華衛(wèi)君，李高山

（浙江省工程勘察院，浙江 寧波 315012）

0 引言

中石化某煉化公司位于杭州灣南岸的濱海淤積平原上，頻臨東海之濱，場(chǎng)地淺部地基土以海相沉積的淤泥質(zhì)土為主，物理力學(xué)性質(zhì)差，抗剪強(qiáng)度低，壓縮性高，承載力小，淺基礎(chǔ)天然地基難以滿足大中型油罐的設(shè)計(jì)要求，必須進(jìn)行地基加固處理。

在一期工程中，該公司首先采用了砂井堆載預(yù)壓法（油罐充水預(yù)壓）處理10 000 m3油罐地基，取得了良好的技術(shù)效果和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，并成為一項(xiàng)成功的范例在國(guó)內(nèi)其它地區(qū)加以推廣應(yīng)用。但砂井排水固結(jié)法存在施工周期長(zhǎng)、沉降變形大、穩(wěn)定慢、容易發(fā)生不均勻沉降等缺點(diǎn)，所以在寧波鎮(zhèn)海地區(qū)未能得到進(jìn)一步的推廣和應(yīng)用。

在之后的油罐地基處理中，多數(shù)采用了打入預(yù)制方樁基礎(chǔ)，不僅大大縮短了施工周期，而且基礎(chǔ)沉降量也大為減小，唯一的不足之處是造價(jià)比較高。

為此，該公司引進(jìn)了一種技術(shù)可靠，施工速度快，又經(jīng)濟(jì)合理的預(yù)應(yīng)力薄壁管樁新工藝，并以5 000 m3廢堿液罐為對(duì)象進(jìn)行了一系列的試驗(yàn)和研究。

1 工程概況

新建的5 000 m3罐體為鋼質(zhì)立式圓筒形拱頂罐，罐體直徑為23.652 m，罐壁高度為12.5 m，采用鋼筋混凝土承臺(tái)板加樁基礎(chǔ)，樁型為預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁管樁，樁徑為φ400 mm，樁長(zhǎng)為18.5 m（由8.5m和10.0m二節(jié)樁電焊焊接而成），設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高為3.15 m，共布置76根樁。

選擇3-1層中密狀粉砂作為樁端持力層，樁基承臺(tái)板厚為500 mm，承臺(tái)的直徑為24.102 m，環(huán)墻的高度為1 000mm，環(huán)墻內(nèi)充填中粗砂和碎石。當(dāng)充水滿載時(shí)，承臺(tái)板下的基底壓力約為136 kPa。

2 地基土工程地質(zhì)特征

工程場(chǎng)地系由海涂地圍墾造陸而形成，為典型的海相軟土地基，根據(jù)勘察資料顯示，42m以下淺土體共可劃分為12個(gè)工程地質(zhì)層，各土層的巖性特征及其物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見表1[1]。

表1 地基土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)一覽表Table1 Physicalmechanicalproperties index of the foundation soil

3 樁基壓縮層影響深度試驗(yàn)

3.1 孔隙水壓力計(jì)的布設(shè)

關(guān)于地基壓縮層深度問題，在工程學(xué)術(shù)界中爭(zhēng)論比較大[2-5]，尤其對(duì)于剛度較好的大型油罐樁基礎(chǔ)地基，其壓縮層的深度業(yè)內(nèi)還未形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，為此本課題分別在罐中心和罐周邊樁端以下的地基土中埋設(shè)了鋼弦式孔隙水壓力計(jì)以便對(duì)地基孔隙水壓力進(jìn)行測(cè)試，其平面位置見圖1。

圖1 孔隙水壓力計(jì)埋設(shè)平面位置圖（單位：mm）Fig.1 Laying location of the porewater pressure gauge（mm）

3.2 孔隙水壓力計(jì)的測(cè)試與分析

為減小錘擊沉樁擠土效應(yīng)產(chǎn)生的超孔隙水壓力對(duì)測(cè)試的影響，在樁基施工結(jié)束約15 d后進(jìn)行孔隙水壓力的埋設(shè)，其埋置豎向分布圖見表2。

表2 孔隙水壓力計(jì)埋置深度表Table 2 Laying depth of the porewater pressuregauge

根據(jù)基礎(chǔ)施工、罐體施工以及充水試驗(yàn)和放水階段等不同時(shí)期、不同荷載條件、不同位置以及不同埋置深度處的各孔隙水壓力計(jì)所實(shí)測(cè)的孔隙水壓力值繪制相關(guān)曲線，詳見圖3、圖4、圖5。

圖3顯示，在天然條件下，罐體下部地基土孔隙水壓力隨深度的增加而增大，呈現(xiàn)出明顯的線性增長(zhǎng)趨勢(shì)，這與地基土自重壓力隨深度增長(zhǎng)曲線的線型是基本一致的。

圖3 罐基施工前孔隙水壓力隨深度變化曲線圖Fig.3 Changing curvesof the porewater pressurew ith depth before tank construction

圖4 充水試驗(yàn)階段孔隙水壓力隨深度變化曲線Fig.4 Changing curvesof the porewater pressurew ith depth in water filling teststage

圖5 充水試驗(yàn)階段孔隙水壓力隨時(shí)間變化曲線Fig.5 Changing curvesof the porewater pressurew ith time in water filling teststage

圖4 、圖5為試驗(yàn)罐體充水試驗(yàn)階段地基土中孔隙水壓力隨深度和時(shí)間的變化曲線。從圖4中可以看到，隨著充水高度的增加，地基中附加應(yīng)力逐漸增大，孔隙水壓力也隨之逐漸升高，但其提高幅度卻隨深度的增加而減少，增幅當(dāng)充水停止或放水卸荷時(shí)，孔隙水壓力則逐漸消散。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，埋設(shè)深度最淺的6166號(hào)和6204號(hào)二支孔隙水壓力計(jì)，其數(shù)值變化不明顯，整個(gè)監(jiān)測(cè)階段，最大變化幅度僅為1.9%，這是因?yàn)檫@二支孔壓計(jì)距上部砂層（③2層）較近，僅為0.6 m，滲透性好，排水途徑短，而且④1a層粉粒含量也較高，滲透性較下部幾層黏性土層要大，排水條件相對(duì)也較好，孔隙水壓力易于消散，因此在注水引起附加應(yīng)力的作用下，其變化幅度較小。而注水過程中深度H=28～34m孔隙水壓力增幅呈逐步降低趨勢(shì)，由H=28 m處的6.1%降至H=37 m處的0.7%，從增量看，孔隙水壓力數(shù)值由H=28 m處的16.8 kPa降至H=37 m處的2.4 kPa。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明在H=37m（即樁端下18.5m）處，由樁端附加應(yīng)力引起的孔隙水壓力的增量已基本可忽略不計(jì)。根據(jù)土體有效應(yīng)力原理，土體主固結(jié)沉降主要是孔隙水壓力的消散引起有效應(yīng)力的增加，附加應(yīng)力由土體有效應(yīng)力和超靜孔隙水壓力承擔(dān)，即有效應(yīng)力與超靜孔隙水壓力呈同步增長(zhǎng)趨勢(shì)。由此土體沉降主要是樁端下18.5m范圍內(nèi)黏性土的主固結(jié)沉降，大于樁端下18.5 m深度的黏性土由于孔隙水壓力增幅極小，表明注水過程中土體受到的附加壓力的影響亦不明顯，因此，在沉降計(jì)算過程中，樁端下約18m深度下的土體變形可忽略不計(jì)。在此條件下，壓縮層沉降計(jì)算厚度相當(dāng)于油罐圓形基礎(chǔ)直徑的0.75倍。

圖5表明，罐中心的實(shí)測(cè)孔隙水壓力增量要比罐周邊大，同時(shí)罐中心37m深度處的孔隙水壓力增量很?。?.4 kPa），僅占28 m深度處孔隙水壓力增量的14%。因此，37 m以下土體所受的附加應(yīng)力很小，這也說明在沉降計(jì)算時(shí)，該深度以下的土體變形可以忽略不計(jì)。

圖6為充水滿載時(shí)孔隙水壓力增量隨深度變化曲線圖，可見，在試驗(yàn)罐體滿載條件下，除深度24m處的測(cè)點(diǎn)因孔隙水壓力消散快而變化不明顯外，其余各測(cè)點(diǎn)的變化規(guī)律性均較強(qiáng)，即孔隙水壓力的增量隨深度的增加而減少。依據(jù)土力學(xué)理論，地基土在上部結(jié)構(gòu)荷載作用下，土中附加應(yīng)力也是隨深度的增加而遞減的，這與本次孔隙水壓力計(jì)的實(shí)測(cè)結(jié)果基本吻合。

4 結(jié)語(yǔ)

孔隙水壓力計(jì)的實(shí)測(cè)資料分析表明：

1）在天然條件下，地基土中的孔隙水壓力隨深度的增加而增大。

2）在上部結(jié)構(gòu)的附加壓力作用下，地基中的孔隙水壓力增量隨深度的增加而減少，且其變化曲線在深度（自樁端算起）0.75B（B為基礎(chǔ)寬度）處就基本收斂了，由此樁基沉降計(jì)算深度可選擇在0.75B范圍之內(nèi)。

圖6 充水滿載時(shí)孔隙水壓力增量隨深度變化曲線Fig.6 Changing curvesof the increment in porewater pressurew ith depth in fullwater stage

[1] 華衛(wèi)君.鎮(zhèn)海石油化工總廠5 000m3廢堿液罐地基處理試驗(yàn)研究報(bào)告[R].寧波：浙江省工程勘察院，1994.HUAWei-jun.Test report on 5 000 m3waste lye tank foundation treatmentof Zhenhai Petrochemical Complex[R].Ningbo:Zhejiang Engineering Investigation Institute,1994.

[2]JE波勒斯.基礎(chǔ)工程分析與設(shè)計(jì)[M].唐念慈，譯.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1987.POULOS JE.Analysis and design of foundation engineering[M].TANGNian-ci,translation.Beijing:China Architecture&Building Press,1987.

[3]李廣信.靜孔隙水壓力與超靜孔隙水壓力——兼與陳愈炯先生探討[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2012，34（5）：957-960.LIGuang-xin.Static pore water pressure and excess pore water pressure:A discussion with Mr.CHEN Yu-jiong[J].Chinese JournalofGeotechnicalEngineering,2012,34(5):957-960.

[4] 唐世棟，何連生，傅縱.軟土地基中單樁施工引起的超靜孔隙水壓力[J].巖土力學(xué)，2002，23（6）：725-729，732.TANG Shi-dong,HE Lian-sheng,FU Zong.Excess pore water pressure caused by an installing pile in soft foundation[J].Rock and SoilMechanics,2002,23(6):725-729，732.

[5]孟錦偉.軟土中樁基施工引起的超孔隙水壓力[J].科技資訊，2007（10）：218.MENG Jin-wei.Excess pore water pressure in pile foundation construction ofsoftsoil[J].Science&Technology Information,2007(10):218.