冷春勇，季宏明

（1.中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518031；2.中交天津港灣工程研究院有限公司，港口巖土工程交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津市港口巖土工程技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300222）

1 引言

寧德核電廠位于福建省福鼎市山區(qū)，廠址地貌為丘陵地貌。核電廠的建設(shè)需要大面積的施工場(chǎng)地，鑒于廠址地貌的特點(diǎn)，造成施工場(chǎng)地嚴(yán)重不足，并嚴(yán)重影響到工程的整體進(jìn)程，為此，需在廠區(qū)的西部填海造陸47萬m2，盡早提供施工場(chǎng)地，以解決場(chǎng)地不足影響工程進(jìn)程的瓶頸問題。

填海造陸實(shí)質(zhì)就是堆載預(yù)壓加固工程，堆載過程中地基的穩(wěn)定與否是能否盡早提供場(chǎng)地的關(guān)鍵。由于在本地區(qū)無堆載預(yù)壓加固地基的經(jīng)驗(yàn)，在填海造陸區(qū)內(nèi)布設(shè)了一個(gè)50m×50m的堆載試驗(yàn)區(qū)，以驗(yàn)證原設(shè)計(jì)指標(biāo)，并取得適合本工程的堆載過程穩(wěn)定控制指標(biāo)，為指導(dǎo)后續(xù)大面積堆載的施工，保證堆載過程中地基的穩(wěn)定，盡早提供工程場(chǎng)地服務(wù)。

2 工程設(shè)計(jì)情況概述

試驗(yàn)區(qū)陸域形成采用回填開山石（土）方式，回填造陸交工標(biāo)高為+9.5m，設(shè)計(jì)提出的技術(shù)要求如下：

2.1 施工要求

（1）地基采用塑料排水板+堆載預(yù)壓加固方式。

（2）水平排水通道采用中粗砂，含泥量小于5%。

（3）塑料排水板采用C型板，正方形布置，間距1.0 m，深度以打穿淤泥層為準(zhǔn)。

（4）砂墊層表面鋪土工布1層，600 g/m2、150 kN/m；土工布上鋪土工格柵1層，150 kN/m。

（5）堆載分3層填筑，每層3.5m。

（6）加載間歇期：塑料排水板打設(shè)完成后間歇60 d施加第1級(jí)荷載；第1級(jí)加載完成后間歇60 d施加第2級(jí)荷載；第2級(jí)加載完成后間歇15 d施加第3級(jí)荷載。

（7）場(chǎng)地交工標(biāo)高+9.5m，承載力特征值不小于100 kPa，壓縮模量不小于6MPa。

2.2 監(jiān)測(cè)、檢測(cè)要求

（1）監(jiān)測(cè)儀器：孔隙水壓力儀、分層沉降、測(cè)斜儀、地表沉降盤。

（2）檢驗(yàn)：加固后取土及室內(nèi)試驗(yàn)、加固前后十字板試驗(yàn)。

（3）監(jiān)測(cè)頻率：堆載期每天觀測(cè)1次；間歇期第1周每2天觀測(cè)1次，之后每周觀測(cè)1次。

2.3 加載期穩(wěn)定控制指標(biāo)

（1）加載后第3天，地表最大沉降速率控制標(biāo)準(zhǔn)[Smax]＜30mm/d。

（2）最大水平位移速率控制標(biāo)準(zhǔn) [Mmax]＜10mm/d。

（3）超靜孔隙水壓力系數(shù)控制標(biāo)準(zhǔn) [Af]≤0.6。

3 工程地質(zhì)條件

試驗(yàn)區(qū)原始地面標(biāo)高+1.5m，鋪設(shè)砂墊層后的砂面標(biāo)高+3.0m。根據(jù)天津港灣工程質(zhì)量檢測(cè)中心加固前取土及室內(nèi)試驗(yàn)成果，地基土各土層物理力學(xué)指標(biāo)如表1。

表1 地基土各土層物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

由表1可知，地基加固處理范圍內(nèi)的原始地基土屬于低強(qiáng)度、高壓縮性的軟粘土，尤其是表層2m范圍內(nèi)，地基原始十字板強(qiáng)度為6.3～10.6 kPa，給堆載預(yù)壓盡快完成、盡早提供施工場(chǎng)地帶來極大困難。

4 堆載預(yù)壓試驗(yàn)區(qū)監(jiān)測(cè)、檢測(cè)方案

根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)要求及堆載預(yù)壓試驗(yàn)區(qū)的試驗(yàn)?zāi)康拇_定試驗(yàn)區(qū)監(jiān)測(cè)、檢測(cè)方案如下：

（1）監(jiān)測(cè)方案

①埋設(shè)孔隙水壓力1孔，根據(jù)各級(jí)加載孔隙水壓力觀測(cè)結(jié)果，探索適合本場(chǎng)地的不同土層的孔隙水壓力系數(shù)。

②埋設(shè)地表沉降盤5塊，根據(jù)各級(jí)加載地表沉降觀測(cè)結(jié)果，確定適合本場(chǎng)地的各級(jí)加載沉降速率控制指標(biāo)。

③埋設(shè)深層側(cè)向位移1孔，確定適合本場(chǎng)地的加載過程位移速率控制指標(biāo)。

④埋設(shè)深層分層沉降1孔，掌握地基沉降沿著原始地基深度的變化情況，判斷排水板打設(shè)深度是否合理。

（2）檢測(cè)方案

①加固前后原狀取土孔各布置1孔，通過加固前后物理、力學(xué)指標(biāo)對(duì)比，判斷地基加固效果。

②加固前后十字板試驗(yàn)孔各布置1孔，根據(jù)加固前后的強(qiáng)度指標(biāo)對(duì)比，再結(jié)合監(jiān)測(cè)成果，確定各土層的強(qiáng)度增長參數(shù)。

③進(jìn)行加固后載荷板試驗(yàn)，確定場(chǎng)地承載力特征值及壓縮模量，判斷場(chǎng)地是否滿足要求。

根據(jù)上述方案布置監(jiān)測(cè)、檢測(cè)項(xiàng)目如圖1、圖2。

圖1 試驗(yàn)區(qū)監(jiān)測(cè)、檢測(cè)平面布置圖

圖2 監(jiān)測(cè)儀器斷面布置圖

5 試驗(yàn)區(qū)堆載過程控制及加固效果評(píng)價(jià)

5.1 堆載預(yù)壓過程控制

5.1.1 分級(jí)加載厚度、間歇期控制

試驗(yàn)區(qū)加載過程如表2及圖3。

由試驗(yàn)區(qū)地質(zhì)情況可知，原始地基強(qiáng)度極低，按照設(shè)計(jì)采用的3級(jí)加載，每級(jí)加載厚度3.5m方案實(shí)施較為困難，經(jīng)監(jiān)測(cè)儀器對(duì)加載過程動(dòng)態(tài)控制，確定最終合理的加載分級(jí)為6級(jí)，每級(jí)加載厚度1.5～2.0m，各級(jí)加載的間歇期為40～45 d，總加固期190 d。

圖3 試驗(yàn)區(qū)堆載P-t曲線

表2 試驗(yàn)區(qū)各級(jí)加載情況一覽表

5.1.2 地表沉降速率控制

試驗(yàn)區(qū)6級(jí)加載，加載期沉降速率結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表3。

表3 試驗(yàn)區(qū)各級(jí)加載沉降速率統(tǒng)計(jì)表

由表3，各級(jí)加載完成后，第1天的沉降速率為26～84mm/d，第3天的沉降速率為12～22mm/d，隨著時(shí)間的增長，地表沉降速率均出現(xiàn)明顯的收斂，加載過程中，原始地基是穩(wěn)定的。

5.1.3 孔隙水壓力系數(shù)

在堆載預(yù)壓工程中，超靜水壓力增量的累計(jì)值/累計(jì)荷重的比值具有相對(duì)恒定的特點(diǎn)，因此在堆載預(yù)壓加固工程中，常將該值，即超靜孔隙水壓力系數(shù)作為保證加載過程地基穩(wěn)定、控制加載速率的重要指標(biāo)。

從第1級(jí)加載開始作為荷載的0點(diǎn)，整理累計(jì)荷載P和累計(jì)孔隙水壓力增量∑Δu的關(guān)系曲線如圖4。

由圖4，對(duì)不同性質(zhì)的土層的孔隙水壓力系數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，+1.5～-10.5m范圍淤泥層的孔隙水壓力系數(shù)為0.768 8～0.807 2，平均為0.79；-10.5～-15.5m范圍淤泥質(zhì)土的孔隙水壓力系數(shù)為0.611 6～0.793 3，平均為0.70。

圖4 荷載-孔壓累計(jì)增量關(guān)系曲線

5.1.4 位移速率控制

位移速率也是控制堆載預(yù)壓加載速率的重要指標(biāo)。根據(jù)深層水平位移觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表4。

表4 深層水平位移觀測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

表4中，在第2級(jí)加載時(shí)，最大位移量相對(duì)第1級(jí)變小，是由于第1級(jí)荷載加完后，在側(cè)向位移的外側(cè)進(jìn)行拋砂作業(yè)，使水平位移產(chǎn)生了位移總量的內(nèi)移造成的。

各級(jí)加載位移速率最大值為14.1～128.4mm/d，位移速率很大，但根據(jù)其他監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，如沉降、孔壓等來看，地基處于正常加固狀態(tài)，故判定其沒有發(fā)生剪切破壞。鑒于試驗(yàn)區(qū)深層水平位移觀測(cè)結(jié)果，位移速率作為大面積加載時(shí)控制加載速率的控制指標(biāo)，可以適當(dāng)放寬，即：1～4級(jí)加載位移速率的最大值可以調(diào)整為 [Mmax]＜30mm/d；5級(jí)及其以上加載按 [Mmax]＜15mm/d控制。

5.2 堆載預(yù)壓加固效果評(píng)價(jià)

5.2.1 地基沉降

（1）地表沉降

根據(jù)試驗(yàn)區(qū)地表沉降的觀測(cè)結(jié)果，繪制加載厚度-沉降-時(shí)間關(guān)系曲線如圖5。

圖5 加載厚度-沉降-時(shí)間關(guān)系曲線

由觀測(cè)結(jié)果，試驗(yàn)區(qū)經(jīng)堆載預(yù)壓加固，地表沉降為2 002～2 645mm，平均沉降2 469mm，消除地基沉降明顯；由沉降曲線，推算地基土的固結(jié)度為81.2%～91.6%，平均固結(jié)度為86.2%，消除了地基的大部分沉降量。根據(jù)試驗(yàn)區(qū)地質(zhì)情況，-15.5m高程以上淤泥及淤泥質(zhì)土厚度17m，地基土的壓縮率為14.52%。

（2）分層沉降

試驗(yàn)區(qū)深層分層沉降結(jié)果如圖6。

圖6 試驗(yàn)區(qū)分層沉降-深度關(guān)系曲線

由圖6，地基200.2 cm的總沉降量中，排水板區(qū)壓縮量為183.7 cm，排水板以下沉降量為16.5 cm，排水板區(qū)的加固效果良好，排水板以下還有一定的沉降量，但其總量?jī)H占實(shí)測(cè)總壓縮量的8.2%。

5.2.2 檢驗(yàn)

（1）物理力學(xué)指標(biāo)改善

試驗(yàn)區(qū)加固前后的取土室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比如表5。

表5 加固前后物理力學(xué)指標(biāo)對(duì)比表

由表5，經(jīng)加固前后物理力學(xué)指標(biāo)對(duì)比可知，經(jīng)過地基加固，地基土的含水量、孔隙比、壓縮系數(shù)明顯降低，重度、壓縮模量、快剪的粘聚力和內(nèi)摩擦角明顯增加，加固效果顯著。根據(jù)地基土強(qiáng)度增長情況，估算地基土+1.5～-10.5m淤泥層固結(jié)快剪摩擦角為10°，-10.5～-15.5m淤泥質(zhì)土層的固結(jié)快剪摩擦角為9.8°。

（2）地基承載力

為檢驗(yàn)加固后地基承載力，于區(qū)內(nèi)進(jìn)行了承載力試驗(yàn)，板寬2m。經(jīng)檢驗(yàn)，試驗(yàn)區(qū)地基承載力特征值f ak=140.3 kPa，壓縮模量E0=11.6MPa，滿足設(shè)計(jì)要求（f ak≥100 kPa，E0≥6MPa）。試驗(yàn)結(jié)果如圖7。

圖7 試驗(yàn)區(qū)載荷板試驗(yàn)P-S關(guān)系曲線

6 大面積施工區(qū)堆載地基穩(wěn)定理論計(jì)算

由于試驗(yàn)區(qū)地質(zhì)條件的局限性，按照大面積堆載預(yù)壓加固區(qū)的物理力學(xué)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，進(jìn)行了大面積施工區(qū)堆載地基的穩(wěn)定理論計(jì)算。計(jì)算中的有關(guān)參數(shù)借鑒試驗(yàn)區(qū)相關(guān)參數(shù)，并考慮地基在堆載過程中的強(qiáng)度增長。

地基穩(wěn)定計(jì)算采用四種工況，略去先期加載的穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果，現(xiàn)將其最后一級(jí)加載的穩(wěn)定分析計(jì)算繪于圖8。

圓弧滑動(dòng)穩(wěn)定計(jì)算的安全系數(shù)按照《港口工程地基規(guī)范》（JTJ250—98）5.4.1節(jié)確定，在采用十字板抗剪強(qiáng)度指標(biāo)時(shí)，系數(shù)取1.1～1.3。按照安全系數(shù)取1.1的最低值計(jì)，經(jīng)過計(jì)算，為確保后續(xù)大面積加載時(shí)的邊坡穩(wěn)定，各加載級(jí)間至少應(yīng)留3m鎮(zhèn)壓平臺(tái)，以確保加載過程地基穩(wěn)定。

圖8 4種工況最后一級(jí)加載的穩(wěn)定計(jì)算分析

7 結(jié)論

試驗(yàn)區(qū)加固后地基滿足設(shè)計(jì)要求。

根據(jù)試驗(yàn)區(qū)監(jiān)測(cè)、檢測(cè)成果及加載過程中穩(wěn)定理論計(jì)算結(jié)果，對(duì)大面積堆載預(yù)壓施工控制可以進(jìn)行必要的調(diào)整，具體如下：

（1）塑料排水板打設(shè)完畢后的間歇期維持60 d不變，加載過程的各級(jí)加載間歇期不小于40 d。

（2）各級(jí)加載級(jí)間留出不小于3m的反壓平臺(tái)。

（3）各加荷級(jí)厚度取1～2m，考慮到原始地基表層土強(qiáng)度較低，第1級(jí)加載取小值。

（4）加載過程中的穩(wěn)定控制指標(biāo)，除沉降速率的控制指標(biāo)外，其余兩項(xiàng)指標(biāo)可適當(dāng)放寬：孔隙水壓力系數(shù)在淤泥土層取0.79，在淤泥下部的淤泥質(zhì)土層取0.70；在前4級(jí)加載中，位移速率可適當(dāng)放寬至 [Mmax]＜30mm/d，5級(jí)以上加載的位移速率可放寬至 [Mmax]＜15mm/d。

[1] 《地基處理手冊(cè)》編委會(huì).地基處理手冊(cè)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1988.

[2] 孔德金，苗中海.軟粘土抗剪強(qiáng)度增長規(guī)律[J].巖土工程學(xué)報(bào)，1999，21（6）：757-759.

[3] 錢家歡，殷宗澤.土工原理與計(jì)算（第二版）[M].北京：中國水利水電出版社，1996.

[4] JGJ79-2002.建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[5] JTJ250-98.港口工程地基規(guī)范[S].