全球最大吊车4000吨履带吊淤泥固化处理站位区域安全性探究

     中国石化镇海炼化公司因扩建,需要吊装重量达2100吨炼化塔。XGC88000型4000吨履带吊为全球最大履带吊,吊车站需承担吊车加炼化塔总重量达7900吨,(吊车自重5800吨)。吊车站位区域地质为淤泥,风险很大。吊装界从未使用过固化土处理淤泥地质,有断裂风险。

      中国石化创造性第一次利用淤泥固化法处理地基。本人作为技术负责人,进行了仿真分析,得到结果可行,通过上报公司,专家评审通过。实践证明淤泥固化法可以在吊装施工行业应用。

      吊装行业对地基有以下特点:

       1、不均匀沉降危害巨大而敏感,

       2、缺少规范性参考材料、理论、试验研究;

       3、地基处理相对较浅,一般3米以下;

       4、吊车重心随吊车回转而变化,对地基强度要求高


淤泥固化法地基处理在大型设备吊装工程中的

安全性探究

 

摘要:主要针对沿海淤泥地质、湖泊沼泽等软弱场地,属于IV类建筑场地,从大件设备吊装的安全性分析吊车吊装站位区域的地基承载力。利用固化法处理软弱地基。

关键词:固化法、地基处理、吊车占位、有限元

1、原地质情况

以镇海炼化项目POX装置4000吨履带吊车吊装变换器吸收塔所站位原场地原为池塘、泥浆区、芦苇区及高填土区,现已进行场地整平,并经过真空覆水联合预压处理,场区交通便利,地形较为平坦开阔,地貌类型属于滨海淤积平原,

序号

装置名称

名称

黏聚力Ck
 
(KPa)

内摩擦角φk
 
(°)

地基承载力特征值(KPa)

1

POX

素填土

18.1

12

65

2

淤泥质粉质粘土

13.7

10.7

68


2、吊装工艺

变换器吸收塔裸重890吨,预计附塔管线以及劳动保护的重量为300吨,吊装重量为1190吨,采用单主机抬吊递送法的吊装工艺进行吊装,主起重机为XGC88000型4000吨级履带式起重机,溜尾起重机为徐工QUY650型650吨级履带式起重机。

3、XGC88000型4000吨履带吊车吊装站位处理承载力计算

吊装变换气吸收塔时,4000t吊车在单侧履带下铺设双层路基箱,路基箱铺设方法如下:

下层:单侧16块路基箱,规格为7×2.5m、10.8t/块;

上层:单侧7块路基箱,规格为8×2.8m、14.5t/块。

01.png

相关计算如下:

吊装时传递到垫层下底面的压力PZ+Pcz计算如下:

吊车自重(含548.6t路基箱)(t)

4374.6

接地面积(m)

560



设备自重(t)

1432

系数

1.2



累计重量(t)

5806.6

对地压力(t/m2

12.44271429



序号

名称

符号

公式

数值

单位

1

极限承载力 



    db 


410.5445

Kpa

2

安全系数



2


3

极限承载力许用值



205.2723

Kpa

4

基底下一倍宽度深度范围内土的黏聚力



13.7

KPa

5

内摩擦角



10.7

°

6

基础底面以下土的重度



18

KN/m3

7

基础地面以上土的重度



18

KN/m3

8

承载力系数



8.665


9

承载力系数



2.638


10

承载力系数



1.374


11

垫层深度

d


2.5

 m

12

基础底面宽度

 b


14

 m

13

基础底面长度



20

m

 

根据土的极限承载力公式(《工程地质手册第五版》式4-5-6),原土的极限承载力值计算如下。

吊车自重(含548.6t路基箱)(t)

4374.6

接地面积(m)

560



设备自重(t)

1432

系数

1.2



累计重量(t)

5806.6

对地压力(t/m2

12.44271429



序号

名称

符号

公式

数值

单位

1

垫层底面处附加压力


90.68997

KPa


2

基础底附加压力



124.4271

KPa

3

基础底面处土的自重



0

KPa

4

基础宽度

b


14

m

5

基础长度



21

m

6

垫层深度

z


2.5

m

7

垫层扩散角

φ


30

°

8

基础地面土自重压力

Pcz


45

KPa

9

土的容重

γ


18

KN/m3

10

软弱下卧层顶面处所受压力


PzPcz

135.69

KPa

其中承载力系数根据《工程地质手册第五版》表4-5-2,经插值得出,具体如下表:

 

 

02.png

 

 

根据以上计算可知:



PzPcz=135.69KPa<    =205.27KPa


故采用淤泥固化技术进行地基加固处理,当处理深度2.5m时满足4000t吊车作业要求。

4、处理流程

本次施工基本方式为异位固化分层回填压实,具体流程如下:

03.png

图5-1施工工艺流程图

5、本校核中采用ABAQUS建模。模型尺寸如下:

模型数据








淤泥m

固化层m

上层路基箱m

下层路基箱m

履带m

地管

50

30

19.6

20

19.5

40

40

20

2.8

2.5

2

2.2(外径)

10

2.5

0.3

0.3

0.1

0.0175(厚)

04.jpg

模型装配图

5.1网格划分

.网格类型:C3D8R八节点四面体单元

05.png


                    对淤泥圆孔周围切分细化为辐射型网格连续性过渡;

 

06.png

5.2材料属性:(基于摩尔-库伦弹塑性原理)

材料属性








淤泥m

换填层m

上层路基箱m

下层路基箱m

履带m

地管

密度(kg/m^3)

1800

1900

7800

7800

7800

7800

弹性模量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

内摩擦角°

4.2

15





剪涨角°

0.1

0.1





粘聚力pa

24100

40000





屈服应力



4.00E+08

4.00E+08

4.00E+08

4.00E+08

5.3约束方式:

根据实际工况,仅对淤泥底部约束Y轴向位移。

5.4接触方式:

面与面之间设置摩擦接触

摩擦系数




钢-钢

钢-固化土

固化土-淤泥

钢-淤泥

0.12

0.3

0.5

0.31

5.5结果分析

1) 固化层应力分析结果

 

07.png

 


 

  •                                                     整体应力云图

 

08.png

                                                            整体应力云图切面

09.png


                                                        固化层中轴线应力曲线图

 

10.png

                                                         固化层应力云图

11.png


                                                            整体位移云图

12.png


                                                            固化层位移云图

13.png


                                        固化层中轴线沉降曲线图

2) 固化层下方淤泥应力分布情况

 

14.png

                                                 淤泥层位移云图横向切面(1)

   

15.png

                                            淤泥层位移云图纵向切面(2)

16.png


                                      淤泥层应力云图横向切面(3)

 

17.png

                                                淤泥层应力云图纵向切面(4)

3) 地管应力分析结果
18.png

最终结果按第四应力强度;地管最大应力小于90MPa,最大应力发生在地管中心处。

 

 

19.png

                                         应力云图(1)

 

20.png


                                      应力曲线图X截面(2)

 

21.png

                                                     应力曲线图Y截面(3)

Q235屈服强度为235MPa,由上表可看出,最大应力为88Mpa,不会对地管造成破坏。

 

22.png

                                                     位移云图

23.png


最大位移为0.03m在可许范围内,位于地管中部附近。结构整体稳定性可靠。

应用实例:

  镇海炼化项目中,固化法在吊装工程地基处理中得到了实验和应用,在吊装前期吊车站位区域固化土层层换填,圈围保养14天。4000吨履带吊车平稳顺利吊装2100吨设备。几乎无沉降量。

 

结论:

由以上计算可以看出,用固化法处理淤泥地质作为吊装场地是完全满足安全性要求。

并且在当下倡导环境保护,毛石价格越来越贵,而且限制开采,固化法处理地基相比之下更加经济;固化法处理地基只是在原土层加入固化剂搅拌除水凝固,对周边环境无污染,更加环保;固化法相对于打桩等更加方便。安全又经济环保的新工艺处理地基方法值得推广。