唐钢超薄带钢生产线技术改造工程勘察实例

李德江

(秦皇岛中兵建设集团股份有限公司，河北 秦皇岛 066001)

1 工程概况

唐钢超薄带钢生产线技术改造工程建设场地位于唐钢老厂区原机械公司院内。该工程是唐钢通过国际招标引进日本和意大利超薄带钢生产设备的重点工程，由连铸连轧主厂房、连铸车间、结晶器扇形维修间、均热炉车间、成品库及其附属设施组成。该工程安全等级Ⅰ级，岩土工程勘察等级Ⅰ级。我公司于2000年11月～2001年3月完成了该工程施工图设计阶段岩土工程详细勘察任务。该工程最大柱距24 m，最大跨度41 m，天车最大起重量600 kN，为荷载大、对差异沉降敏感的建筑群。本工程共布置取土探井20个，标准贯入试验孔240个，取土标贯钻孔66个，其中控制性钻孔120个，并做载荷试验3组，现场试验室进行高压三周、高压固结及常规实验，室内试验室进行岩石饱和、天然、风干状态单轴抗压试验。该工程于2002年竣工，设计单位采用勘察报告提供的岩土技术参数、岩溶和塌陷土洞处理方案及地基处理方案，产生了良好的经济效益，投产至今，运营良好。

2 场地工程地质条件

2.1 地形地貌

勘察场地西邻陡河，总体地势西南高，东北低，地面标高介于17.80 m～20.90 m之间。勘察场地横跨陡河Ⅰ级阶地和陡河Ⅱ级阶地两个地貌单元。

2.2 地层岩性特征及分布

由于本场地横跨两个地貌单元，因此，在地层岩性上表现出一定的差异性。场地浅部为人工杂填土及素填土，以下分别为第四系全新统粘土层、第四系上更新统粉质粘土层、粉土层、粉细砂层、中粗砂层、粉质粘土层，第四系中更新统粉质粘土层、溶洞或塌陷土洞充填物，底部为奥陶系石灰岩。

现将勘察场地岩性特征表述如下:

①1层杂填土:杂色，稍湿～湿，松散，主要由建筑垃圾组成，层厚 0.6 m ～9.1 m，层底标高11.50 m ～19.35 m，分布于整个场地。

①2层素填土:黄褐色，稍湿，松散～稍密，主要由粘性土及粉细砂组成，层厚0.6 m ～6.0 m，层底标高9.50 m ～18.0 m，分布于绝大部分场地。

②层粘土:灰黑色～黑色，软塑～可塑，含腐殖质，有臭味，局部夹粉砂透镜体，层厚1.6 m ～7.3 m，层底标高6.22 m ～14.50 m，主要分布于主轧跨和钢卷库北部地段。

③1层粉质粘土:黄褐色，硬塑，含氧化铁，层厚0.5 m～5.20 m，层底标高6.40 m～16.35 m，主要分布于主轧跨和加热炉跨的衔接处、磨辊间及钢卷库南部。

③2层粉土:黄褐色，稍湿，密实，局部见微细层理，夹细砂薄层，含氧化铁，呈透镜体状分布于场地的局部地段。

④层粉细砂:灰黄～褐黄色，稍湿，密实，石英长石质，均粒结构，次棱角状，顶部为粉土薄层，层厚1.0 m～18.80 m，层底标高－7.25 m ～10.29 m，分布于整个场地。

④1层中粗砂:灰黄～褐黄色，稍湿，密实，石英长石质，混粒结构，次棱角状，含砾石，局部为砾石透镜体，层厚1.30 m～12.30 m，层底标高－6.83 m～8.22 m，主要分布于主轧跨和钢卷库地段，与粉细砂交互沉积，在水平上呈相变关系，在与加热炉跨衔接处尖灭。

④2层粉质粘土:褐黄色，硬塑，含氧化铁，层厚0.60 m～11.80 m，层底标高 －10.89 m ～8.20 m，呈透镜体状分布于场地南部的局部地段。

⑤层粉质粘土:棕黄色～棕红色，硬塑～坚硬，含铁锰结核，底部含风化岩碎屑，层厚0.50 m～9.80 m，层底标高－14.20 m～8.58 m，分布于整个场地。

⑤1层溶洞或塌陷土洞充填物:棕黄色～棕红色，可塑～硬塑，含铁锰结核，分布于整个场地的局部地段。

⑥层石灰岩:以花斑灰岩为主，夹泥质条带灰岩，南部倾向南北，北部倾向北西，高角度节理裂隙发育，节理裂隙面多被溶蚀，形成漏水通道和溶洞。岩面起伏较大，呈西高东南低之势。

2.3 不良地质现象

地质调查表明，勘察场地西部为石灰岩剥蚀残丘，基岩裸露，处于礼尚庄断裂带和龙王庙断裂带之间，受高应力的挤压，岩石破碎，在较短的距离内岩石倾向发生了很大变化，南部为南东，北部为北西，倾角高达60°，为岩溶和塌陷土洞的形成造就了先决条件。勘察场地位于陡河阶地与石灰岩剥蚀残丘交界地带，受地表水和地下水的水动力地质作用，形成岩溶，成为岩溶和塌陷土洞的多发地。

2.3.1 岩溶和塌陷土洞的判断标准

本次勘察采用的主要手段为钻探，辅之以浅震法物理勘探。钻探中判断岩溶和塌陷土洞的标准为:

1)在第四系土层中漏浆。2)标准贯入试验锤击数突然降低。3)岩层中突然漏浆，岩芯破碎并有明显的溶蚀面。4)底层沉积倒序，如在第四系中更新世地层中出现第四系晚更新世地层，或在基岩中出现第四系地层。5)钻探中发现自由落锤现象或钻进速度突然加快现象。

2.3.2 岩溶和塌陷土洞的表现形式及分布

勘察结果表明，勘察场地岩溶和塌陷土洞的表现形式有四种:

1)溶隙:钻探取芯发现勘察场地大部分地段岩芯破碎，呈碎块状，其表面有明显的溶蚀痕迹或呈蜂窝状，从其微观形态分析，是被水流垂直渗漏溶蚀的结果。

2)溶沟:主要分布在连铸车间地段。其表现为:岩面起伏较大，钻孔基岩顶面最大高差达22.72 m，表层溶蚀面近水平状，留下了水流冲刷的痕迹，溶沟内充填砂土。这种沉积反序的现象，表明该地段为古老的塌陷土洞，存在与第四系晚更新世联系的通道。

3)溶洞:在各个车间地段均有发现，并且在加热炉跨有多个空洞，最大净高4 m。场地内溶洞多表现为串珠状，洞内多被充填。由于溶洞顶板较薄，并呈串珠状向下延伸，在钻探过程中漏浆严重，说明存在塌陷的可能。

4)塌陷土洞:在各个车间地段均有发现，洞内多被充填，充填土呈软塑状态，漏浆严重，说明尚有空隙存在。

2.3.3 岩溶和塌陷土洞的治理方案

综合考虑基础埋深、荷载大小、岩溶和塌陷土洞的存在环境等因素，提出以下建议:

1)在设计中加大基础刚度，增强建筑物抵抗地基不均匀变形的能力。2)在设计中增大建筑物的抗渗能力，预防地下水渗入地下，激活岩溶和塌陷土洞。3)对潜在危险区建议采用双液法高压注浆处理;对相对危险区建议采用三重管高压旋喷注浆;对空洞建议灌注细石混凝土。

3 场地水文地质条件

勘察场地地下水埋藏较深，在埋深35 m范围内未见地下水。但由于厂区室外管网内生产用水的渗漏，在主轧跨地段形成上层滞水。埋深3 m～5 m，其水质类型为Ca(Na)－HCO3(CI)型水，水质对混凝土无腐蚀性，对钢结构具有轻微腐蚀性。

4 场地地震效应

根据唐山市地质构造图及地震地质资料，勘察场地位于新华夏构造体系沧州隆起带上，有两条断裂带距场址最近，即场地东侧礼尚庄断裂带和西侧龙王庙断裂带。礼尚庄断裂带为1976年7月28日地震的发震断裂，地震引发的地裂缝沿复兴路向北延伸至新华纺织厂，在唐钢以南0.5 km处。目前未发现有活动断裂从勘察场地通过。

岩溶和塌陷土洞通过加固处理，其危害可以消除。因此场地是稳定的。

根据GBJ 11－89建筑抗震设计规范的规定及场地土剪切波速测试结果、场地土平均剪切波速计算结果判断，场地类别为Ⅱ类，特征周期为0.30 s。本场地为可进行建设的一般场地。

5 岩土层物理力学性质

本期岩土工程勘察按规范有关要求，进行了实验数据的统计分析。统计结果见表1～表3。

表1 岩土层标准贯入试验锤击数(N)统计表

表2 岩土层物理力学指标统计表(平均值)

表3 静力载荷试验成果表

6 岩土层地基基础设计计算参数

1)根据表1～表3资料，得出岩土工程设计参数，见表4。

表4 岩土工程设计参数一览表

2)本期勘察对④层粉细砂共完成3处静力载荷试验，承载力基本值分别为600 kPa，604 kPa，900 kPa。取其最小值为静力载荷试验标准值，即Pk=600 kPa。

鉴于静力载荷试验是在深坑内进行，难以达到空间半无限体边界条件。建议进行承载力设计值计算时，只做宽度修正，不做深度修正。

根据三轴剪切试验指标计算:

其中，γ =γ0=19 kN/m3;φ =30°;Ck=0;b=6 m;d=3.8 m;Mb=3.8;Md=7.73;fv=3.8 ×19 ×6+7.73 ×19 ×3.8=991 kPa。

根据GBJ 7－89建筑地基基础设计规范计算:

f=fk+ηbγ(b－3)+ ηdγ0(d －0.5)=300+2.0 ×19 ×(6 －3)+3.0 ×19 × (3.8 －0.5)=602 kPa。

根据以上的计算以及分析，建议修正后的承载力设计值取f=600 kPa。

7 地基基础方案分析论证

由于①1层杂填土和①2层素填土承载力低，具有高压缩性，分布及埋藏厚度不均匀，属软弱土层。因此，对于项目主体工程，属于不可利用土层。

②层粘土和③1层粉质粘土承载力较低，具有中等压缩性，属于中软土层，不适宜做重要建筑物的天然地基，该地段需进行地基加固或采用桩基，从技术要求、施工难易程度、施工工期及经济效益四大因素综合考虑，建议首选以④层粉细砂为持力层，换填级配砂卵石、分层碾压方案。

④层粉细砂具有承载力高、低压缩性等良好的工程性质，因此，建议将该土层作为项目主体工程主要的天然地基持力层。

④层粉细砂及其以下土层除⑤1层溶洞或塌陷土洞充填物外，均具有承载力高、中低压缩性等良好的工程性质，具备复合地基或桩基础的持力层条件。

⑤层粉质粘土具有承载力高、低压缩性、抗渗性强的特征，是抵抗岩溶及塌陷土洞激活的顶板，建议在设计和施工中尽可能的给予保护。

由于磨辊机基础对地基土差异沉降敏感，因此，建议采用人工挖孔扩底墩基础，墩底进入④层粉细砂。

由于主轧机基础埋深约10 m，在其开挖深度范围内，主要土层为①1层杂填土、①2层素填土及②层粘土，这三层土工程性质较差，基坑开挖时必须支护。由于基坑开挖放坡受到场地限制，建议采用排桩或地下连续墙加锚杆支护，并作为建筑物边墙的一部分。

8 地基沉降分析

根据高压固结试验曲线分析，主要持力层④层粉细砂属于超固结土，其前期固结压力近似地基承载力设计值，因此，除发生岩溶塌陷引起地基沉降变形外，地基正常沉降量很少，可不加考虑。

[1] 胡玉宾.某小区岩土工程勘察与评价[J].山西建筑，2011，37(1):65－66.