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李楼选矿厂工程地质条件分析张玉平

发表时间：2021/7/26 来源：《基层建设》2021年第14期作者：张玉平

[导读] 李楼铁矿选矿厂工程地质勘察工作，为该地区工程设计、施工提供主要依据。通过对场地工程地质条件进行分析，判断天然地基承载力是否满足设计要求

        五矿矿业控股有限公司安徽省合肥市 230000
        摘要：李楼铁矿选矿厂工程地质勘察工作，为该地区工程设计、施工提供主要依据。通过对场地工程地质条件进行分析，判断天然地基承载力是否满足设计要求，对不满足要求的拟建物，推荐相应的地基处理方式或变更基础方案。本文以选矿厂为例，通过工程地质条件分析，提出合理的基础方案建议，为李楼选矿厂工程设计提供参考。
        关键词：工程地质条件     天然地基承载力

        引言
        通过李楼选矿厂岩土工程勘察工作，查明李楼选厂场地工程地质条件，为李楼选厂工程设计、施工提供主要依据的同时，为李楼铁矿其他工程和诺普地区工程建设提供参考。对选矿厂场地内地基承载力是否满足设计要求进行分析，对不能满足设计要求的拟建物，根据工程地质条件和不同设计要求，采取相应的地基处理方式或变更基础方案。
        1 工程概况
        李楼铁矿选矿厂场地位于李楼铁矿的东北部，整个工业厂区占地面积84257.15m2。拟建物主要由2—4层的磨矿仓、磨选主厂房、1号转运站、中细碎车间、筛分车间、浮选过滤车间及精矿仓、井口服务楼、磁铁矿一次干选车间、锅炉房、8-12层的充填站、井塔楼、单层的二段分级前浓缩池、中、精矿浓缩池、汽车衡及计量室、新水泵站、砂泵站、生活污水处理站、车库、井口变电室和通廊支架、水系统事故池、机械搅拌沉清池、尾矿浓缩池、生产废水集水池组成。
        2 场地周边环境条件及工程地质条件
        2.1 场地周边环境条件
        拟建场地位于安徽省霍邱县境内，处于淮河流域中上游冲积平原区。场地地面标高在31.50-41.60m，大多为农田，地势相对平坦。
        根据调查并结合邻近场地经验，本场地不存在污染源，场地土未受到污染。
        2.2 场地工程地质条件
        据钻孔揭露，地层上部为耕土及杂填土、第四纪全新世近期冲洪积形成的粉质粘土，下部为第四纪晚更新世冲洪积形成的粉质粘土，各土层性质与评价自上而下分述如下：
        1）耕土及杂填土（Q42ml）：耕土，黑褐色，结构松散，以粘性土为主，含植物根系，厚度0.60—0.70m。杂填土，杂色，结构松散，以碎石为主，含少量块石及建筑垃圾，分布在场地南部，厚度0.30-3.00m。
        2）粉质粘土（Q42al+pl）：灰黑色，可塑—坚硬，局部软塑，中高压缩性，含铁锰结核，见有黑色氧化物斑点。无摇振反应，稍有光滑，干强度中等，韧性中等。该层厚度0.30-4.30m，平均厚度1.67m。局部夹粘土薄层。IL=0.25。
        3）粉质粘土（Q3）：黄褐色，可塑—坚硬，局部软塑，中等压缩性，含较多铁锰结核，少量钙质结核，夹白色粘土斑块。无摇振反应，稍有光滑，干强度中等，韧性中等。该层厚度未揭穿，最大揭露厚度22.70m。局部夹粘土薄层。IL=0.30。
        2.3 场地水文地质条件
        拟建场地地下水埋深在0.60-3.70m，属上层滞水型。据钻孔揭露地下水主要赋存于粉质粘土层中，根据土工试验结果，该层土的渗透系数kv=2.26×10-8-7.32×10-8cm/s，为不透水层。

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3 场地工程地质条件分析
根据勘察结果，从建筑物安全性考虑，各土层相关参数根据物理力学性质指标统计及有关规范和地区经验，建议采用如下值：

土层名称	承载力特征值f_ak （kPa）	压缩模量E_{s 1-2} （MPa）
②层粉质粘土	110	8.01
③层粉质粘土	160	9.11

        根据以上表格给出的场地内土层承载力特征值是否满足设计要求，及对不满足设计要求建筑物处理方式的不同建议，可将选厂建筑物进行以下分类：
        3.1 天然地基可以满足设计要求的建筑物
        1）水系统事故池、吸水池、尾矿浓缩池、生产废水集水池、1号、2号分砂泵站泵池，基础设计埋深6.0-14.5m；循环水泵站，设计埋深3.80m；机械搅拌沉清池，筏板基础，设计埋深2.50m；从勘察资料看，建筑物基础置于③层粉质粘土上。③层粉质粘土承载力160kPa，层位较稳定，满足设计要求（150kPa），可以采用该层天然地基作为持力层。
        2）《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2002）第5.2.4条指出当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，尚应按下式进行修正：

        储水池及沉淀池基础尺寸41.00×51.00m，设计埋深2.00m，深宽修正后的地基承载力特征值153.33kPa，满足设计要求（150kPa）；磨矿仓独立基础部分修正后的承载力特征值为250.05kPa，满足设计要求（250kPa）；李楼1号、2号井塔楼、吴集井塔楼，筏板基础尺寸23.00×18.00m，设计埋深5.00m，修正后承载力特征值314.83kPa，满足设计要求（300kPa）。天然地基作为持力层可以满足设计要求。
        3.2 建议采用简单地基处理以满足设计要求的建筑物
        拟建物天然地基承载力与设计要求相差不多，可通过简单的换填处理满足设计要求。如砂泵站、井口服务楼、井口变电室、新水泵站，单独基础，生活污水处理站、车库、汽车衡及计量室、条形基础，设计埋深0.90m，修正后承载力120.57 kPa；1号转运站、磁铁矿一次干选车间，框架结构；通廊支架，钢结构；锅炉房，单独基础，设计埋深1.20m，修正后承载力为129kPa，仍不满足设计基底压力150kPa，但与设计要求承载力相差不多，建议采用简单砂石换填处理以满足设计要求。经计算，以上建筑换填0.9m厚砂石垫层即可满足设计要求。
        3.3 建议变更基础形式以满足设计要求的建筑物
        与设计要求相差较大，天然地基承载力不能满足设计要求的拟建物：
        1）砂泵站、井口服务楼、井口变电室、通廊支架，生活污水处理站、车库、汽车衡及计量室等拟建物也可考虑加大基础尺寸以满足设计要求。
        2）磨矿仓、二段分级前浓缩池、中矿浓缩池、精矿浓缩池、充填站，筏板基础，基底压力200-300kPa；磨选主厂房、中细碎车间（含一次干选废石仓）、筛分车间、浮选过滤车间及精矿仓、破碎机设备，单独基础，基底压力250kPa。由于受场地条件限制，不宜采用加大基础尺寸，而换填材料的垫层承载力最高为250-300kPa，故设计要求在250kPa以上的拟建物，天然地基承载力不满足要求时，不宜采用换填处理。针对以上情况建议考虑桩基础方案。
        本工程推荐选用预应力混凝土管桩方案。推荐桩径300mm，桩长15m，桩端持力层为第③层粉质粘土，设计单桩竖向承载力特征值489.84kN。
        根据《建筑地基基础设计规范》计算得：单桩竖向承载力特征值，满足设计要求。
        4   结论
        1）安徽李楼地区地层以粘性土为主：地层上部为耕土及杂填土，第四纪全新世近期冲洪积形成的粉质粘土；下部为第四纪晚更新世冲洪积形成的粉质粘土，平均层顶埋深3.00m，最大揭露厚度22.70m。土层分布均匀，天然地基承载力可达到160kPa，可直接或通过简单处理满足250 kPa以下的一般多、高层建筑要求。
        2）对于承载力要求高于250 kPa、一般浅基础不能满足设计要求的建筑物，以磨矿仓为例，推荐选择预应力混凝土管桩方案。
        参考文献：
        [1]《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）2009年修订版
        [2]《建筑地基处理技术规范》（JGJ79—2012）
        [3]《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2011）
        [4]康巨人，填芯PHC管桩在软土基坑支护中的应用研究[期刊论文]-岩土工程技术 2011（1）