宁德核电厂一期地基处理工程堆载试验分析

冷春勇，季宏明

（1.中广核工程有限公司，广东 深圳 518031；2.中交天津港湾工程研究院有限公司，港口岩土工程交通行业重点实验室，天津市港口岩土工程技术重点实验室，天津 300222）

1 引言

宁德核电厂位于福建省福鼎市山区，厂址地貌为丘陵地貌。核电厂的建设需要大面积的施工场地，鉴于厂址地貌的特点，造成施工场地严重不足，并严重影响到工程的整体进程，为此，需在厂区的西部填海造陆47万m2，尽早提供施工场地，以解决场地不足影响工程进程的瓶颈问题。

填海造陆实质就是堆载预压加固工程，堆载过程中地基的稳定与否是能否尽早提供场地的关键。由于在本地区无堆载预压加固地基的经验，在填海造陆区内布设了一个50m×50m的堆载试验区，以验证原设计指标，并取得适合本工程的堆载过程稳定控制指标，为指导后续大面积堆载的施工，保证堆载过程中地基的稳定，尽早提供工程场地服务。

2 工程设计情况概述

试验区陆域形成采用回填开山石（土）方式，回填造陆交工标高为+9.5m，设计提出的技术要求如下：

2.1 施工要求

（1）地基采用塑料排水板+堆载预压加固方式。

（2）水平排水通道采用中粗砂，含泥量小于5%。

（3）塑料排水板采用C型板，正方形布置，间距1.0 m，深度以打穿淤泥层为准。

（4）砂垫层表面铺土工布1层，600 g/m2、150 kN/m；土工布上铺土工格栅1层，150 kN/m。

（5）堆载分3层填筑，每层3.5m。

（6）加载间歇期：塑料排水板打设完成后间歇60 d施加第1级荷载；第1级加载完成后间歇60 d施加第2级荷载；第2级加载完成后间歇15 d施加第3级荷载。

（7）场地交工标高+9.5m，承载力特征值不小于100 kPa，压缩模量不小于6MPa。

2.2 监测、检测要求

（1）监测仪器：孔隙水压力仪、分层沉降、测斜仪、地表沉降盘。

（2）检验：加固后取土及室内试验、加固前后十字板试验。

（3）监测频率：堆载期每天观测1次；间歇期第1周每2天观测1次，之后每周观测1次。

2.3 加载期稳定控制指标

（1）加载后第3天，地表最大沉降速率控制标准[Smax]＜30mm/d。

（2）最大水平位移速率控制标准 [Mmax]＜10mm/d。

（3）超静孔隙水压力系数控制标准 [Af]≤0.6。

3 工程地质条件

试验区原始地面标高+1.5m，铺设砂垫层后的砂面标高+3.0m。根据天津港湾工程质量检测中心加固前取土及室内试验成果，地基土各土层物理力学指标如表1。

表1 地基土各土层物理力学指标统计表

由表1可知，地基加固处理范围内的原始地基土属于低强度、高压缩性的软粘土，尤其是表层2m范围内，地基原始十字板强度为6.3～10.6 kPa，给堆载预压尽快完成、尽早提供施工场地带来极大困难。

4 堆载预压试验区监测、检测方案

根据设计技术要求及堆载预压试验区的试验目的确定试验区监测、检测方案如下：

（1）监测方案

①埋设孔隙水压力1孔，根据各级加载孔隙水压力观测结果，探索适合本场地的不同土层的孔隙水压力系数。

②埋设地表沉降盘5块，根据各级加载地表沉降观测结果，确定适合本场地的各级加载沉降速率控制指标。

③埋设深层侧向位移1孔，确定适合本场地的加载过程位移速率控制指标。

④埋设深层分层沉降1孔，掌握地基沉降沿着原始地基深度的变化情况，判断排水板打设深度是否合理。

（2）检测方案

①加固前后原状取土孔各布置1孔，通过加固前后物理、力学指标对比，判断地基加固效果。

②加固前后十字板试验孔各布置1孔，根据加固前后的强度指标对比，再结合监测成果，确定各土层的强度增长参数。

③进行加固后载荷板试验，确定场地承载力特征值及压缩模量，判断场地是否满足要求。

根据上述方案布置监测、检测项目如图1、图2。

图1 试验区监测、检测平面布置图

图2 监测仪器断面布置图

5 试验区堆载过程控制及加固效果评价

5.1 堆载预压过程控制

5.1.1 分级加载厚度、间歇期控制

试验区加载过程如表2及图3。

由试验区地质情况可知，原始地基强度极低，按照设计采用的3级加载，每级加载厚度3.5m方案实施较为困难，经监测仪器对加载过程动态控制，确定最终合理的加载分级为6级，每级加载厚度1.5～2.0m，各级加载的间歇期为40～45 d，总加固期190 d。

图3 试验区堆载P-t曲线

表2 试验区各级加载情况一览表

5.1.2 地表沉降速率控制

试验区6级加载，加载期沉降速率结果统计如表3。

表3 试验区各级加载沉降速率统计表

由表3，各级加载完成后，第1天的沉降速率为26～84mm/d，第3天的沉降速率为12～22mm/d，随着时间的增长，地表沉降速率均出现明显的收敛，加载过程中，原始地基是稳定的。

5.1.3 孔隙水压力系数

在堆载预压工程中，超静水压力增量的累计值/累计荷重的比值具有相对恒定的特点，因此在堆载预压加固工程中，常将该值，即超静孔隙水压力系数作为保证加载过程地基稳定、控制加载速率的重要指标。

从第1级加载开始作为荷载的0点，整理累计荷载P和累计孔隙水压力增量∑Δu的关系曲线如图4。

由图4，对不同性质的土层的孔隙水压力系数进行统计，+1.5～-10.5m范围淤泥层的孔隙水压力系数为0.768 8～0.807 2，平均为0.79；-10.5～-15.5m范围淤泥质土的孔隙水压力系数为0.611 6～0.793 3，平均为0.70。

图4 荷载-孔压累计增量关系曲线

5.1.4 位移速率控制

位移速率也是控制堆载预压加载速率的重要指标。根据深层水平位移观测结果进行统计，结果如表4。

表4 深层水平位移观测结果统计表

表4中，在第2级加载时，最大位移量相对第1级变小，是由于第1级荷载加完后，在侧向位移的外侧进行抛砂作业，使水平位移产生了位移总量的内移造成的。

各级加载位移速率最大值为14.1～128.4mm/d，位移速率很大，但根据其他监测数据，如沉降、孔压等来看，地基处于正常加固状态，故判定其没有发生剪切破坏。鉴于试验区深层水平位移观测结果，位移速率作为大面积加载时控制加载速率的控制指标，可以适当放宽，即：1～4级加载位移速率的最大值可以调整为 [Mmax]＜30mm/d；5级及其以上加载按 [Mmax]＜15mm/d控制。

5.2 堆载预压加固效果评价

5.2.1 地基沉降

（1）地表沉降

根据试验区地表沉降的观测结果，绘制加载厚度-沉降-时间关系曲线如图5。

图5 加载厚度-沉降-时间关系曲线

由观测结果，试验区经堆载预压加固，地表沉降为2 002～2 645mm，平均沉降2 469mm，消除地基沉降明显；由沉降曲线，推算地基土的固结度为81.2%～91.6%，平均固结度为86.2%，消除了地基的大部分沉降量。根据试验区地质情况，-15.5m高程以上淤泥及淤泥质土厚度17m，地基土的压缩率为14.52%。

（2）分层沉降

试验区深层分层沉降结果如图6。

图6 试验区分层沉降-深度关系曲线

由图6，地基200.2 cm的总沉降量中，排水板区压缩量为183.7 cm，排水板以下沉降量为16.5 cm，排水板区的加固效果良好，排水板以下还有一定的沉降量，但其总量仅占实测总压缩量的8.2%。

5.2.2 检验

（1）物理力学指标改善

试验区加固前后的取土室内试验结果对比如表5。

表5 加固前后物理力学指标对比表

由表5，经加固前后物理力学指标对比可知，经过地基加固，地基土的含水量、孔隙比、压缩系数明显降低，重度、压缩模量、快剪的粘聚力和内摩擦角明显增加，加固效果显著。根据地基土强度增长情况，估算地基土+1.5～-10.5m淤泥层固结快剪摩擦角为10°，-10.5～-15.5m淤泥质土层的固结快剪摩擦角为9.8°。

（2）地基承载力

为检验加固后地基承载力，于区内进行了承载力试验，板宽2m。经检验，试验区地基承载力特征值f ak=140.3 kPa，压缩模量E0=11.6MPa，满足设计要求（f ak≥100 kPa，E0≥6MPa）。试验结果如图7。

图7 试验区载荷板试验P-S关系曲线

6 大面积施工区堆载地基稳定理论计算

由于试验区地质条件的局限性，按照大面积堆载预压加固区的物理力学指标的统计结果，进行了大面积施工区堆载地基的稳定理论计算。计算中的有关参数借鉴试验区相关参数，并考虑地基在堆载过程中的强度增长。

地基稳定计算采用四种工况，略去先期加载的稳定计算结果，现将其最后一级加载的稳定分析计算绘于图8。

圆弧滑动稳定计算的安全系数按照《港口工程地基规范》（JTJ250—98）5.4.1节确定，在采用十字板抗剪强度指标时，系数取1.1～1.3。按照安全系数取1.1的最低值计，经过计算，为确保后续大面积加载时的边坡稳定，各加载级间至少应留3m镇压平台，以确保加载过程地基稳定。

图8 4种工况最后一级加载的稳定计算分析

7 结论

试验区加固后地基满足设计要求。

根据试验区监测、检测成果及加载过程中稳定理论计算结果，对大面积堆载预压施工控制可以进行必要的调整，具体如下：

（1）塑料排水板打设完毕后的间歇期维持60 d不变，加载过程的各级加载间歇期不小于40 d。

（2）各级加载级间留出不小于3m的反压平台。

（3）各加荷级厚度取1～2m，考虑到原始地基表层土强度较低，第1级加载取小值。

（4）加载过程中的稳定控制指标，除沉降速率的控制指标外，其余两项指标可适当放宽：孔隙水压力系数在淤泥土层取0.79，在淤泥下部的淤泥质土层取0.70；在前4级加载中，位移速率可适当放宽至 [Mmax]＜30mm/d，5级以上加载的位移速率可放宽至 [Mmax]＜15mm/d。

[1] 《地基处理手册》编委会.地基处理手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1988.

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