夏 風，周作茂，劉 洋，王崇宇

(1.中國交通建設股份有限公司，北京 100027；2.湖南省交通規(guī)劃勘察設計院，長沙 410011；3.長沙理工大學，長沙 410076)

河湖地區(qū)軟土地基大面積堆載沉降試驗方案研究及結果分析

夏 風1，周作茂2，劉 洋3，王崇宇3

(1.中國交通建設股份有限公司，北京 100027；2.湖南省交通規(guī)劃勘察設計院，長沙 410011；3.長沙理工大學，長沙 410076)

結合岳陽城陵磯新港陸域堆場軟基處理工程，根據地基沉降分層總和法計算方法，采用地基附加應力等效原理，確定原地面大面積堆載沉降試驗方案。試驗結果表明，大面積堆載沉降試驗是一種較好的沉降試驗方法，通過分析預測出的不同地基處理方案的工后沉降量，進而優(yōu)化了軟土地基的處理方案，指導了陸域軟基處理的設計和施工。

港口工程；地基處理；沉降試驗；大面積堆載

岳陽城陵磯新港一期工程共有3個多用途3 000 t級泊位(兼顧5 000 t級船靠泊)，設計年吞吐量為27萬TEU、60萬t重件及一般件雜貨。碼頭陸域總占地約600畝，均處于防洪大堤后方，大部分為農田或菜地，其中堆場、港內道路等作業(yè)場地共約26萬m2，采用砼聯(lián)鎖塊鋪面地面結構。陸域的作業(yè)機械主要是龍門起重機和集卡運輸車，起重機軌道梁均為現澆砼彈性地基梁。

1 工程概況

根據岳陽港城陵磯港區(qū)(松陽湖)一期工程兩階段初步設計地質勘察報告[1]，陸域地基土層分布為：表土層下2～4 m厚(極個別局部厚達8.2 m)為軟塑-可塑粉質粘土，允許承載力達160 kPa，屬一般力學性能土質；再下為軟塑淤泥質粘土、軟塑淤泥質粉土夾粉細砂層，軟土厚約11m，局部區(qū)域達18 m，允許承載力僅65 kPa，其主要土層物理力學指標見表1。

表1 主要土層物理力學指標表Tab.1 Physical and mechanical indexes of main soil layers

陸域堆場地面結構允許有一定的沉降，按《公路軟土地基路堤設計與施工技術規(guī)范》[2]設計標準，要求工后容許沉降值不大于30 cm。為防止港區(qū)營運期場地發(fā)生過大的工后沉降，擬定使用水泥攪拌樁進行地基處理，但是，采用怎樣的水泥攪拌樁施工參數，既能滿足工后沉降量要求，又能達到地基處理經濟性的要求，需要進行試驗研究以確定。試驗方法擬采用現場大面積堆載沉降試驗，但是對于這種原地面進行的沉降試驗目前還沒有相關規(guī)范可參考，因此首先需要對試驗方案的設計進行探索。

2 沉降試驗原理

根據《建筑地基基礎設計規(guī)范》[3]，計算地基沉降時，地基內的應力分布，可采用各向同性均質線性變形體理論，其最終變形量可按下式計算。

圖1 相同均布荷載不同面積下的附加應力影響圖Fig.1 Additional stress effect with different loading areas under the same uniform load

由以上地基沉降計算公式可以看出，地基沉降的大小決定于地基土的荷載情況和土體性質，因此，針對某種土體性質(包括復合地基)的情況下，要想通過試驗得到預計荷載作用下的最終沉降量，其關鍵的決定因素是上部荷載所產生的地基附加應力是否與實際情況相符。

地基附加應力的大小除了受上部大小的影響之外，還有一個非常重要的因素就是加載面積的大小，如圖1所示，相同大小的均布荷載作用下，小面積堆載時其應力影響區(qū)域較淺，而大面積堆載方式則能使試驗結果更逼近實際情況的地基附加應力值。因此，在確定大面積堆載沉降試驗方案時，本文采用了附加應力影響面積等效法來確定堆載面積及加載大小。

3 大面積堆載沉降試驗

3.1試驗目的

對陸域堆場進行堆載沉降試驗，觀測及預測地表沉降量，結合數值計算分析方法，預測不同軟基處理方案的最終沉降量[6]，為實際工程設計、施工及堆場的使用提供依據，深入研究河湖地區(qū)軟土地基的沉降特性，為今后的類似工程積累經驗。大面積堆載沉降試驗分別考慮地基不作處理和攪拌樁處理的兩種情況，擬在試驗區(qū)進行以下2種地基處理方案：(1)地基不作處理；(2)攪拌樁間距1.5 m，地面以下樁長12 m，等邊三角形布置。

3.2試驗堆載方案選擇

現場大面積的堆載試驗，可采用以下兩種堆載沉降試驗方案：

(1)原地面堆載。通過在原地面施加大面積的荷載，使軟基中的附加應力值與工程實際使用下的相同。該法的優(yōu)點是不需要破壞地基或樁，缺點是需要施加較大的荷載。

(2)開挖后回填并堆載。通過對上層硬土進行一定深度的開挖后，在開挖坑內進行堆載，使軟基中的附加應力值與工程實際使用下的相同。該法優(yōu)點是堆載面積有所減小、施加的荷載量較小；缺點是破壞了硬土層和已經施工好的樁基礎，另外由于是先開挖(卸荷)后回填(加載)，開挖的過程中土體會產生回彈，對開挖后的地面進行沉降觀測需要對土體的回彈進行計算，并對最后沉降觀測的數據進行修正。

考慮到基礎的開挖回彈會直接影響到周圍土體的變形，同時還會破壞施工好的樁基礎，使試驗結果偏離實際情況。因此，為保證試驗數據的可靠性，擬采用原地面堆載方案進行試驗。

3.3試驗堆載方案設計

陸域使用荷載中，考慮集裝箱為分區(qū)堆載[4]，集裝箱堆高最高可達5層，箱角荷載較大但范圍較小，為此按大面積標準均布荷載60 kNm2，計算地面下15 m地基附加應力分布，計算得出不同深度的附加應力曲線，并綜合得出軟土區(qū)域(地面以下3～15 m范圍)附加應力面積為692.46(無量綱比較)。經過對軟土層應力影響面積等代的試算，并考慮荷載施加的可行性，得出幾組原地面堆載方案(表2)。

表2 原地面堆載方案比選表Tab.2 Scheme comparison of heaped load on original ground

比較③種堆載方案，綜合考慮堆載面積、堆載高度、堆載總重量、實施難易程度等方面，推薦采用方案2，即荷載面積為12 m×12 m，荷載大小為100 kPa，荷載總重為1 440 t。

3.4堆載試驗實施

考慮到荷載重量大、堆載材料可重復使用、試驗完后材料可用于工程中等方面因素，確定采用砂或砂卵石作為堆載材料。試驗采用四級分級加載，堆載試驗現場如圖2。由于采用大面積堆載沉降試驗其規(guī)模較大，現場試驗的工作也相對較復雜，因此，堆載沉降試驗的實施碰到一些問題：

圖2 堆載試驗現場Fig.2 Loading test field

(1)加載量的控制，在進行分級加載的過程中，如何控制不同試驗區(qū)的加載量相等，在本試驗的加載過程中，由于沒有建立較好的加載量控制措施，因此造成了不同試驗區(qū)荷載量的不一致；

(2)分級堆載沉降的穩(wěn)定標準，由于試驗的堆載量大，因此需要進行分級堆載，但是根據沉降監(jiān)測數據確定什么時候進行下一級加載，是一個值得研究的問題。本試驗在實施的過程中所依據的穩(wěn)定標準為5 d內的累計沉降小于2 mm，按照此標準在進行完試驗后，發(fā)現采用這個標準不影響堆載沉降試驗的數據。

但是，針對這種大面積堆載沉降試驗，其分級堆載沉降的穩(wěn)定標準尚需要進一步研究，以得到適合各種條件下的堆載沉降試驗，并為大面積堆載沉降試驗方法提供更詳細的實施方案。

4 試驗結果及分析

堆載試驗共進行了156 d，分別測得兩個場地的最終沉降量，并得到經過四級加載后的沉降量隨時間和荷載的曲線。地基不作處理堆載沉降曲線如圖3所示，其最終荷載加載量為1 320 t，累計沉降量為272.02 mm；12 m深水泥攪拌樁處理地基堆載沉降曲線如圖4所示，其最終荷載加載量為1 180 t，累計沉降量為196.8 mm[5]。

圖3 地基未作處理堆載沉降-荷載-時間關系曲線 圖4 水泥攪拌樁處理堆載沉降-荷載-時間關系曲線Fig.3 Relation curve of heaped load settlement, load and time Fig.4 Relation curve of heaped load settlement, load and time without foundation treatment after treatment of cement mixing pile

從曲線中可以看出，試驗場地的沉降已基本趨于穩(wěn)定，充分體現了不做處理的地基其可塑性較強，剛性不足的地質特點。但是，為了得到不同地基處理方案在使用荷載下的最終沉降量，將沉降觀測數據與數值分析相結合，首先對數值計算的相關參數進行了反分析，然后對工后的最終沉降量進行了預測，其分析結果如下：(1)地基未作處理情況的最終沉降量為359.7 mm，不滿足設計要求，所以陸域堆場地基需要進行處理。(2)采用12 m深水泥攪拌樁處理后的地基最終沉降量為240.4 mm，可滿足設計要求。

5 結語

本文依托岳陽城陵磯新港軟基處理工程，采用大面積堆載沉降試驗，研究不同地基處理方案的軟土地基沉降特性，為地基處理設計和施工提供了指導，并可以得出以下相關結論：

(1)采用大面積堆載沉降試驗能較好地預測出地基工后沉降量；通過地基附加應力等效的方法，計算得出大面積堆載沉降試驗的方案，是一種較好的現場堆載沉降試驗方案設計方法；

(2)現場堆載沉降試驗受到的外界影響條件較多，例如分級加載量的控制措施、各級加載條件下的沉降穩(wěn)定標準等，對這些問題需要進一步研究；

(3)試驗結果表明，在河湖地區(qū)軟土地基采用水泥攪拌樁進行地基處理是可行的，其處理方法和試驗成果，對類似工程設計和類似軟基的處理均有較大的指導意義和參考價值。

[1] 湖南省交通規(guī)劃勘察設計院.岳陽港城陵磯港區(qū)(松陽湖)一期工程初步設計地質勘察報告[R].長沙:湖南省交通規(guī)劃勘察設計院,2007.

[2] JGJ 017-96, 公路軟土地基路堤設計與施工技術規(guī)范[S].

[3] GB 50007-2011, 建筑地基基礎設計規(guī)范[S].

[4] JGJ144-1-2010, 港口工程荷載規(guī)范[S].

[5] 湖南省交通規(guī)劃勘察設計院,長沙理工大學,江西省路港工程有限公司.岳陽港城陵磯港區(qū)(松陽湖)一期工程軟基處理試驗研究報告[R].長沙:湖南省交通規(guī)劃勘察設計院,長沙理工大學,江西省路港工程有限公司,2007.

[6] 顧龍聲,王東博,馬希磊.真空-堆載聯(lián)合預壓加固軟土地基沉降計算改進法[J].水道港口,2016,37(3):311-315. GU L S,WANG D B,MA X L. An improved method for settlement calculation of soft soils consolidated by vacuum combined surcharge preloading[J].Journal of Waterway and Harbor,2016,37(3):311-315.

Scheme study and results analysis of large area heaped load settlement test on river and lake district soft foundation

XIAFeng1,ZHOUZuo-mao2,LIUYang3,WANGChong-yu3

(1.ChinaCommunicationsConstructionCompanyLtd.,Beijing100027,China;2.HunanProvincialCommunicationsPlanning,SurveyandDesignInstitute,Changsha410011,China;3.ChangshaUniversityofScience&Technology,Changsha410076,China)

Combined with the soft foundation treatment project of storage yard in Yueyang Chenglingji new port land area, the foundation settlement was calculated by layer-wise summation method, and the large area heaped load settlement test scheme on original ground was determined according to the additional stress in soil equivalence principle. Test results show that large area heaped load on original ground is a better method for settlement test. Through analyzing and forecasting the settlement amount after construction of different foundation treatment schemes, the soft foundation treatment method was optimized, which provided reference for the design and construction of soft foundation treatment.

harbor engineering; foundation treatment; settlement test; large area heaped load

夏風(1963-)，男，高級工程師，主要從事港口與航道工程建設技術及管理工作。

TU 472

：A

：1005-8443(2017)04-0412-04

2017-05-05；

：2017-06-13

Biography： XIA Feng(1963-) ,male, senior engineer.