首钢京唐钢铁厂吹砂造地软土地基处理技术研究

首钢国际工程公司在曹妃甸首钢京唐钢铁厂的建设中，凭借着多年积累的丰富的地基处理经验，多次深入现场调研，同时对韩国浦项、宝钢等国内外大型钢铁厂进行广泛调研，联合国内知名的地基专业研究单位、国内著名专家参加研讨会，组织多家施工单位进行地基处理现场试验。经过一年多的不懈努力，一举攻克了在吹砂造地软土地基上建设钢铁厂地基处理技术难关，完成了《首钢京唐钢铁联合有限公司钢铁厂工程地基处理统一技术规定》的编制，指导了钢铁厂一期工程软土地基处理工作并取得成功，技术成果达到国内领先水平，对沿海地区大型工程吹砂造地软土地基处理具有示范作用。

1吹砂造地软土地基处理技术研究的背景和意义

随着我国国民经济快速发展，国家建设用地越来越少，许多大型建设工程向沿海发展，采用填海造地的方式形成陆域，既节约用地又可以充分利用海运优势。沿海地区的地基大部分是软土地基，进行大型工程建设，首先面临的就是地基处理问题。地基处理工程技术复杂，施工周期长，所需费用高，一旦处理不当将会带来重大工程事故，并且修复困难甚至不可修复。

首钢京唐钢铁厂位于唐山市南部的渤海湾曹妃甸岛上，是我国第一个通过吹砂填海造地形成陆域进行钢铁厂建设的项目，并且一次造地面积和建设规模居世界第一，新近吹填土和淤泥质土未经过处理是不能满足一般性建筑物的地基受力和沉降变形要求的，更不能适应首钢京唐钢铁厂这样特大型冶金工程的要求。首钢京唐钢铁厂项目建设受到国内外的高度重视，项目本身具有很高的技术装备水平，对地基承载力和变形要求很高，地基处理失误将会造成极其严重的后果。

2首钢京唐钢铁厂建设所面临的地基处理问题

首钢京唐钢铁厂所处的曹妃甸岛是因滦河北移而形成的沙岛海滩，为形成钢铁厂建设用地又在其上采用吹砂造地的方式形成面积约为25km2陆域既厂区。拟建场地的表层土为新近吹填海砂形成的，平均厚度为4m左右，局部区域厚度变化较大。该土层主要由粉、细砂组成，含贝壳碎片，饱和，由于吹填时间短，呈松散状态，密实度不均，具不均匀性，欠固结，承载力低且易液化等不良特性。其下部分布有厚度变化较大的淤泥质粉质粘土和淤泥质粉土，该层土土质很差，松散，均匀性差，承载力低且差异大。吹填土层及其下软土层如不进行固化预处理将会造成：不能适应施工阶段大型机具作业和进出场的要求，造成施工阶段的措施费用增加很多；吹填土吹填的自重固结，将产生沉降变形，不均匀的地面下沉将会严重危害地下直埋管线的安全；且吹填土的的堆载将对原地表土施加外力，又会引起原地表土的压缩变形沉降，给桩基造成负面影响；造成所有的建构筑物、地下管沟管廊、大小设备基础、车间地坪等都需要进行桩基处理，将造成地基处理难度的加大和费用的增加，延长施工周期。

图3-1场地土下沉对基桩产生负摩擦力

3首钢京唐钢铁厂吹砂造地软土地基处理技术研究的主要内容

3.1按照钢铁项目各个建、构筑物的特点、基础的形式、荷载情况和对变形的敏感程度对各个建筑物进行分类，并提出不同类型建构筑物对地基的要求

首钢京唐钢铁项目有23个项目，350多项单项工程，每个区域各个建构筑物建筑等级不同，荷重、结构特点和拟采用的基础方案各不相同，为了研究不同建构筑的地基处理方案，需对不同建构筑的特点进行细致分析。

根据不同建筑物所需的地基承载力和对沉降的不同要求，将场地的地基处理分为3类进行分析研究，其中一类为道路、铁路、堆场区、轻小型建筑物，要求地基承载力特征值fak≤200kPa，要求总体沉降量控制在30－40mm以内，差异沉降控制在规范要以内；二类为中性型建筑物（如轧钢厂房、辅助建筑、机修间备件库等），要求地基承载力特征值200≤fak≤300kPa，要求总体沉降量控制在20—30mm以内，差异沉降控制在规范要求之内；三类重型建筑物（如高炉本体基础、转炉基础、电站锅炉基础、焦化设施基础、大型料仓等）、重要设备基础（如热轧、冷轧的轧机基础等）、对沉降敏感的大型管道支架。要求地基承载力特征值fak≥300kPa，要求总体沉降量控制在20mm以内，差异沉降控制在规范要求之内。

3.2通过对类似工程项目进行调研，对不同地基处理方法进行类比分析，选出比较实用的方法进行试验验证

根据国内外类似工程调研情况、对各种地基处理方式类比分析和多次专家论证会意见，第一类地基处理基本选定强夯、真空动力固结法进行试验；第二类地基处理基本选定CFG复合地基、振冲碎石桩、PHC预制高强度管桩（短桩）进行试验；第三类地基处理基本选定PHC预制高强度管桩（长桩）、钻孔灌注桩进行试验。

3.3开展首钢京唐钢铁厂地基处理试验

本工程根据不同的地质条件和总图布置进行4个区域试验。预处理面积共15600m2，在预处理后的A1、A3、A4区和不进行预处理的A2区进行不同桩型、不同桩长、不同桩径的钻孔灌注桩、PHC预制高强度管桩、CFG桩的试验，共271根。试验目的：一是为地基处理设计提供强夯后地基承载力、各种桩型单桩承载力特征值等设计参数（桩的试验应在强夯后的区域）；二是找出最佳夯击参数，最佳沉桩方式、桩的最佳成孔方式、最佳施工工艺；三是在多种方案比较的基础上，选择出针对本厂区地质条件特点的实用方案，即加固效果好、工期短、造价低廉的方案。

对实验结果进行大量对比分析，给出各种地基处理方式的最终地基承载力特征值，并编制《首钢京唐钢铁联合有限公司钢铁厂工程地基处理统一技术规定》的编制，指导了钢铁厂一期工程软土地基处理工作并取得成功。

3.4首钢京唐钢铁厂地基处理总体方案

对钢铁项目场地地基处理分两步进行：第一步对所有的建构筑物区域、道路及道路两侧、堆场等第一层粉细砂吹填土、第二层粉质粘土、第三层细砂土层进行大面积强夯，粉质粘土较厚的地方用真空动力固结处理。第二步根据地基处理的分类要求，采取不同的桩基处理方案。

第一类地基处理采用强夯和真空动力固结法。

1）场原料堆载荷载比较大，采用高夯击能（4000kN·m）进行全面强夯，对料场轨道基础及其它对沉降敏感的设施适当增加防护措施比如打保护桩，以确保设施将来使用的安全性。

2）公路路基全面强夯，根据路面荷载要求采用不同的夯击能，以满足路面施工要求和路基承载要求，根据试验结果采用2500kN·m夯击能。

3）铁路路基全面强夯，按照铁路荷载等级的不同采用不同的夯击能量，对普通铁路路基拟3000kN·m夯击能。对于铁水包运输线等特重级铁路，在强夯的基础上采取桩基进行二次处理，以满足重载铁路对承载力和变形的要求。

4）其它建筑区域按照2500kN·m夯击能全面强夯，根据上部结构的荷载和变形要求，采取不同的桩基进行二次处理。

图6-1 震动引起的液化现象

图6-2强夯后可以满足工程施工需要

第二类地基处理采用CFG复合地基和PHC高强度预应力管桩（短桩）。

1）轻型建构筑物独立基础、外围公辅设施、综合管网等采用CFG复合地基或长度约25mm以内的PHC高强度预应力管桩。

2）基础底面积较大的设备基础、水池等地基处理采用CFG复合地基处理。

第三类地基处理采用钻孔灌注桩和PHC高强度预应力管桩（长桩）。

1）炼钢主厂房基础、转炉基础、轧钢厂房柱基础、有抗浮要求的BOX轧钢基础、高炉基础等荷载大、对沉降敏感的重型建筑物钢筋混凝土钻孔灌注桩。

2）冷轧设备基础、各种荷载较重构筑物等、对沉降较敏感的建构筑物采用PHC高强度预应力管桩（长桩）。

4吹砂造地软土地基处理技术的运用成果

本项研究从2006年初开始，成果2007年开始用于设计和施工。一期共完成强夯处理地基面积约12km2，施工各类桩型19.6万根，经过检测，全部达到设计要求，建筑物的沉降经过监测全部在国家规范允许范围之内。一期一步工程已于2008年底陆续投产，至今未发生一起因地基处理引起的工程质量事故。在整个首钢京唐钢铁项目地基处理过程中，严格采用科学的试验数据，比采用按规范经验公式计算的桩长平均短3-5m，大大降低了投资成本。同时采用不同的地基处理方案组合，与附近地区相比，比采用单一地基处理方式也节约大量投资。

实践证明：首钢京唐钢铁厂项目地基处理方案是合理的，施工是科学有效的，监督是严格的，管理是先进的，对沿海地区大型工程软地基处理有很好的借鉴和参考价值。

5吹砂造地软土地基处理技术研发团队

首钢国际工程公司非常重视首钢京唐钢铁厂吹砂造地软土地基处理工作，在工程立项后就组织成立了有业主、设计、地质、施工等专业人员参加的技术团队。团队成员对国内外同类工程进行广泛调研，对场地软土地基在加固期间和加固处理后运行期间稳定和沉降问题进行深入研究的基础上，结合不同的使用要求首先对拟建场地进行了分类；然后提出了几种相应的适合各类场地的地基处理方案，进行不同类型地基处理试验，给出试验结果和评价；组织专家讨论会，确定地基处理方案；指出地基处理质量控制方法。提出对大型工程不良地基处理是系统工程，需对工程建设的不同阶段提出控制措施，严加管理保证工程质量。（首钢国际工程公司：李洪光）