某礦務局焦化廠l00m高的焦爐煙囪建于1996年,鋼筋混凝土結構,基礎為鋼筋混凝土獨立基礎,埋深4m。煙囪地基土為I級自重濕陷性黃土,經625tm能量級強夯處理。
2004年5月發現該煙囪向北傾斜,5月10日測量北傾0.85m, 6月30日測量北傾0.98m。為了防止煙囪繼續北傾,采取了應急措施。清除北側地表積灰,減少北側地面荷載。在南側拉了兩道攬風繩,并在南側基礎上部堆載385t,以減緩北傾速度。因煙囪傾斜量已超過規范允許值的2倍,屬于危險構筑物,并且處于7度地震設防區,如遇大風、暴雨、大量地面水浸入地基,則隨時都有倒塌的危險,必須及早處理。
1 傾斜原因
100m高煙囪的自重2500噸,基礎為鋼筋混凝土的獨立基礎。因煙囪位于I級自重濕陷性黃土區(圖1),設計采用了強夯處理。煙囪與總煙道的地基共450m2一起處理。煙囪設計要求地基承載力為250kPa,強夯處理后地基承載力為260kPa,見表1。 2004年6月測定其地基承載力為165kPa,見表2。造成地基土承載力下降的主要原因是長期浸水。2004年6月勘察報告表明,地下水位埋深1.3~1.95m,而以前該區地下水位埋深在25m以下。為查明浸水原因,進行了鉆孔探察,發現凡是經強夯處理的地方,水位埋深都變淺,而非強夯影響區,水位仍較深。強夯后形成的不透水層使上部填土層含水量較高,形成地表積水,積水又沿強夯區邊沿滲入未處理的深層土中。由于煙囪基礎位于強夯處理區邊沿,故地面積水集中流向煙囪基底,煙囪基礎下lm處地基土從北向南已有六分之一變軟。
由于較好的天然土層埋藏不深,僅9.5m左右,如能采用樁基方案或在生產管理中注意廠區排水,減少對基礎地基的浸泡就可避免類似情況發生。但在濕陷性黃土區用強夯處理高聳構筑物基礎處理范圍一定要大,地基處理應獨立、對稱,避免不均勻沉降。
2 糾傾方案
發現煙囪的傾斜量已達0.85m,而且繼續傾斜的速度較快。2004年5月10日北傾0.85m, 6月13日北傾0.93m, 6月30日北傾達0.98m。為了盡快控制煙囪傾斜,首先采取了以下應急措施。
(1)在煙囪高度2/3處用鋼絲繩套在煙囪的鋼環上,拉牢固定。固定方向為東南、西南方向各一根,地面上埋設地錨。
(2)在南側基礎上堆載石屑385t。
(3)清除煙囪北側地面的積灰,疏排地面積水。
北側地基土脆弱,地基土天然含水量達28%,煙囪傾斜量又達0.93m。地質勘察報告水位僅在1.3~1.95m深處。強夯后地基的rd> 15kN/m,只在5m以內,5m以下無明顯效果。夯擊點的浸水試驗證明,Δp=1.06(浸前)-0.87(浸后)=0.16。鑒于上述情況,煙囪糾傾方案應先加固北側軟弱地基土,但不可開挖、降水。不可振動擾動地基,嚴防地基失水固結導致煙囪繼續傾斜。更不宜在北側注漿加固,以免地基浸水產生附加沉降,引起煙囪的繼續傾斜。經分析采用正轉成孔反轉成樁灌注生石灰和粉煤灰的施工方法加固北側軟弱地基土。此法的優點是無振動,擠密效果好,成樁速度快,處理深度大。
根據煙囪糾傾工程地質勘察報告中水位線離現自然地平1.3~1.95m的結論,加固北側軟弱地基后,在南側采用應力解除法的糾傾扶正方案,即在主要受力層內打孔,孔深4m(自基礎底面算起),孔徑d=10~15cm,孔距3.0d,單排布置,形成基礎下地基因側向取土孔產生側向擠土的條件,以引發基礎下沉和煙囪回傾。通過控制取土量,控制其回傾乍迄率。但現場鉆孔時發現,在負1.4~負2.7m處是含水層,成孔后嚴重縮頸,而負3m以下孔壁光滑,無側向排土現象。這使間接掏土實現應力釋放方案難以實施,對煙囪壓重的穩定極為不利,故改用了沉井射水排土方案。
3 方案實施
3.1 操作要領
(1)鉆孔探察。為摸清煙囪傾斜后的地質狀況,驗證糾傾方案的可行性,先在強夯影響范圍外,即煙囪東南側距煙囪2m處鉆孔,孔深9.5m,觀察24h,孔壁光滑,無漏(滲水跡象,說明強夯未處理的地方水位仍很深。
(2)北側二灰樁加固。找出煙囪傾斜最大點的方向,以此軸線放線布點。為提高對煙囪地基土的擠密效果,施工中需注意以下幾點。
① 保證生石灰質量,欠火灰和過火灰均不得超過5%, 粒徑要求在20~50mm,生石灰和粉煤灰配比為7:3。
② 反轉填料時以擠密實的雙灰將鉆桿頂起,以保證其充盈系數。
③ 成樁順序由外向里。
④ 保證3.5m封頂土的擠密效果。
為控制煙囪能平穩地回傾,操作中還需注意以下幾點。
①選擇射水操作井位置時要對稱于最大傾斜軸線。
② 射水孔部位既要避開強夯處理后的堅硬層,又不易使大量水灌入軟土層而影響周圍建筑和煙囪北側的基底土,故選在煙囪基礎下lm處。③ 射水孔布置是煙囪回傾的關鍵,因回傾需排土,采用Φ20管徑的水槍,每井布孔15個。
第一次射水后,發現煙囪基底有六分之一變軟,故改變了射水深度。以每次射水操作感覺及測量回傾量的變化作為下次射水操作的依據,并以射水深度、射水孔位和間隔時間控制回傾速度和回傾方向。卸載南側堆載要與回傾速度配合,回傾結束卸荷完畢。(3)南側二灰樁加固。煙囪復位后,為了將其穩固,在南側打二灰樁。二灰樁施工順序由內向外,同時將射水操作井下部用二灰、上部用灰土回填,邊填邊夯實。
4 結論
煙囪的整體糾傾過程是在正常生產情況下進行的,用時18天,耗資38萬元,不但使煙囪脫離了危險,恢復了正常狀態,而且提高了煙囪地基的承載力,并在煙囪地基受力區周圍形成屏障,阻止地面水滲漏浸入,保證了煙囪的安全。實踐證明,煙囪回傾過程平穩,準確度可控制在l0mm,回傾速度和回傾方向可完全自由掌握,安全可靠,經濟合理