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      某煉化公司因擴(kuò)建，需要吊裝重量達(dá)2100噸煉化塔。XGC88000型4000噸履帶吊為全球最大履帶吊，吊車站需承擔(dān)吊車加煉化塔總重量達(dá)7900噸，（吊車自重5800噸）。吊車站位區(qū)域地質(zhì)為淤泥，風(fēng)險(xiǎn)很大。吊裝界從未使用過(guò)固化土處理淤泥地質(zhì)，有斷裂風(fēng)險(xiǎn)。

      創(chuàng)造性第一次利用淤泥固化法處理地基。本人作為相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行了仿真分析，得到結(jié)果可行，專家評(píng)審?fù)ㄟ^(guò)。實(shí)踐證明淤泥固化法可以在吊裝施工行業(yè)應(yīng)用。

      吊裝行業(yè)對(duì)地基有以下特點(diǎn)：

       1、不均勻沉降危害巨大而敏感，

       2、缺少規(guī)范性參考材料、理論、試驗(yàn)研究；

       3、地基處理相對(duì)較淺，一般3米以下；

       4、吊車重心隨吊車回轉(zhuǎn)而變化，對(duì)地基強(qiáng)度要求高

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                                  淤泥固化法地基處理在大型設(shè)備吊裝工程中的安全性探究

 

摘要：主要針對(duì)沿海淤泥地質(zhì)、湖泊沼澤等軟弱場(chǎng)地，屬于IV類建筑場(chǎng)地，從大件設(shè)備吊裝的安全性分析吊車吊裝站位區(qū)域的地基承載力。利用固化法處理軟弱地基。

關(guān)鍵詞：固化法、地基處理、吊車占位、有限元

1、原地質(zhì)情況

     以某煉化項(xiàng)目POX裝置4000噸履帶吊車吊裝變換器吸收塔所站位原場(chǎng)地原為池塘、泥漿區(qū)、蘆葦區(qū)及高填土區(qū)，現(xiàn)已進(jìn)行場(chǎng)地整平，并經(jīng)過(guò)真空覆水聯(lián)合預(yù)壓處理，場(chǎng)區(qū)交通便利，地形較為平坦開(kāi)闊，地貌類型屬于濱海淤積平原，

序號(hào)	裝置名稱	名稱	黏聚力Ck   （KPa）	內(nèi)摩擦角φk   （°）	地基承載力特征值（KPa）
1	POX	素填土	18.1	12	65
2	淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土	13.7	10.7	68

2、吊裝工藝

變換器吸收塔裸重890噸，預(yù)計(jì)附塔管線以及勞動(dòng)保護(hù)的重量為300噸，吊裝重量為1190噸，采用單主機(jī)抬吊遞送法的吊裝工藝進(jìn)行吊裝，主起重機(jī)為XGC88000型4000噸級(jí)履帶式起重機(jī)，溜尾起重機(jī)為徐工QUY650型650噸級(jí)履帶式起重機(jī)。

3、XGC88000型4000噸履帶吊車吊裝站位處理承載力計(jì)算

吊裝變換氣吸收塔時(shí)，4000t吊車在單側(cè)履帶下鋪設(shè)雙層路基箱，路基箱鋪設(shè)方法如下：

下層：?jiǎn)蝹?cè)16塊路基箱，規(guī)格為7×2.5m、10.8t/塊；

上層：?jiǎn)蝹?cè)7塊路基箱，規(guī)格為8×2.8m、14.5t/塊。

相關(guān)計(jì)算如下：

吊裝時(shí)傳遞到墊層下底面的壓力P_Z+P_cz計(jì)算如下：

吊車自重（含548.6t路基箱）（t）	4374.6	接地面積（m）	560
設(shè)備自重（t）	1432	系數(shù)	1.2
累計(jì)重量（t）	5806.6	對(duì)地壓力（t/m2）	12.44271429
序號(hào)	名稱	符號(hào)	公式	數(shù)值	單位
1	極限承載力		db	410.5445	Kpa
2	安全系數(shù)			2
3	極限承載力許用值			205.2723	Kpa
4	基底下一倍寬度深度范圍內(nèi)土的黏聚力			13.7	KPa
5	內(nèi)摩擦角			10.7	°
6	基礎(chǔ)底面以下土的重度			18	KN/m3
7	基礎(chǔ)地面以上土的重度			18	KN/m3
8	承載力系數(shù)			8.665
9	承載力系數(shù)			2.638
10	承載力系數(shù)			1.374
11	墊層深度	d		2.5	m
12	基礎(chǔ)底面寬度	b		14	m
13	基礎(chǔ)底面長(zhǎng)度			20	m

 

根據(jù)土的極限承載力公式（《工程地質(zhì)手冊(cè)第五版》式4-5-6），原土的極限承載力值計(jì)算如下。

吊車自重（含548.6t路基箱）（t）	4374.6	接地面積（m）	560
設(shè)備自重（t）	1432	系數(shù)	1.2
累計(jì)重量（t）	5806.6	對(duì)地壓力（t/m2）	12.44271429
序號(hào)	名稱	符號(hào)	公式	數(shù)值	單位
1	墊層底面處附加壓力		90.68997	KPa
2	基礎(chǔ)底附加壓力			124.4271	KPa
3	基礎(chǔ)底面處土的自重			0	KPa
4	基礎(chǔ)寬度	b		14	m
5	基礎(chǔ)長(zhǎng)度			21	m
6	墊層深度	z		2.5	m
7	墊層擴(kuò)散角	φ		30	°
8	基礎(chǔ)地面土自重壓力	Pcz		45	KPa
9	土的容重	γ		18	KN/m3
10	軟弱下臥層頂面處所受壓力		Pz＋Pcz	135.69	KPa

其中承載力系數(shù)根據(jù)《工程地質(zhì)手冊(cè)第五版》表4-5-2，經(jīng)插值得出，具體如下表：

 

 

 

 

根據(jù)以上計(jì)算可知：

P_z＋P_cz=135.69KPa＜    =205.27KPa

故采用淤泥固化技術(shù)進(jìn)行地基加固處理，當(dāng)處理深度2.5m時(shí)滿足4000t吊車作業(yè)要求。

4、處理流程

本次施工基本方式為異位固化分層回填壓實(shí)，具體流程如下：

圖5-1施工工藝流程圖

5、本校核中采用ABAQUS建模。模型尺寸如下：

模型數(shù)據(jù)
	淤泥m	固化層m	上層路基箱m	下層路基箱m	履帶m	地管
長(zhǎng)	50	30	19.6	20	19.5	40
寬	40	20	2.8	2.5	2	2.2（外徑）
高	10	2.5	0.3	0.3	0.1	0.0175（厚）

模型裝配圖

5.1網(wǎng)格劃分

.網(wǎng)格類型：C3D8R八節(jié)點(diǎn)四面體單元

                    對(duì)淤泥圓孔周圍切分細(xì)化為輻射型網(wǎng)格連續(xù)性過(guò)渡；

 

5.2材料屬性：（基于摩爾-庫(kù)倫彈塑性原理）

材料屬性
	淤泥m	換填層m	上層路基箱m	下層路基箱m	履帶m	地管
密度（kg/m^3)	1800	1900	7800	7800	7800	7800
彈性模量pa	1.00E+07	5.00E+07	2.1E+11	2.1E+11	2.1E+11	2.1E+11
泊松比	0.35	0.3	0.28	0.28	0.28	0.28
內(nèi)摩擦角°	4.2	15
剪漲角°	0.1	0.1
粘聚力pa	24100	40000
屈服應(yīng)力			4.00E+08	4.00E+08	4.00E+08	4.00E+08

5.3約束方式：

根據(jù)實(shí)際工況，僅對(duì)淤泥底部約束Y軸向位移。

5.4接觸方式：

面與面之間設(shè)置摩擦接觸

摩擦系數(shù)
鋼-鋼	鋼-固化土	固化土-淤泥	鋼-淤泥
0.12	0.3	0.5	0.31

5.5結(jié)果分析

1） 固化層應(yīng)力分析結(jié)果

 

 

 

•                                                     整體應(yīng)力云圖

 

                                                            整體應(yīng)力云圖切面

                                                        固化層中軸線應(yīng)力曲線圖

 

                                                         固化層應(yīng)力云圖

                                                            整體位移云圖

                                                            固化層位移云圖

                                        固化層中軸線沉降曲線圖

2） 固化層下方淤泥應(yīng)力分布情況

 

                                                 淤泥層位移云圖橫向切面（1）

   

                                            淤泥層位移云圖縱向切面（2）

                                      淤泥層應(yīng)力云圖橫向切面（3）

 

                                                淤泥層應(yīng)力云圖縱向切面（4）

3） 地管應(yīng)力分析結(jié)果

最終結(jié)果按第四應(yīng)力強(qiáng)度;地管最大應(yīng)力小于90MPa，最大應(yīng)力發(fā)生在地管中心處。

 

 

                                         應(yīng)力云圖（1）

 

                                      應(yīng)力曲線圖X截面（2）

 

                                                     應(yīng)力曲線圖Y截面（3）

Q235屈服強(qiáng)度為235MPa，由上表可看出，最大應(yīng)力為88Mpa，不會(huì)對(duì)地管造成破壞。

 

                                                     位移云圖

最大位移為0.03m在可許范圍內(nèi)，位于地管中部附近。結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性可靠。

應(yīng)用實(shí)例：

     某煉化項(xiàng)目中，固化法在吊裝工程地基處理中得到了實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用，在吊裝前期吊車站位區(qū)域固化土層層換填，圈圍保養(yǎng)14天。4000噸履帶吊車平穩(wěn)順利吊裝2100噸設(shè)備。幾乎無(wú)沉降量，通過(guò)土壓力盒子檢測(cè)試驗(yàn)值與仿真值基本吻合；地管也無(wú)失穩(wěn)破壞；固化土無(wú)壓裂。

 

結(jié)論：

由以上計(jì)算可以看出，用固化法處理淤泥地質(zhì)作為吊裝場(chǎng)地是完全滿足安全性要求。

并且在當(dāng)下倡導(dǎo)環(huán)境保護(hù)，毛石價(jià)格越來(lái)越貴，而且限制開(kāi)采，固化法處理地基相比之下更加經(jīng)濟(jì)；固化法處理地基只是在原土層加入固化劑攪拌除水凝固，對(duì)周邊環(huán)境無(wú)污染，更加環(huán)保；固化法相對(duì)于打樁等更加方便。安全又經(jīng)濟(jì)環(huán)保的新工藝處理地基方法值得推廣。

計(jì)算機(jī)狀況：inter（R） Corei7-9750H  cpu @2.6GHz  2.59Ghz      6核12線程   

計(jì)算時(shí)間：12小時(shí)（12線程）

計(jì)算任務(wù)：應(yīng)力分析