尾气回收装置大型设备吊装前的地基处理分析

孟将将 吴蓬勃

中国化学工程第九建设有限公司 辽宁盘锦 124000

中国化学工程第九建设有限公司第一分公司承接的内蒙古润阳悦达新能源科技有限公司光伏装备制造全产业链科技示范项目一期年产8 万t 高纯多晶硅项目，尾气回收装置为本项目的主要单体，此装置中的设备有氢气吸附塔、解析塔、吸收塔等多台超过100t 的设备。装置主框架为钢结构，高度25m，项目工期紧张，危险性较大，地质差，在吊装前需要做好充分的准备工作，通过换填，并对地基承载力核算，以达到吊装要求。

1 地勘报告

1.1 场区位置及地形地貌

工作区位于鄂托克前旗上海庙经济开发区。拟建厂址原始地貌属于剥蚀低缓的沙漠- 半沙漠丘陵微地貌单元，以第三系泥岩为基座，上覆第四系风积物。地形呈波状起伏，地面高差在10.20m 左右。地表植被多为枯草植物。

1.2 场地底层结构

（1）粉砂（Q4eol）：黄褐色，干，松散- 稍密- 中密状态，级配不良，分选性差，主要矿物成分为石英、长石。该层整个场区均有分布。

（2）细砂（Q4al）：黄褐色，稍湿- 湿- 饱和，稍密- 中密- 密实状态，级配不良，分选性一般，矿物成分以石英、云母为主，含钙质胶结，局部夹粉土薄层（厚度小于50cm，未单独分层）。

1.3 场地地层参数

场地底层厚度、埋深及层顶标高统计如表1 所示。

表1 场地地层参数

1.4 荐地基承载力特征值及修正系数

根据统计结果并结合室内物理力学指标、地区经验等，确定地基承载力值如表2 所示。

表2 各层地基土承载力特征值标推荐表

1.5 天然地基土评价

（1）粉砂层：层位连续，厚度较小，土质均匀性一般，稳定性一般，工程性 能一般，可作为建筑物基础持力层。

（2）细砂层：层位连续，厚度差异较小，自然地面下3.0m 范围内稍密- 中密- 密实，自然地面下3.0m 以下中密- 密实，土质均匀性较好，稳定性较好，工程性能较好，纵向随深度增加密实度宜随之增加，是良好的建筑物基础持力层。

1.6 换填垫层浅基础方案

对于天然地基浅基础方案无法满足设计要求的拟建物可采用换填垫层浅基 础方案，建议整体挖除设计基底标高以上所有土层后，再整体下挖一定深度后 回填级配良好砂石料做垫层，以人工垫层为基础持力层，经这样处理后，可提高基础持力土层承载力，满足拟建物对地基强度及变形的要求。但对于大型吊装必须要进行换填，之后方可施工作业。

2 设备参数

因为氢气吸附塔为本装置中重量的最大的设备，所以以此为例来介绍。其他设备不再一一列举。氢气吸附塔共9 台，规格型号为φ3300mm×19541mm×32mm，单台重187.065t，高度为19.541m。

3 吊车站位及选型

尾气回收(02806B)区图中装置南北布置，南北1—17轴，东西C—F 轴，长125m、宽25m。根据现场情况，主吊车在装置区域西侧进行站位。吊车站位示意图如图1 所示。

图1 吊车站位示意图

通过吊装载荷、额定起重量、最大幅度、最大起升高度等对吊车选型为800t 履带吊作为主吊，300t 履带吊作为溜尾副吊，选型过程不再论述。

4 吊车对地压强计算

4.1 800t 履带吊对地压强计算

吊车的最大吊装重量为278t，超起配重选300t。吊装时起重机履带下方铺设14 块路基板，转场行走时履带下方铺设8 块路基板，800t 履带吊自重（本次使用工况含路基板84t）约784t。

吊装总对地压（Pk）计算见式（1）。

式中：Pk——外载压力；

ml——吊车自重，700t，取路基板84t；

m2——超起配重，取300t；

m3——吊装重量，取268t；

P——综合系数，取1.2；

B——走道板宽度，取2m；

L——走道板长度，取6m；

N——路基板数量，取吊装14 块。

代入数据，得：Pk=9.65t/ m2。

因此，800t 履带吊吊装作业区域地基处理承载力特种值需≥11.6t/ m2满足要求。

4.2 300t 履带吊对地压强计算

300t 履带吊的最大吊装重量为275t，超起配重120t，吊装时起重机履带下方铺设6 块路基板，转场行走时履带下方铺设8 块路基板，300t 履带吊自重（本次使用工况含路基板84t）约为326t。

其吊装总对地压的计算同式（1），但各参数数值有所不同。

其中，ml为吊车自重，242t，取路基板84t；m2为超起配重，取120t；m3为吊装重量，取94t；P 为综合系数，取1.2；B 为走道板宽度，取2m；L 为走道板长度，取6m；N为路基板数量，取吊装6 块。

代入数据，得：Pk=9t/ m2。

所以，300t 履带吊吊装作业区域地基处理承载力特种值需≥10.8t/ m2满足要求。

5 换填垫层浅基础方案

吊装区域需要对其换填处理。以主吊车800t 履带吊为例地耐力核算：

吊车带载重量1352×1.2=1622.4t，路基板单条履带按7 块计算，规格6m×2m×0.2m。采用毛石换填法处理，暂定换填深度0.5m，换填材料采用毛石和部分塘渣分层碾压处理完成，换填材料重度γ1=22kN/ m3。

5.1 垫层厚度

垫层厚度（z）应根据需要置换软弱土的深度或下卧图层的承载力来确定，并符合公式（2）要求。

式中：Pz——相应于载荷效应标准组合时，垫层底面处的附件压力值，kPa；

Pcz——垫层底面处，土的自重压力值，kPa；

faz——垫层底面处，经深度修正后的地基承载力特征值，kPa。

5.2 垫层地面处的附加压力

垫层地面处的附加压力值按以条形基础公式计算，见式（3）。

式中：b——吊车履带、支腿或支垫路基板的宽度，m；

l——吊车履带、支腿或支垫路基板的长度，m；

pk——基础底面处的平均压力值，kPa；

pC——基础底面处土的自重压力值，kPa；

Z——基础底面下垫层的厚度，m；

θ——垫层的压力扩散角，（°）。

路基板采用横铺，单履带下路基板宽6m，长14m（7×2），z/ b=0.5/ 6=0.083。根据建筑地基基础设计规范中表4.2.2 扩散角θ=0，tanθ=0，履带底部压力值Pk=11.6t/ m2，基础底面处土的自重压力值取PC=0t/ m2。

将以上各值代入式（4）,计算得Pz=11.6t/ m2。

5.3 垫层底面上部换填料的自重压力

垫层底面上部换填料的自重压力( Pcz) 计算见式（4）。

5.4 垫层底面处经深度修正后的地基承载力特征值

垫层底面处经深度修正后的地基承载力特征值计算见式（5）。

式中：fak——地基承载力特征值，粉砂地基承载力特征平均值根据地勘报告结论取130kN/ m2；

ηb、ηd——分别表示基础宽度和深度的地基承载力修正系数，按基底（这里指垫层底）下土的类别），根据地勘报告换填层地下层为粉砂和细砂，从《建筑地基基础设计规范》中取值，ηb取值为2.0，ηd取值为3.0。

γ——垫层土的重度，2.24t/ m3；

γm——垫层底面以上土的加权平均重度，0t/ m3；

b——基础宽度。

将各值代入式（5）计算faZ可得，基础底面宽度小于3m，因此按3m 计算。

faZ=130/ 9.8+2×2.24（6- 3）+3×0(0.6- 0.5)=26.7t/ m2

则PZ+Pcz=11.6+1.12=12.72t＜26.7t/ m2。

因此，换填垫层厚度满足受力要求。

同样，300t 吊车均满足受力要求。

6 地基处理方法

根据建筑地基处理技术规范要求，换填垫层的厚度应根据置换软弱土的深度以及下卧土层的承载力确定，厚度不宜小于0.5m，也不宜大于3m。其换填方法如下：

（1）设备运输临时道路换填采用砂夹石进行路基换填，开挖500mm，采用级配良好的砂夹石分层碾压夯实与周围路面持平。

（2）800t 履带吊吊装区域开挖换填深度500mm 后对地基进行压实，分2 次每层250mm 回填毛石，并在每层石料上再铺设级配砂石（或塘渣），使其填满毛石的空隙，并用压路机振动压实，再回填下一层，毛石分层回填深度500mm，最后铺设一层100mm 的石粉和碎石混合料（3∶7）找平地面，倾斜度不大于1°，使其高度与周围地、路面持平。800t 履带吊地基处理参数：125m×16m×0.5m。

地基处理如图2 所示。对施工的换填区域如图3 所示。

图2 地基处理示意图

图3 换填区域示意图

7 结语

采用换填垫层法进行地基处理方法简单，通过此法能够实现地基承载力的要求，以技术理论为保障，采取经济可行的方式，为下一步的吊装工作做好充分的准备，实现安全作业。