地基处理设计方案.doc

攀枝花钢铁（集团）公司西昌钒钛资源综合利用项目原料场工程地基处理设计方案 设计单 位：中国有色金属工业西安岩土工程公司 委托代理人： 目 录1 工程概况2 原料场地岩土工程条件3 原料场地水文地质条件4 原料场地基处理方案比选4.1 原料场荷载4.2 地基处理方案比选5 原料场地基处理设计5.1 矿石料场、混匀料场地基处理设计5.1.1 单桩承载力的计算5.1.2 矿石料场桩平面布设及桩间距的确定5.1.3 混匀料场桩平面布设及桩间距的确定5.1.4 地基稳定性评价及基础沉降估算5.2 煤场地基处理设计5.2.1 挤土夯扩混凝土大头桩复合地基计算与设计5.2.1.1 Vesic空孔扩张理论计算桩端阻力5.2.1.2 Vesic空孔扩张理论计算单桩承载力5.2.1.3 按现行规范计算单桩承载力5.2.1.4 煤场桩平面布置5.2.1.5 煤场场地沉降量5.2.2 煤场负摩阻力评价5.2.3 桩底松散回填土的加固5.2.4 煤场施工要求5.3 混匀料场厂房基础桩基设计5.4 矿石料场厂房基础桩基设计5.5 煤场厂房基础桩基设计5.6 原料场配套构筑物地基加固设计5.6.1 M-1转运站5.6.2 M-2转运站5.6.3 M-3转运站5.6.4 B-1、B-2转运站5.6.5 B-3转运站5.6.6 B-4转运站5.6.7 H-1转运站5.6.8 ER3电气室5.6.9 ER4电气室5.6.10 混匀配料槽5.6.11 矿石筛分楼5.6.12 矿石破碎室5.6.13 废杂料受料槽5.6.14 汽车受煤槽5.6.15 2#汽车取样站5.6.16 2#沉砂池5.6.17 料场供矿转运站除尘系统 5.6.18 料场供煤转运站除尘系统6工程量表附图：混匀料场地基处理平面布置图 图号：01矿石料场地基处理平面布置图 图号：02混匀、矿石料场地基处理布桩大样图 图号：03混匀、矿石料场地基处理桩身大样图 图号：04煤场地基处理平面布置图 图号：05煤场地基处理剖面大样图 图号：06煤场地基处理布桩、桩身大样图 图号：07原料场配套构筑物地基处理平面布置图及大样图 图号：08 攀枝花钢铁（集团）公司西昌钒钛资源综合利用项目原料场工程 地基处理方案设计1工程概况拟建原料场工程地基处理工程位于攀钢西昌钒钛资源综合利用项目工程场地1514平台南部（烧结项目南侧），占地面积约58056.6m2。场地原始地貌为安宁河二、三级阶地，地形起伏不平，东高西低，高差较大，原始地表有冲沟、水塘分布，场地北部和北东部分布有一条较大的冲沟，当地村民截流后作为水塘，现在场地已经整平，整个场地为填方区，料场内回填厚度1030.0米不等，总体上自东向西回填土厚度逐渐增大，回填料主要为昔格达组粘土岩、粉砂岩以及白垩系下统飞天仙组紫红色砂岩块（碎）石和粘性土。填土回填后经强夯处理并进行了填土密实度检测。原料场地基处理包括混匀料场、矿石料场、煤场三个部分。其中三个料场平面尺寸如下：混匀料场35552m2，矿石料场58067m2，煤场：58067.3m2。2原料场地岩土工程条件根据原料场勘察报告，填土层主要由素填土、块石填土组成。填土在回填的过程中，进行了分层夯实及密实度检测。在填土层之下为第四系全新统坡洪积（Q4dl+pl）地层，第四系全新统冲湖积（Q4al+l）层，第四系全新统冲洪积（Q4al+pl）地层，第四系晚更新统冲积（Q3al）层，第四系晚更新统冲洪积（Q3al+pl）层，第四系晚更新统冲湖积（Q3al+l）层，第四系早更新统（间冰期）河湖相昔格达组（Ql+al）地层，第四系早更新统坡洪积（Q4dl+pl）层，下伏白垩系下统飞天山组砂岩（K1f）。场区内地质情况复杂多变，岩土种类繁多，地层交错分布，尤其是在昔格达组以上的各个不同时期的地层中，普遍混杂有昔格达组粘土岩成分的碎（块）石、卵石、圆砾等包含物。根据岩土工程勘察成果,场地内在填土层之下为可塑至硬塑的有粉质粘土层,在其下各土层的承载力都较高,工程场地内无软弱下卧层存在。与地基处理相关的各土层力学性质及承载力见下表2-1，与地基处理相关的各土层的桩基参数见表2-2:表2-1：岩土主要物理力学指标建议值 物理力学指标岩土名称及单元代号天然重度（kN/m3）承载力特征值fak(kPa)压缩模量Es1-2(MPa1)粘聚力C(kPa)内摩擦角（）基底摩擦系数岩土体与锚固体极限摩阻力标准值frk（kPa）素填土119.015553016.50.2030块石填土221.01605.50300.3550粉质粘土120.4190930170.3055有机质粘土119.21305.525100.2034粉质粘土219.9190835160.3054（40）粉细砂320.0180810230.3050（40）粘土119.6190837150.2552粉质粘土2120.2220104016.50.3060粉质粘土2220.1180828130.2543粉质粘土2319.5130520140.2034粉土320.2180825180.3054（50）粉细砂420.018085230.3044（40）中粗砂520.0300155280.4080（60）粉细砂120.018083230.3050（45）中粗砂220.0300153280.4080（60）砾砂320.0300153300.4044（40）卵石421.0300153350.45140（100）粉质粘土1119.82201040170.3565粉质粘土1219.618582814.50.2545粉质粘土1319.5120520100.2034粉土219.71907825180.3066（62）粉细砂320.218085240.3050（45）中粗砂420.0300155300.3560（50）碎石518.32101125150.3555有机质粘土119.2180725110.2540泥炭质土216.3100515110.2534粉质粘土320.3190835160.3054（40）粉细砂420.018085240.3050（45）中粗砂520.0300155300.3560（50）表2-2：各单元地层的桩基参数建议值桩基参数岩土名称及单元代号旋挖灌注桩冲孔灌注桩人工挖孔灌注桩水平抗力系数的比例系数m（MN/m4）极限侧阻力标准值qsik(kPa)极限端阻力标准值qpk(kPa)极限侧阻力标准值qsik(kPa)极限端阻力标准值qpk(kPa)极限侧阻力标准值qsik(kPa)极限端阻力标准值qpk(kPa)素填土1/20块石填土2/40粉质粘土15010005080050120025有机质粘土140/40/40/20粉质粘土25010005080050120026粉细砂35012005090050140040粘土15012005090055130035粉质粘土2160130060100055150050粉质粘土22459004575045100022粉质粘土2340/40/40/15粉土35012005090050140030粉细砂450120050100050140040中粗砂570220070170070250080粉细砂155130055110055150045中粗砂270220070170070250080砾砂370230070180070250080卵石4120250012019001202800110碎石25011005090055130026粉土35011005090050130030注：当水平荷载为长期或经常出现的荷载时，地基土的水平抗力系数的比例系数值乘以0.4降低采用。根据勘察报告原料场地填料来源主要为场地附近的昔格达组粉砂岩和粘土岩碎块及部分粉质粘土（另在场地中部、西部和西南部分布有厚度几米到二十几米不等的质地坚硬的紫红色砂岩块石填土，采用超重型动力触探未能探入）为准确评价场地内素填土及其它土层的力学强度，本次勘察采用了重型圆锥动力触探试验进行测试，统计结果如2-3。表2-3：N63.5重型圆锥动力触探试验成果统计表统计指标岩土名称及单元代号修正锤击数N63.5（击10cm）变 异系 数统计修正系数s标准值N63.5范围值平均值频数n素填土11.9-9.35.533480.3500.9905.4粉质粘土12.0-9.65.62480.3670.9605.3粉质粘土213.5-10.76.92010.2770.9676.7为获取场地各压实填土层和挖方区出露昔格达粘土岩的承载力特征值及变形模量，在场地内选取13个点进行了浅层平板载荷试验，统计结果见表2-4， 表2-4：浅层平板载荷试验结果统计表（压实填土）试验点号试验点附近钻孔编号测 试时 间方形压板面积(m2)最大试验荷载(kPa)最大试验荷载对应沉降量(mm)承载力极限值(kPa)承载力特征值(kPa)变形模量(MPa)2009年113#12月11日0.538149.2434917512.5 279#12月05日0.542844.5641220515.4 3184#12月10日0.538149.0034917513.1 4202#12月09日0.538148.8634917511.8 5246#12月06日0.542850.8841220511.0 6276#12月07日0.538141.8734917513.2 7383#12月08日0.544449.5341220515.4 820#12月11日0.540149.3336918514.5 9224#12月06日0.540145.3836918510.0 1051#12月10日0.545044.6641821011.0 11312#12月07日0.545048.5341821016.2 12425#12月08日0.540147.6936918514.2 试 验 成果 统 计统计个数1212最大值21013.8最小值17511.7平均值190.812.2标准差13.470.57变异系数0.07030.0464修正系数0.790.86标准值15010.5为对原料场回填土压实性进行，在室内进行了评价压实填土的密实度，以求得填土的最大干密度，见表2-5表2-5：击实样最大干密度统计表岩土名称及代号 统计项目统计指标统计频数最大值最小值平均值dmax(g/cm3)压实填土1最大干密度41.961.851.89通过对场地回填土的检测表明，素填土1：整个场地大部均有分布，为场平时回填，主要由粘性土、昔格达粘土岩及粉砂岩碎块夹少量砂岩碎块石组成，硬杂质含量1025，大部分为新近场地整平时堆填。重型动力触探试验锤击数平均值N63.5=5.5击/10cm，标准值N63.5=5.4击/10cm，稍密中密状，局部松散。块石填土2：主要分布于场西部和西南部，在拟建矿石料场、煤场和原料试验室等地段尤为集中，主要由紫红色砂岩块石组成，密实度离散性很大，据邻近场地炼铁工程经击实试验及土样测试结果表明,压实填土的密实度最大值为0.96，最小值为0.64，平均值为0.80。说明填土虽经夯实，但均匀性差，密实度较差。密实度较差的填土未完成自重固结，后期还有一定的沉降，对拟建工程不利。尤其在拟建料场西侧及周边区域内还分布有0.521.5米左右厚度不等的块石填土2，钻探揭露，其粒径多大于200mm，且空隙较大，基本无充填物，泥浆钻进时，漏浆情况很严重，说明其级配不良，很不均匀。填土厚度从0.533.0米左右，变化很大，在土的自重固结作用下，必会产生差异沉降，因此不能作为天然地基使用，拟建建筑荷载较大的应采用桩基，荷载较小对变形不敏感的可进行地基处理，采用人工地基。3原料场地水文地质条件工程场地位于安宁河左岸二、三级阶地，场地平整前在西部和北部分布有冲沟及水塘等地表水体，水塘大多常年积水，为场地内主要的地表水体，地表水体主要接受沟谷上游地表水流汇入及大气降水补给。场地整平后，原始地形地貌被破坏，地表水、地下水的补给和排泄条件发生了改变，沟谷及低洼地段原为地下水的排泄通道，被人工填埋后，地下水水位将有所抬升。根据钻探揭露，本次勘察场区地下水主要为上层滞水、孔隙潜水和基岩裂隙水三种类型。上层滞水主要赋存于素填土1层中，水量很小，水位埋深一般在5.711.0m之间，地下水位不连续，无统一地下水位。主要由大气降水补给，排泄以垂直入渗为主。孔隙潜水主要赋存于第四系松散地层中，粉土（3、2）、砂土（3、4、5、1、2、3、3、4）、碎石土（5、2）、卵石（4、3）和强风化粉砂岩21为主要含水层，该类含水地层空间分布不均，成层性差，不连续，水量小中等。第四系粉质粘土1、有机质粘土1、粉质粘土2、粘土1、粉质粘土（21、22、23、11、12、13、3）、有机质粘土1、泥炭质土2、粘土岩（11、12）为相对隔水层。基岩裂隙水主要赋存于飞天仙组砂岩1、2中，水量小中等，由大气降水垂直渗透和上部土层下渗补给，沿斜坡向坡脚排泄。据钻孔测量，地下水、潜水稳定水位埋深9.536.0m，主要接受沟谷地表水流、大气降水补给，以垂直入渗补给为主，局部地段存在松散孔隙水基岩裂隙水越流补给。排泄以水平径流为主，最终排入安宁河。场区内现在已修筑排水盲沟，大部分沟谷内的地下水通过排水盲沟排泄，最终汇入安宁河。安宁河为场地各类地表水和地下水的排泄基准面。本次勘察对场地内地下水的腐蚀性也作了评价。根据勘察报告，水质分析及土的腐蚀性分析结果，按中华人民共和国住房与城乡建设部公告第314号岩土工程勘察规范局部修订第12.2.1、12.2.2、12.2.4、12.2.5条及岩土工程勘察规范（GB500212001）中12.2.5-1条判定场地地下水对混凝土结构及混凝土中的钢筋有微腐蚀性，对钢结构有弱腐蚀性；土对混凝土结构及混凝土结构中的钢筋，钢结构均有微腐蚀性，设计时应考虑相应防腐措施。4原料场地基处理方案比选根据业主及设计院最新提供的资料，混匀料场和矿石料场的地基处理已安排中冶赛迪公司进行前期工作，设计采用了强夯置换法。强夯采用8000kN.m以上能级，有效处理深度912m。强夯后的填土地基承载力特征值达到220250kPa，抗剪强度指标C30kPa，20，地基压缩模量Es12MPa。因此，根据不同的原料场工艺场地条件及荷载要求，设计三个料场地基处理的最佳方法。4.1原料场荷载 根据甲方、设计院提供的攀枝花钢铁（集团）公司西昌钒钛资源利用原料场工程料场地基处理要求，三个料场荷重分别如下: 混匀料场: P0=rh=2.3t/m313.2=31t/m2=310kpa 矿石料场: P0=rh=2.3t/m319=44t/m2=440kpa 煤堆料场: P0=rh=0.35t/m319=17t/m2=170kpa 4.2地基处理方案比选根据场地内岩土工程地质条件及上部荷载大小，原料加固可行的有以下几种方案。水泥深层搅拌桩此法由于场地内回填土厚度在10m30m，而且回填土主要由素填土和块石填土组成。回填时经过了分层夯实，呈稍密中密状状态，压实系数从为0.960.64变化，平均值为0.80。说明填土虽经夯实，但均匀性差，密实度较差，采用此法不仅施工深度难以达到要求，而且施工时由于有大的块石填土，也无法进行搅拌桩的施工。不能满足原料厂承载力要求，只能作为对本工程场地设置局部隔离桩或暗墙使用。钢筋混凝土桩/旋挖桩场地内由于荷载大，可以采用钢筋混凝土桩对整个原料场进行加固处理。由于钢筋混凝土桩相对于场地土而言变形小，必须要进入稳定的不可压缩层，导致桩长过长，同时，由于上部采用钢筋混凝土板，整个场地形成一个桩筏基础。经济性：造价过高。优点：变形小，场地稳定性高。适应性：可用于荷载较大，采用其他工艺难以实施的地段。旋挖桩对于场地内块石较大的，则存在进尺难的问题。高压旋喷桩法可采用双重管工艺进行施工，间距按1.2m1.2m布设，桩长3040m。场地面积置换率,桩径，桩身强度。经济性：较钢筋混凝土桩造价相对要经济些。缺点：桩身强度对于高压旋喷桩要求太高,难以满足设计要求。上部回填土层回填时经过了分层夯实，而且还有块石填土，呈稍密中密状态，桩身质量及桩身直径都有可能达不到要求的隐患，从而达不到上部荷载设计要求。优点：不仅可以满足复合地基的承载力要求，还可以用于局部设置应力隔离桩以及处理回填土中孔隙较大的的地段。挤土夯扩混凝土大头桩根据业主和设计院提供的图件:基础方案-地基处理要求a,对料场基础沉降提出了明确的规定。同时，要求料堆下不设底板。料堆下地基处理应满足规定的要求，并确保不至产生过大沉降影响挡墙和隔墙的安全，同时，料场各个分仓内所设拉梁须采取可靠的地基处理方法，确保拉梁不产生过大变形。为满足上述要求，采用挤土夯扩混凝土桩对料场基础进行加固处理，在料场内边缘设置应力隔离桩，中部则采用强夯对料场基础进行加固处理，消除地基在料堆作用下部分沉降，使堆料后沉降降低。经济性：通过对比，较高压旋喷桩及钢筋混凝土桩要经济。优点：工期快，质量可靠。适应性：可以处理回填土层压实性不高的地段。对于矿石料场、混匀料场，由于目前已采用了强夯置换，因此采用钻孔灌注桩或旋挖桩是可行方案。综上所述,对于矿石料场、混匀料场，由于目前采用了强夯置换，采用旋挖成孔灌注桩是可行方案；对于煤场，则采用挤土夯扩混凝土大头桩法对煤堆场地基进行加固处理是首选方案。5原料场地基处理设计依前所述，矿石料场、混匀料场地基采用钻孔灌注桩或旋挖桩，煤堆场采用夯扩混凝土大头桩法。5.1 矿石料场、混匀料场地基处理设计根据岩土工程勘察报告及业主提供的资料，矿石料场取料机地基为45t/m2,厂房地基为25t/m2；混匀料场取料机地基要求20t/m2,因此，影响其安全生产的主要因素是由于料场荷载所产生的水平推力及取料机荷载所产生的偏心弯距，其地基也采用桩基。5.1.1单桩承载力的计算设计采用钻孔灌注桩或旋挖桩，根据岩土工程勘察报告及业主提供的资料结合区域经验，按现行规范计算单桩承载力，10m以上填土，10m以下填土，填土至桩端段土层，基础埋深按1.0m，桩长按29m计，则考虑桩间土作用，桩间土承载力fak=220kpa，地基承载力按、考虑，则桩间距：按正三角形布置：。5.1.2矿石料场桩平面布设及桩间距的确定地基承载力区段：按梅花形布置，桩间距2.22.5m，局部因基础宽度不同，间距适当调整，详见平面布置图。地基承载力区段：按梅花形布置，桩间距3.0m，详见平面布置图。5.1.3混匀料场桩平面布设及桩间距的确定因未提供地基承载力指标，暂按考虑：按梅花形布置，桩间距2.32.7m，因基础宽度不同，间距适当调整，详见平面布置图。5.1.4 地基稳定性评价及基础沉降估算根据施工工艺断面及荷载的大小，以及料堆的剪切刚度，结合强夯置换后地基土的抗剪参数的提高，地基稳定性按最不利工况考虑，也是满足生产要求。若要较为精确的数值结果，则要进行专门的岩土工程勘察提供相应的参数进行数值计算分析确定。基础沉降按规范所推荐的公式进行估算：沉降量由于没有各土层的ep曲线,所以计算只能以现有的勘察报告结合工程经验来初步计算沉降量。上部30米的沉降主要由桩身控制，变形量5.0；下部平均压缩模量按,计算时不计相邻荷载的影响，计算沉降量（沉降修正系数s=0.523,s=199.5mm）；即最终沉降量为109.3mm。满足生产规定的要求。5.2煤场地基处理设计根据煤堆场现有的岩土工程条件，采用挤土夯扩混凝土桩对地基进行加固，是最佳方案。5.2.1挤土夯扩混凝土大头桩复合地基计算与设计该工艺所形成的桩、土复合地基承载力较高，可以通过调整间距来满足上部荷重不同的要求，桩长根据不同的地段，深度可达22m。桩径,桩底扩大头直径D=800，间距按上部荷重的大小，按2.2m3.0m两种间距正三角形布置，局部因基础宽度限制，间距作适当调整，桩身材料不低于C25。对于挤土成桩法，桩土之间的作用机理目前还有待于进一步研究，工程中常用规范来进行单桩承载力的计算。按其成桩工艺，按Vesic空孔扩张理论进行端阻力则较为合理，为安全计，桩侧阻力按现行规范取值。下面分别按此两种方法计算。5.2.1.1 Vesic空孔扩张理论计算桩端阻力根据Vesic空孔扩张理论，按下式计算桩端极限端阻力：式中 为桩端处平均竖向压力。计算工况：根据场地内土层分布，分为两种情况：1：桩端下为素填土；2：桩端下为块石土。 桩端下为素填土，则则 桩端下为块石土，则则5.2.1.2 Vesic空孔扩张理论计算单桩承载力根据上面计算的结果，以桩下为素填土计算即可。桩径,桩长,；桩间土承载力: ；复合地基承载力：按 、考虑。；当,，则每根桩承载面积为：；当,，则每根桩承载面积为：；桩间距：按正三角形布置：。5.2.1.3按现行规范计算单桩承载力按规范公式（5.3.5）计算,桩身参数如上。根据岩土工程勘察报告所做的原位试验，取，则当,，则每根桩承载面积为：；当,，则每根桩承载面积为：；桩间距：按正三角形布置：。5.2.1.4煤场桩平面布置综合两种方法，桩间距取，正三角形布设。能满足地基承载力的要求。 5.2.1.5煤场场地沉降量沉降量由于没有各土层的ep曲线,所以计算只能以现有的勘察报告结合工程经验来初步计算沉降量。上部20米的沉降主要由夯扩桩身控制，变形量3.5；下部平均压缩模量按,计算时不计相邻荷载的影响，计算沉降量为：（沉降修正系数s=0.489,s=196mm）;即最终沉降量为99.3mm。5.2.2煤场负摩阻力评价对于负摩阻力是否产生，取决于场地土的密实度的大小及成桩工艺。对于挤土桩来说，不会产生负摩阻力。根据勘察报告及可能的布桩间距，如以1.8米为例,桩周土密实度提高1.08倍,桩端则为1.11倍。而场地土的是经过了碾压的，只是在局部块石土由于级配不佳，导致密实度系数偏低。对于有空隙较大的地方，可结合物探方法进行查明后局部加强处理即可。对于钻孔灌注桩或旋挖桩区，由于采取了强夯置换法对场地进行加固处理，同时，单桩承载力较大，局部产生的负摩阻力可以忽略不计。5.2.3桩底松散回填土的加固由于夯扩桩一般施工深度为22米，因此，对于回填土层厚度大于22米的地段必须采用高压旋喷桩进行加固，加固深度从回填土层底到地表下22米处（即夯扩桩底），每一夯扩桩一个高压旋喷桩。根据设计图，约有1326根桩下需设高压旋喷桩，平均桩长为5m。5.2.4煤场施工要求由于煤堆场地基加固的特殊性，需要对大于22米厚度的回填土区域进行高压旋喷桩加固，共1326根桩，在施工完高压旋喷桩后，再进行夯扩桩的施工。5.3混匀料场厂房基础桩基设计桩长按桩身进入老粘土2m考虑，平均桩长30m,桩径0.8m,桩数164根（以矿石料场和煤场作为参考），采用旋挖灌注桩。5.4矿石料场厂房基础桩基设计桩长按桩身进入老粘土2m考虑，平均桩长30m,桩径0.8m,桩数268根，采用旋挖灌注桩。5.5煤场厂房基础桩基设计桩长按桩身进入老粘土2m考虑，平均桩长30m,桩径0.8m,桩数268根，采用旋挖灌注桩。5.6 原料场配套构筑物地基加固设计5.6.1 M-1转运站单桩承载力按下式确定：因开孔后25m见强风化粉砂岩，故取桩长27m，经计算得，荷载15000KN，桩数n=15000/3528.1=4.3根，取n=5，总桩数N=5根。5.6.2 M-2转运站单桩承载力计算公式同前，荷载15000KN/柱,经计算得：则单柱下取3根桩，桩长56m,总桩数N=34=12根。5.6.3 M-3转运站单桩承载力计算公式同前，荷载15000KN/柱,经计算得：则单柱下取3根桩，桩长57m,总桩数N=34=12根。5.6.4 B-1，B-2转运站由于开孔后即见强风化粉砂岩，故可采用天然地基。5.6.5 B-3转运站单桩承载力计算公式同前，荷载15000KN/柱,经计算得：则单柱下需2.7根桩，桩长56m,总桩数N=2.74=10.8根，取N=11根。5.6.6 B-4转运站单桩承载力计算公式同前，荷载15000KN/柱,经计算得：则单柱下取4根桩，桩长35m,总桩数N=44=16根。5.6.7 H-1转运站单桩承载力计算公式同前，荷载15000KN,经计算得：则取4根桩，桩长35m,总桩数N=4根。5.