排水固结法工程实例若干

排水固结法工程实例若干

工程实例

（一）堆载预压法加固油罐地基工程实例

⒈工程概要

某炼油厂建造在沿海地区，其中有1万m 3油罐数个，罐体是钢制焊接，考虑到地基 不均匀沉降，采用固定拱顶的结构形式，其倾斜度(周边最大沉降与最小沉降的差值和直 径之比)控制在l ％。

建筑场地是近年新淤积的海滩。土的柱状图和主要物理力学指标如图1和表1。该场地含水量高(普遍大于30％，最大达50％)，压缩性大，抗剪强度低。天然地基承载力小(约60～70kPa)，远不能满足油罐荷载的要求。可认为第1～4土层(深度在17．5m 以上的淤泥质黏土层)对油罐稳定和沉降具有决定性影响。

表1 各层土的主要物理力学性质指标

固结系数采用加权平均值。根据表1计算第l ～4层平均固结系数32v c 1.110cm s -=?，32h c 3.0410cm s -=?。

图1 土的柱状图

十字板强度用最小二乘法整理，求得十字板的天然地基抗剪强度为：

S=0.92+0.273z(kPa)

+

式中z——为离地表面距离。

⒉地基处理方案选择

1万m3油罐的直径D=31.282m，高度H=14.07m，钢板自重为2214.5kN，由于工艺上要求，油罐底板高出地面2.3m。油罐基础底面荷载为191.4kPa。显然，若罐基不做任何处理，就不能满足罐基的稳定和沉降控制标准。

针对工程和地基具体条件，可能采用的地基处理方案有：⑴桩基；⑵砂垫层预压；⑶砂井预压；⑷井点降水预压；⑸振冲碎石桩。

桩基在技术上比较可靠，但费用昂贵；砂垫层预压在经济上比较合理，但以一个1万m3油罐而言，预压期大于3年；由于井点降水深度有限，土的渗透系数较小，采用井点降

c＜20kPa，若采用振冲碎石桩要起到复合地基的作用，需要耗费大水可能效果不好；由于

u

量的碎石。经综合考虑，权衡利弊，认为采用砂井预压既能满足较大的荷载要求，又能按照100d预计时间完成试水加荷计划，技术上不复杂，经济上也合理。

⒊确定砂井直径、间距、深度和范围

砂井的直径、间距主要取决于固结特性，根据工程特点，砂井地基基本设计参数和设计剖面见表2和图2。

表2 基本设计参数

图2 砂井平面布置及其剖面图

⒋制定加荷(充水)预压计划

拟订加荷速率控制计划分两步进行：首先，用一般方法拟订一个初步计划，然后校核这个初步计划的地基稳定性和沉降。具体步骤如下：

①求出天然地基可能承受的荷载，按下式估算可施加的第一级荷载1p

01 5.52u c p K

= 式中 0u c ——天然地基的抗剪强度，一般采用不排水剪切试验强度或现场十字板强度； K ——安全系数，初步估算时可用1.0～1.1。

②求出在1p 作用下地基固结度U 达到70％时所需停歇时间t 及地基强度的增长值：

第一级荷载作用下，地基强度将增加到

101()f f t p U k τητ=+??

sin cos 1sin k ???

''=

'+ 求得k =0.287，η=0.9。

③计算可施加的第二级荷载 12 5.52

f p K τ=

④求出2p 作用下地基强度的增长值 第三级、第四级……荷载可依此类推，一直计算到设计所要求的荷载。本工程加荷计划如表3和图3所示。拟订的加荷计划必须满足固结计算和稳定分析。

表3 加荷分级及修正后固结度

图3 p -t -U 曲线

⑤固结度计算

固结度计算按巴伦砂井固结理论计算，

1(1)(1)rz z z U U U =---

巴伦固结理论假设荷载是一次瞬时施加的，但本工程实际上是分级加荷的，为此应予修正。

1()2n n n T T rz t p U U

p -+-?'=??∑∑

当充水到14.07m ，时问为160d 。 修正后的固结度计算结果列入表3和图3。

⑥稳定分析

稳定分析的目的是检验所拟订的加荷计划的安全度，若不符合安全度要求，则需要另拟加荷计划。对油罐地基稳定分析，建议采用斯开普顿极限荷载的半经验公式作为初步估算：

5(10.2)(10.2)u B D p c D A B

γ=?+++?极 式中 u c ——抗剪强度，建议用基底以下2/3B 深度范围内地基平均不排水抗剪强度，由无

侧限、三轴不排水剪切试验与原位十字板剪切试验测定。

油罐基础有可能发生整个底宽破坏，也可能发生局部底宽破坏，因此必须试算不同底宽的极限承载力，其最小值就是危险情况。当整个底宽破坏时，取A/B=1；局部破坏时，若

局部破坏宽度小于油罐的半径，则取A 为当量长度A =

B>R ，则

2

4(3R A D B B B

π=

--式中 R ——滑弧半径；

D ——油罐半径。 求得p 极后，则稳定安全系数K p p =极，式中，p 为各级荷载下基础底面单位面积 上压力(kPa)，本工程K 取1.2。

油罐基础稳定分析也可按一般圆弧法计算，两者可相互校核。表4为按极限荷载法计算的结果。从分析结果可见，在各级荷载作用下，最小安全系数为1.26，大于1.2，所以拟订的加荷计划是合理的。

表4 安全系数K 计算结果

⑦沉降及沉降速率计算

沉降计算的内容主要包括：

a.计算油罐中心和周边的最终沉降，从而确定油罐底面的预抬高值和控制不均匀沉降；

b.计算加荷过程中的沉降量，估计加荷结束后还可能产生的沉降值；

c.估算沉降速率，以便控制加荷速度。

具体沉降计算结果汇总见表5。

表5 沉降计算结果

注：r 为油罐半径，r=15.64m 。

⑧加固效果评价

地基加固效果由各项实测结果进行分析，本项工程进行了沉降观测、孔隙水压力观测、基底压力及基础钢筋应力实测，砂井地基加固效果主要根据实测的沉降―时间曲线(图4)及