复杂地基上堆载速度对地基沉降的影响分析

等速加载条件下，当固结时间为 t 时，对应总荷载的地 基平均固结度 Ut 可按下式计算［6］：
n
Σ Ut =
Σ [ ] i = 1
qi Δp
T － T － α e ( β i
)
i －1
－ βt（ eβTi － eβTi－1）
（ 2）
式中： Ut ———t 时间地基的平均固结度； qi ———第 i 级荷载的加载速率（ kPa / d） ；
；
cv ———土的竖向排水固结系数（ cm2 / s） ； H———土层竖向排水距离（ cm） 。
通过计算得复杂软土地基在不同施工期条件下的 沉降量和固结 度 情 况 如 表 2，其 中 工 期 为 6 个 月 时 为 一 次 连 续 加 载 、其 余 工 况 为 分 期 加 载 。
表 2 软土地基在不同施工期条件下的固结沉降 Table 2 Consolidation and settlement of soft soil
收稿日期： 2011-01-04； 修订日期： 2011-02-22 作者简介： 汤志刚（ 1983-） ，男，地质工程专业硕士研究生，从事
城市环境岩土工程研究。 E-mail： tangzhigangrw@ 163． com
土层。故堆土后的地基差异沉降将主要发生在西侧。 本文以图 1 中西 侧 具 有 典 型 意 义 的 1 － 1 ’剖 面 为 例， 分析该地基上填土的堆载速度对软土地基固结速率和 沉降的影响。
0. 683m，沉降量最大处距离坡脚约 100m（ 图 1 中 A 点
位置） 。
3. 2 地基固结度分析
堆土施工过程中 采 用 分 层 填 筑 法，即 从 场 地 最 低
处逐 层 由 四 周 向 中 间、向 上 填 筑，铺 填 土 30cm 为 一
层 ，经 过 压 实 之 后 ，再 填 筑 上 一 层 填 土 。 在 一 级 或 多 级
Δhi ———第 i 层土计算的分层厚度（ m） ； ξ ———经验系数，与地 基 条 件、荷 载 强 度、加 荷 速
率等因 素 有 关，对 于 软 土 地 基，一 般 取 ξ
为 1. 1 ～ 1. 7 之 间 的 某 一 数 值，本 文 根 据
相关实验数据，取 ξ = 1. 2。
计算得软土地基最终沉降量最大处沉降约为
龙组（ T1 x） 泥 灰 岩 和 泥 质 微 晶 灰 岩 组 成，另 外 在 山 体 东侧和中部见有闪长玢岩（ δπ） 侵入体出露，特别是在
山体中部分布较 广 （ 图 1 ） 。 山 体 西 侧、南 侧 分 布 有 第
四系粉质粘土层。
根 据 时 代 、成 因 和 物 理 力 学 性 质 ，可 以 将 地 层 划 分
来提高地基的承载力。同时为了保证堆山工程安全，对不同加载速度条件下地基固结沉降进行计算分析，给 出 最 佳 堆 载
工 期 ，按 此 最 佳 堆 载 工 期 进 行 堆 填 以 满 足 工 程 的 安 全 设 计 要 求 。
关键词： 软土地基； 堆载速度； 地基沉降
中图分类号： TU470 + ． 3； TU472
2 场区工程地质条件
2. 1 地形地貌
拟 建 场 地 属 低 山 丘 陵 地 貌 ，由 于 早 期 开 山 采 石 ，在
山体周围形成了多个 宕 口，造 成 场 地 地 形 起 伏 变 化 较
大，场地黄海高程在 16 ～ 69m 之间。
2. 2 地层、岩性
山体东北侧为岩 石 地 基，岩 体 主 要 由 三 叠 系 下 青
图 2 1 － 1’地质剖面图 Fig． 2 Geology section along line 1 － 1’
质胶 结 为 主，完 整 性 指 标 属 破 碎—极 破 碎，属 软 岩，遇
水不易软化，岩溶不 发 育，岩 石 基 本 质 量 等 级 为 Ⅴ 级，
层厚 2. 0 ～ 8. 8m。
⑤石 灰 岩 T1 x： 灰—浅 灰 色，局 部 白 色，沿 裂 隙 部 位 表 层 局 部 为 黄 褐 色 ，局 部 夹 泥 质 灰 岩 或 泥 灰 岩 ，较 破
Σ Δp ———各级荷载的累加值（ kPa） ；
Ti － 1， Ti ———第 i 级 荷 载 加 载 的 起 始 和 终 止 时 间 （ 从零点起算） （ d） ，当 计 算 第 i 级 荷
载加载过程中某时间 t 的固结度时，
Ti 改为 t；
α，β ———参数，α
=
8 π2
，β
=
π2 cv 4H2
（ 1）
式中： S———固结沉降量（ m） ；
n ——— 计 算 土 层 分 层 的 层 数 ；
e0i ———地基 土 中 第 i 层 土 分 层 中 点 在 自 重 应 力 作用下稳定时的孔隙比；
e1i ———地基 土 中 第 i 层 土 分 层 中 点 在 自 重 应 力 与附加应力共同作用下稳定时的孔隙比；
层厚 3. 2 ～ 3. 5m。
③层粘土
Q
al 3
：
黄 褐 色，硬—坚 硬，干 强 度 中 等，中
等压缩性，中等韧性，稍有 光 泽，土 质 均 匀，层 厚 4. 8 ～
10. 0m。
④泥 灰 岩 T1 x： 灰 白 色—黄 褐 色，中—强 风 化，钙
第5期
水文地质工程地质
· 27 ·
图 1 工程场区岩土分布图 Fig． 1 Geotechnical distribution of the engineering site
foundation in different construction condition
堆载时 间（ 月）
6 12 16 18
堆筑结束时 地基沉降量（ m）
0. 213 0. 220 0. 225 0. 229
堆筑结束时 各土层的固结度
①
②
③
1
0. 864
0. 485
1
0. 870
0. 528
1
0. 880
0.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ558
1
0. 880
0. 560
地基土体的沉降 量、固 结 度 与 填 土 堆 载 时 间 的 关 系如图 3 所示。
由图 3 可知，随着填土堆载工期的增长，地基土体 的沉降量和 固 结 度 增 大，地 基 土 体 的 稳 定 性 增 大； 但 是，受工程工期和经 济、技 术 条 件 的 限 制，需 要 选 取 合 适 的 施 工 期 ，即 最 佳 的 填 土 堆 载 速 率 。
算，到附加应力等于 土 层 自 重 应 力 的 某 一 比 值 作 为 沉
降计算的终止条件，其 附 加 应 力 与 有 效 自 重 应 力 之 比
不大于 0. 15。由于堆土前内 外 侧 土 层 厚 度 均 较 小，在
土层底部其附加应力与有效自重应力之比约为 0. 72，
远大于 0. 15，但 由 于 地 基 土 体 下 部 为 岩 层、岩 层 地 基
Es1 － 2 （ MPa） 6. 99 9. 01 11. 08 17. 00
6. 180
e
0. 729 0. 694 0. 704
Cv （ cm2 / s） 0. 0643 0. 0829 0. 1020 0. 0006
0. 0605
参 照《公 路 软 土 地 基 路 堤 设 计 与 施 工 技 术 规 范 》 （ JTJ 017 － 96） ［4］，地基压缩层厚 度 自 基 础 底 面 开 始 计
针对以上问题，该 景 观 堆 山 工 程 地 基 岩 土 层 分 布 不均匀，堆山工程施 工 及 竣 工 后 的 差 异 沉 降 问 题 主 要 发生在西侧和南侧的 软 土 地 基 和 东、北 侧 的 岩 石 地 基 之 间 。 考 虑 到 中 间 、北 侧 和 东 侧 主 要 为 基 岩 ，南 侧 外 围 土层较薄，堆山坡度 较 缓，而 西 侧 土 层 较 厚，且 均 为 软
碎—较完整，属较硬岩，层厚 24. 0 ～ 49. 0m。
⑥填料来源于场 区 工 程 弃 土、削 坡 土 石 方 以 及 建
筑垃圾，其 中 工 程 弃 土 为 粉 质 粘 土
Q
a 3
l
：
黄 褐 色，可 塑，
干 强 度 中 等 ，中 等 压 缩 性 ，中 等 韧 性 ，稍 有 光 泽 ，土 质 均
匀，层厚 0 ～ 30m。
为 3 层粉质粘土层、2 层岩 层，将 填 土 作 为 1 层。地 层
分布见图 2。
①层粉质粘土
Q
al 3
：
黄 褐 色，可 塑，干 强 度 中 等，中
等压缩性，中等韧性，稍有 光 泽，土 质 均 匀，层 厚 0. 0 ～
12m。
②层粉质粘土
Q
a 3
l
：
黄 褐 色，硬 塑，局 部 可 塑，干 强
度中等，中等压缩 性，中 等 韧 性，稍 有 光 泽，土 质 均 匀，
文献标识码： A
文章编号： 1000-3665（ 2011） 05-0026-05
1 工程概况
镇江市体育中心景观堆山工程位于檀山路与团山 路交界处。该工程拟在原来蛋山废弃采石场地基上采 用兴建体育馆开挖出的土方和建筑垃圾堆筑一个具有 生态景观 功 能 新 的 蛋 山。 按《岩 土 工 程 勘 察 规 范 》 （ GB50021 － 2001 ） ［1］ 和《建 筑 边 坡 工 程 技 术 规 范 》 （ GB50330 － 2002） ［2］的规定，该边坡安全等级 为 一 级。 该场地东北侧为岩石 地 基、西 侧 和 南 侧 为 第 四 系 更 新 世（ Q3 ） 粉质软粘土地基（ 图 1 ） ，基 岩 面 深 度 由 中 心 位 置 向 西 、向 南 逐 渐 增 大 。 由 于 场 地 地 质 条 件 复 杂 ，地 基 岩土体力学性质差异 性 大，根 据 设 计 方 案 堆 筑 成 型 的 景 观 山 体 地 形 、地 貌 特 征 ，堆 载 后 场 地 不 同 地 段 的 载 荷 水平变化大，考虑到 软 土 地 基 上 堆 载 将 造 成 地 基 发 生 较大的沉降，而岩石 地 基 上 相 同 堆 载 水 平 下 的 沉 降 较 小 ，堆 山 工 程 竣 工 后 将 形 成 较 大 的 差 异 沉 降 ，不 利 于 边 坡稳定。沉降和稳定性问题是软土地基上进行堆山工 程成败的两大控制因 素，必 须 对 这 两 方 面 进 行 合 理 预 测 和 科 学 计 算［3］ 。