22m。

2.3 地基土的工程地质评价

（1）①- 1A 及①- 1B 层素填土强度较低，中、高压缩性，不均匀，分布厚度有差异，属软弱土；

（2）①- 2 层粘土高压缩性，强度低，工程性质差，属软弱土；

（3）②层淤泥，强度低，性质不均匀，层位较稳定，高压缩性，工程性质差，属软弱土。

根据工程地质条件报告，90 万t/ a MTO 装置地基土的构成与特征见表1。

表1 90 万t/ a MTO装置地基土层的工程地质特征一览表

3 实施方法及技术措施

3.1 实施方法

根据吊装方案设计的吊车站车位置，办理动土作业许可证，按图测量放线，将吊车站位区域下挖2500mm，使用20t 震动压路机反复震动压实开挖基槽；再上铺500mm 厚水稳层，使用20t 震动压路机反复震动压实；再上铺200mm 厚毛石层，每300mm 厚使用20t 震动压路机反复纵横震动压实；最后上铺100mm 厚石屑层，使用20t 震动压路机反复纵横震动压实。

图2 和图3 分别为场地处理平面图和立面图。图4为吊车站位地基处理区域图。

图2 场地处理平面图

图3 场地处理立面图

图4 吊车站位地基处理区域图

3.2 技术措施要求

（1）处理区域开挖、回填时，技术人员和质量人员全过程跟踪，监控处理过程中的面积、深度，以及材料质量等，对局部软弱区域进行加强。

（2）如果所挖地基内有积水，要先在周围开挖集水坑将水排干，或使用抽水机抽干后，再将底层淤泥整平、晾干，上铺水稳层。详见图5。

图5 基坑开挖

（3）上铺、整平水稳层后，严格执行水稳层养护要求，定期洒水促进水泥反应，至少养护7d，达到水稳层反应强度。

（4）上铺毛石，大颗粒毛石放下方，大面朝上，碎石及素填土铺上方，整平后分层压实。

（5）铺垫石屑，整平后场地水平度达到3‰。见图6。

图6 毛石铺设

（6）处理后场地标高与周边场地设置高200mm缓坡，避免在雨水天气时吊车场地积水。

（7）吊装设备时，吊车站位要考虑对地压力扩散角，按30°考虑。本次处理深度2.6m，吊车离场地处理边缘应大于2.6×tan30°=1.5m。

4 校核计算

首先根据《GB50007- 2011 建筑地基基础设计规范》要求，使用浅层平板载荷试验测量水稳层承载力。利用履带吊的10t 配重块做地基沉降检测，选择合适的位置将5 块配重块叠压在一起，以钢结构立柱基础上的一点作为基准点（±0.000），均布找出配重块上的4个位置，并做好标志；将配重块放置48h 后，每24h 测量4 个位置的沉降量，即可得出相关数据。若总沉降量不大于9.6cm（1.6m×0.06=0.096m），则证明处理后的地基满足吊装要求。

10t 配重块的面积：2.496×1.6=3.9936m2

配重块对地的压力：5×10/ 3.9936=12.5t/ m2

经过实际24h 5 块配重叠压后检测，试验成功，水稳层承载力可达12.5t/ m2。

根据《GB50007- 2011 建筑地基基础设计规范》规定，地基承载力特征值计算方程见式（1）。

fa=fak+ηbγ（b- 3）+ηdγm（d- 0.5）（1）

式中：fa——修正后的地基承载力特征值；

fak——地基承载力特征值，本次取值12.5t/ m2=12.5×104N/ m2；

ηb、ηd——基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，按地基下土的类别查承载力修正系数表取值，分别取ηb=3，ηd=4；

γ——基础底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度，取水稳层土重度γ=2.39×104N/ m2；

b——基础底面宽度，当基宽小于3m 按3m取值，大于6m 按6m 取值，取b=6m；

γm——基础底面以上土的加权平均重度，地下水以下取浮重度，取毛石重度γm=1.5×104N/ m2；

d——基础埋置深度，取d=2m。

因此，得到：

fa=12.5×104+3×2.39×104×（6- 3）+4.4×1.5×104×（2- 0.5）=43.91×104N/ m2=43.91t/ m2

考虑1.1 的安全系数和1.2 的动载系数，实际吊车对地压强：30.5t/ m2×1.1 ×1.2=40.26t/ m2＜43.91t/ m2，满足要求。

图7 和图8 分别为丙烯精馏塔Ⅰ起吊和就位图。

图7 丙烯精馏塔Ⅰ起吊

图8 丙烯精馏塔Ⅰ就位

5 结论

目前石油化工工程建设日趋大型化，随着生产工艺、制造工艺的不断改进，千吨级以上的超大型设备日益增多，对吊装行业提出了更大的挑战。本方法的成功实践，是对淤泥性地质进行大型设备吊装地基处理的突破性尝试。该方法符合规范要求，施工单位可以利用自有资源进行现场施工，设计周期短，便于施工，投入成本低，具有很高的实用价值和经济效应。

本次提出的针对淤泥性地质进行大型设备吊装地基处理的新方法，为今后大型设备吊装地基处理提出了一个新思路，可以根据不同地域的特点，对软弱下卧层的土质进行不同深度的置换，如使用三七灰土、混凝土或压实素填土等。只需对置换后的实际地耐力检测，满足要求即可。因此，本方法不仅适用于淤泥层，对其他地耐力不高的地质也可采用，具有很高的推广价值。