天钢3 200 m3高炉施工设计及要点

孙昌明

（天津二十冶建设有限公司，天津300301）

天钢3 200 m3高炉施工设计及要点

孙昌明

（天津二十冶建设有限公司，天津300301）

天津钢铁集团有限公司3 200 m3高炉工程新建过程中，为解决在软土地基上设置重型轨道式起重机的难题，根据地质情况，地基处理由下至上采用三七灰土换填、满铺木枕、级配碎石、钢桁架的施工方法，扩大了塔吊基础承压面积，增加了钢轨的整体稳定性，塔吊在使用期间没有出现任何问题，保证了高炉结构安装工程的正常进行。

高炉；重型轨道式塔吊；软土地基

1 工程概况

根据标前施工组织设计，天津钢铁有限公司高炉本体、热风炉本体钢结构及工艺设备的安装选用DBG 3000型（3 000 t·m）塔式起重机。但在软土地基上设置重型轨道式起重机，基础设计是一个难题。

DBG 3000型（3 000 t·m）塔式起重机自重约620 t，行走速度10 m/min，行驶范围150 m，轨道类型50 kg/m，垂直轮压280 kN，侧向轮压40 kN，如图1所示。

DBG 3000型塔吊总计算负荷468.7 A，最大起动电流930 A，功率353.5 kW。在多机使用中，须保证机内电压降不大于7%，总的电压降不大于5%。若不能满足上述要求，则需设置专用电源线或专用变压器。

根据本工程施工图设计阶段岩土工程勘察报告，场地内地下水属潜水，埋深在地表下约2 m，地下水位的变化受大气降水和海河河水涨落的影响，丰水季节水位将会略有上升。其岩性特征由上至下如表1所示。

2 地基验算

根据场地地质情况，地基处理采用以下方案：

用三七灰土对地基进行2 m深换填；

为扩大承压面积，在灰土路基上满铺木枕，然后在木枕上铺设0.7 m厚的级配碎石；

为增加钢轨的整体稳定性，在木枕上设置45 a工字钢、32a工字钢及63×6角钢组成钢桁架，钢轨座在钢桁架上。

2.1 设计条件

三七灰土2 m厚，压力扩散角28°，重度17.5 kN/m3。碎石道床取0.7 m厚，碎石压力扩散角30°，碎石重度15 kN/m3。塔吊基础断面图见图2。

轨枕采用标准木枕2 500×300×250 mm，钢轨采用50 kg/m。

图1 塔吊车轮图

计算单元取7 m×5 m，垂直轮压280 kN，忽略侧向轮压，四条钢轨铺设106 m长。

2.2 持力层验算

容许承载力修正：

灰土重度：γm＝17.5 kN/m3；

灰土底面宽：b=5+2×2×tg28°＝7.13m，d=2 m；

灰土下粉质粘土浮重度γ=18.60-10=8.60 kN/ m3；

粉质粘土ηb= 0.3，ηd=1.5；

fa= fab+ηbγ（b-3）+ηdγm（d-0.5）=80+ 0.3×8.60×（7.13-3）+1.5×16×（2-0.5）=126.66 kPa；

基底平均压力：

∑N＝12×280+7×5×15×0.7+7×7.13×2× 17.5=5 474.35 kN

pk=∑N/A=5 474.35/7.13×7=109.68 kPa＜fa=126.66 kPa（满足）

2.3 灰土上表面验算

灰土上表面平均压力：

在灰土路基上满铺木枕，计算单元取7 m×5 m，则：

∑N＝12×280+7×5×15×0.7=3 727.5 kN；pk=∑N/A=3 727.5/7×5=106.5 kPa；

灰土上表面平均压力要求大于110 kPa。

2.4 软弱下卧层验算

下卧层承载力修正：

埋置深度d=3.5 m；

平均重度γm=（1.7×16+0.3×16+0.9×8.6+ 0.6×8.2）/3.5=12.76 kN/m3

淤泥质土ηb= 0，ηd=1.0；

容许承载力修正：

faz= fab+ηbγ（b-3）+ηdγm（d-0.5）=85+0+ 1.0×12.76×（3.5-0.5）=123.29 kPa

下卧层顶面处压力：

表1 土层情况

图2 塔吊基础断面图

自重压力：

pcz=1.7×16+0.3×16+0.9×（18.6-10）+0.6×（18.2-10）=44.66 kPa；

根据建筑地基基础设计规范GB5007-2011，

z/b=1.5/7.13=0.21＜0.25，压力扩散角θ=0°

Z为基础底面至软弱下卧层顶面处的距离，附加压力：

pz=lb（pk-pc）/（b+2ztan0°）（l+2ztan0°）

=7×7.13×{109.68-（16×1.7+16×0.3）}/（7.13+2×1.5×tan0°）（7+2×1.5×tan0°）=77.68 kPa；

作用在软弱下卧层顶面处附加压力和自重压力之和：

pz+ pcz=77.68+44.66=122.34 kPa＜faz=123.29 kPa（满足）

3 施工要点

3.1 路基施工

首先测量定位，确定路基范围，在路基四周布置18眼深井，井深12 m，降低地下水位。

挖土在降水七天后进行，实际从自然地面下挖2.6 m才见到老土层，基底土晾晒2～3天后，铺300厚灰土，用14 t振动压路机进行碾压，灰土压实系数按规范要求≥0.95，在灰土压实500 mm厚后，我们请天津市金海技术开发公司做静载荷试验，数据如表2所示。

通过静载荷试验，持力层的地基承载力＞120 kPa，满足设计要求。

施工过程中灰土土料使用粉质粘土，不宜使用块状粘土和砂质粉土，不得含有松软杂质，其颗粒不得大于15 mm。石灰用新鲜的消石灰，其颗粒不得大于5 mm。

灰土用机械翻拌，不少于3遍，使其达到均匀，颜色一致，并适当控制含水量，现场以手握成团，两指轻捍即散为宜。

根据施工现场施工条件，灰土分层分段施工，每层虚铺厚度200～300 mm，用14 t的振动压路机振压4～6遍。分段施工时，上下两层的缝距不得小于500 mm，接缝处夯压密实。拌合均匀后的灰土应当时使用完，3天内不得受水浸泡。灰土夯实后，用环刀法检验灰土的施工质量，每10～20 m一点，取样点应位于每层厚度的2/3深度处，检验合格后进行下一层的施工。在灰土施工到自然地面时，请天津市金海技术开发公司做静载荷试验。数据如表3所示。

表2 静载荷试验结果

表3 振压后的静载荷试验结果

图3 塔吊基础钢架图

通过静载荷试验，灰土上表面承载力＞140 kPa，满足设计要求。

3.2 轨道施工

首先在灰土路基上满铺两排木枕，木枕间相互挤紧，不松动，然后在木枕上用ZL50装载机铺设0.7 m级配碎石道床，用推土机推平并稳压3遍后，用人工找平，高低误差在40 mm以内，如图3所示。

在道床上摆放轨枕、垫板，吊装钢架，安装钉道，抬道、打镐、拨道。轨枕间距520 mm（相当于1 920根/km）。

在钢架上弹出墨线，钢轨就位后用胶垫、薄铁片找平。扣件采用标准扣件，间距400 mm，扣板后铁座在轨向、高低、水平调整完后焊接在钢板上。

为保证轨距，每节轨道安装轨距拉杆3根，在轨腰钻眼，安装位置中间1根，接头处两侧各1根。最后安装车挡，补充道碴，压道试车。轨道敷设符合下列要求：

轨道同一截面轨顶高差≤25 mm；

轨距偏差1 505≤2 mm；

轨距偏差12 000≤5 mm；

钢轨接头处高低差≤1 mm；

钢轨直线度（任意2 m内）≤1 mm；

轨道每长10 m的标高差≤30 mm；

钢轨接头间隙（轨长12 m时），北方地区10℃时1.5 mm。

塔吊在9个月的使用期间，塔吊基础没有出现任何问题，保证了高炉结构安装工程的正常进行。

[1] 殷永安，叶书麟．土力学及基础工程[M]．北京：中央广播电视大学出版社，2010.

[2] GB5007-2011，建筑地基基础设计规范[S].

[3] GB50202-2002，建筑地基基础工程施工质量验收规范[S].

[4] JGJ79-2012，建筑地基处理技术规范[S].

Critical Points of 3 200 m3BF Construction in TISC

SUN Chang-ming
（Tianjin MCC 20, Tianjin 300301, China）

During the construction of 3 200 m3BF project at Tianjin Iron & Steel Group Co., Ltd. (TISC), in order to tackle the difficulty of setting up heavy rail type crane on soft soil foundation, according to geological conditions, the foundation is treated with a method of lime earth replacement, full wood sleeper laying, graded crushed stone and steel truss from lower part to upper part is adopted to enlarge the pressure bearing area of tower crane foundation and improve the overall stability of steel rail. The tower crane shows no problem during service and the normal execution of blast furnace structure installation is ensured.

blast furnace; heavy; rail type; tower crane; soft soil; foundation

10.3969/j.issn.1006-110X.2014.05.017

2014-05-10

2014-05-28

孙昌明（1962—），男，天津人，高级工程师，主要从事冶金建筑工程专业技术及管理工作。