堆载预压软基处理工程效果分析

堆载预压软基处理工程效果分析

潘伟强

福建漳州古雷石化码头有限公司

摘要：自2010年，古雷经济开发区确认为我国规划建设的台湾石化产业园区，但该地区多数由填海造地形成，地基处理工作复杂。本文章通过工程实例，结合理论知识，对堆载预压软基处理的工程效果进行了分析和探讨。

关键词：预处理；工程效果；堆载预压

引言

我国东南沿海的古雷石化基地的开发建设已经上升到国家发展战略层面，但是该区域化工储罐多数位于填海造地工程内，在开发建设过程中，遇到的一个普遍性难题便是软基处理问题。该古雷港填海造地区域的表层为吹填砂，其下面分布的软弱土层为淤泥质土流塑状态，承载力相对较低，通过堆载预压方法处理场地，使得地基承载力得到明显提高，同时也缩短了场地填高的施工进度，节省工期、成本。本文通过分析古雷石化码头后方罐区及管线工程罐区场地的堆载预压处理，研究该处理方法的工程效果。

一、工程概况

由于本工程位于已建的填海造地工程内现状标高为2.16~2.71m，西侧边界为填海造地工程钢板桩维护结构，四周采用袋装砂被围堰堤做为挡堰结构。为加快本工程整体实施进度，尽快形成流水施工工作面，另，本工程采用分隔围堰形式将场地，分隔成“”型，并通过预留缺口形成塑料排水板打设与堆载预压流水施工，此布置方式也有利于提高施工效率、节省工期，适应地区快速发展的要求。增加吹填流程，可减少流失率。

二、工程地质资料

根据钻孔资料和现场勘察分析，该场地埋深23.40m深度范围内，地基分布集中为以下4层。土层分布情况见表1。

①为吹填砂层，结构松散，厚度5～6.7m；

②为灰黄色粉细砂、淤泥混砂，砂土均匀性差，强度较低，厚度3.2～4.5m；

③为灰色淤泥质土，大孔隙，高压缩性，高含水量，厚度1.2～6.35m

④为灰黄色粉质黏土，中等压缩性，力学性质较好，厚度7.1～9.2m.

三、堆载预压设计方案

1、堆载预压法的机理

堆载预压法的机理是通过加载预压，是土体中的空隙水排出，减少基地后期沉降和地基土固结提高地基承载力。在吹填砂填筑后，软弱土层受到上部荷载作用下，附加应力在地基中的塑料排水板或砂井等竖向排水体上均匀分布。堆载预压是通过附加荷载的基础上增加土体总压力，使土体的总应力增加，并在土体空隙中形成正的超孔隙水应力，在一段时间后，正的超孔隙水压力通过扩散形式逐渐消散，过程中有效应力不断增加，地基土得以加固，产生垂直变形，在逐渐固结过程中，地基发生沉降，加速地基土抗剪强度的增长，同时地基承载力也得到提高。因堆载预压对地基的天然抗剪强度有一定要求，所以在堆载预压过程中必须控制加荷速率，以保证地基的稳定性。

堆载预压法在古雷填海造地工程地区内是处理软土性能的一种较佳方法，一般需90d-110d左右的预压荷载时间，经地基处理后，地基工后沉降控制量在30cm以内，可满足化工储罐以及管线带等对地基预处理的要求。

2、堆载预压排水固结设计方案

（1）垫层——采用复合表层处理法，在清表后，铺设80cm厚中粗砂。砂干密度应大于16kN/m3，含泥量小于5%，渗透系数应大于5×10-3cm/s。

它能充分发挥砂垫层的应力分散作用，形成水平的排水面，加速地基的排水固结，提高吹填土下浅基础的地基承载力。

（2）排水布置——采用水平排水层和竖直排水体组成的立体排水系统，可有效的排出待加固软弱土层中的空隙水和空气。

1）竖直排水体

打设C型塑料排水板作为垂直排水通道，排水板呈正方形布置，排水板间距为1000mm。

2）塑料排水板打设要求

本工程塑料排水板打设深度根据加固软土层厚度分区确定，根据钻孔及地勘资料分析为9.1-20.3m分区施打。排水板打设施要求穿透天然粉质黏土等硬土层且不小于1.0m，打设合格后再板周围形成的孔洞用砂垫层砂料填满，并将塑料排水板班头置于砂垫层中。

3）水平排水层

在垫层内设置排水盲沟，于排水盲沟交叉节点上布置集水井过形成水平向排水通道。盲沟按50x50m网格布置，开挖深度为1m，采用30~50mm粒径的碎石且含泥量小于3%，用200g/㎡编织土工布包裹，土工布的搭接长度不小于200mm。集水井埋设底标高低于排水盲沟底标高20~30cm。

4）抽水系统——采用自控式抽排方式。

将砂垫层中内的空隙水从集水井中抽排出来，使其地基上层孔隙水压力迅速降低，通过压力传递平衡，使地基进一步加快孔隙水压力的消散，从而使体加速排水而压密，提高土体的固结度。

3、堆载施工方案

本工程结合吹填满载的时间节点、区域性质的要求，将整个区域分为3个分区。吹填砂自西区进入，从中区向外排水，而后向东区排水口排出，吹填过程中吹填砂的粗颗粒在流程区间内逐步沉淀。通过流程的加长和设置砂带于排水口，可大大降低了吹填砂的流失率。吹填管采用三通分区吹填，在区域分级堆载的过程中采用分层上载，厚度控制在1m之内，每级加荷速率不大于0.05m/d，控制孔隙水压力的增量与荷载的增加量比＜0.5，避免造成场地的失稳问题。

4、卸载标准

1）沉降曲线推算的固结度：大于85%，工后剩余沉降量满足设计要求；

2）连续10天沉降速率不大于1.5mm/天；

3）通过原位测试孔、十字板孔，软土层处理后指标满足设计要求。

因此本文章主要通过实例分析堆载预压地基处理方式的工程效果。

四、监测、检测数据分析

1、固结度、沉降及分析

本次固结度计算采用双曲线法，双曲线法是假定满载后的沉降曲线符合双曲线，则如下：S=S0+（t-t0）/（α+β（t-t0））=S0+St

式中符号含义见下图

a——截距

b——斜率b

1）沉降数据——分析固结度

卸载前，堆载预压区地表沉降观测数据分析见表1。由下表可知，卸载时地基累计沉降量为727.4～1088.9mm，同时采用双曲线法进行推算最终沉降量846.6~1275.1mm，计算出固结度为85.1%~85.9%，大于软弱土层设计地基承载力要求的固结度大于85%。

2）沉降速率观测数据分析

卸载前，堆载预压各区域沉降速率见表2，自4月28日起开始不大于1.5mm/d，至5月7日，各测点实测沉降速率连续10天不大于设计要求的1.5mm/d。

2、地基加固检测效果分析

为了便于分析地基加固前后软弱土层（淤泥混沙、淤泥质土等）十字板剪切强度的提高情况，软基处理共计设置十字板剪切试验孔6孔，地基加固前6孔；同时，考虑到地基处理后软弱土层中含砂量较大或土层较硬，采用静力触探试验进行剪切强度检测；地基加固前后各检测点试验成果如下表3所示。

表2各区域沉降速率成果表

分析上表可知，地基加固后，软弱土层的含水率明显降低，干密度增大，孔隙比减小，抗剪强度增大，压缩模量变大，表明地基处理效果较为显著，堆载预压处理明显改善了地基物理力学性质，加固的效果显著。

4、软土层地基承载力分析

表5地基加固后各检测点软土层静探比贯入阻力的统计表

因地基加固后，因软弱土层中含砂量较大或土层较硬，采用静力触探试验并按式fak=29+0.063ps（fak为地基承载力特征值，ps为软土层静探比贯入阻力的平均值，单位均为kPa，ps＞800时取800kPa）来确定软弱土层地基承载力特征值。地基加固后，各检测点软土层静探比贯入阻力的平均值如下表6所示。

由上表5可知，地基加固后，各检测点软土层静探比贯入阻力的平均值均大于800kPa，计算得出的软土层地基承载力特征值为79.4kPa。可满足罐区场地预处理设计荷载要求（70kPa）

五、结语

古雷石化码头后方罐区及管线工程的罐区场地选择堆载预压进行地基预处理，加载期间通过孔隙水压力、沉降等监测有效地控制施工质量及进度，堆载完成后通过有关的检测，检验地基处理效果，地基检测结果表明：堆载预压处理后土体主要物理力学指标均有显著提高，地基承载力有了明显增大，最终地基加固效果达到了设计要求。该工程设计方案可为其他类似化工罐区工程的场地地基处理提供一定借鉴。

参考文献：

[1]堆载预压地基处理的检测及效果分析胡如周；卢坚；-《港工技术》-2019-06-15

[2]地基处理预处理工程效果分析张佩良；王雷；-《中国水运（下半月）》-2013-09-15

[3]地基处理手册（第三版）编写委员会.地基处理手册[M].3版.北京：中国建筑工业出版社.2008.

[4]港口液体化工储运工程建设与安全技术的探讨.宁波港镇海港埠公司（宁波315200）徐鉴