天津东疆港区软土层的工程地质特征与地基处理

肖雄丙，卢永生，郑 伟

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

天津东疆港区软土层的工程地质特征与地基处理

肖雄丙，卢永生，郑 伟

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

结合天津港东疆港区的工程实例，给出了东疆港区软土层主要物理力学指标统计值，并和新港地区的软土进行对比。通过计算分析，给出了东疆港区软土的地基处理参数建议值。

东疆港区；软土；工程地质特征；地基处理；固结系数；沉降经验系数

引 言

天津港东疆港区位于天津港东北部，永定新河口入海口南部，为浅海滩涂人工吹填造陆形成的三面环海半岛式港区，总面积约30 km2。它是东疆保税港区的坐落地，是天津市建设中国北方国际航运中心和国际物流中心的重要区域。东疆港区为吹填形成，海域软土层厚约15 m，陆域软土层厚约21 m。软土层是地基处理、稳定性分析和结构验算的主要土层，是东疆港区建设需要解决的关键工程问题。本文结合东疆港区的工程实例，对该区域的软土层的工程地质性质进行探讨，并对地基处理参数进行分析。

1 软土层的分布特征及工程地质性质

1.1 软土层的分布特征

东疆港区的软土层主要分三大层，第一层为吹填形成的冲填土，以淤泥和淤泥质土为主，流塑状，中～高塑性，夹粉土、砂粒和碎贝壳，土质极不均匀，工程地质性质差异性较大，厚度5～7 m不等；第二层为海相沉积层淤泥，流塑状，高塑性，含少量碎贝壳，夹砂斑、粉土团和粉土薄层，厚度 8～10 m不等；第三层为海相沉积层淤泥质粘土，流塑～软塑状，高塑性，含少量碎贝壳，夹砂斑、粉土团和粉土薄层，厚度5～7 m不等。东疆地区的软土层分布的底高程比较稳定，一般在-15 m左右。

1.2 软土层的十字板抗剪强度

软土的十字板抗剪强度指标是真正原位条件下的抗剪强度指标，能较真实的反映软土层的工程地质特性，十字板抗剪强度Cu值与高程H存在线性关系。对东疆港区的 2470件软土层的十字板剪切试验数据按最小二乘法进行了线性分析，线性分析曲线详见图 1。东疆港区软土层的十字板抗剪强度Cu值与H的关系式为：Cu=-1.79H+7.62。

图1 Cu～H相关关系

1.3 东疆港区软土层物理力学指标的比较

天津港地区的软土层一直受到工程师的关注，羊小云［1］曾给出东疆港区软土层的物理力学性质指标统计值以及十字板抗剪强度Cu值与高程H相关关系。十字板抗剪强度Cu值与高程H相关关系：Cu=-1.79H+7.62。港区和新港地区软土主要物理力学指标统计成果见表1。

表1 两港区主要物理力学性质指标对比

从表1可知，东疆港区软土层的物理指标和新港地区的差别不大，但力学性质指标要稍差于新港地区，表明东疆港区的软土层工程地质性质要差于新港地区，尤其是淤泥层的固结系数和压缩指数指标差值较大。

2 软土层的地基处理

在天津港软土加固工程中采用真空预压法已有 30多年的历史，该方法具有费用低、工期短、无污染等特点，并积累了大量的工程经验。

2.1 地基处理方案

根据王永强“天津港软土地基加固中的几点认识”［3］，天津港地区真空预压地基处理时塑料排水板间距多采用1.0～1.1 m间距，固结130天后，平均固结度可达到90 %。根据地基沉降实测值和计算值对比，天津港地区真空预压作用下地基沉降修正系数ms平均值为1.088。

软土地基的加固时间和软土层的固结系数、排水板间距以及所需的固结度有关。在不考虑涂抹和井阻影响下，竖井地基径向排水平均固结度为：

式中：

Ch为土体径向固结系数（cm2/s）；

t为固结时间；

有关参数见表2，估算结果见表3。

表2 计算参数

表3 固结度估算

由表2、表3可知，在东疆港区，采用原有的工程经验不能达到平均固结度90 %的要求。综合考虑地基处理加固时间、地基固结度、排水板打设所需用量，东疆港区地基处理设计排水板打设间距为0.80 m，固结时间为110天。

2.2 地基处理沉降计算

地基处理沉降量通常采用分层总和法和考虑应力历史计算法进行计算。两种计算方法均假定地基土为直线变形体，土层只在竖直方向发生压缩变形，不考虑侧向变形，会使得沉降计算值比实际值偏小，需要根据实际观测值进行修正。

根据东疆港区各土层的统计指标，按两种方法分别计算了软土地基处理后的沉降量。

1）分层总和法计算公式为：

式中：

sf为最终竖向变形量（m）；

ms为地区经验系数，按地区经验取1.088；

e0i为第i层中点土自重应力所对应的孔隙比；

e1i为第i层中点土自重应力与附加应力之和所对应的孔隙比；

hi为第i层土层厚度。

2）考虑应力历史沉降计算公式为：

式中：

s为固结沉降量（m）；

hi为土的分层厚度；

e0i为土的天然孔隙比；

Cci为土的压缩指数；

pcz为土层自重压力；

pz为附加应力；

pc先期固结力。

通过计算，分层总和法计算的最终沉降量为1.90 m，考虑应力历史法计算的最终沉降为2.40 m。两种沉降计算方法原理基本一致，主要差别是分层总和法未考虑软土层在自重压力下固结的沉降。由于东疆港区的软土为欠固结土层，考虑应力历史计算法更接近工程实际。分析差别较大原因是采用分层总和法计算时，地区沉降经验系数取值偏小。地区沉降经验系数与地基条件有关，由于东疆港区的地基条件较差于新港地区，需要对东疆港区的沉降经验系数进行修正。

2.3 沉降经验系数修正

根据地基处理后地面沉降观测结果，软基加固区的地面沉降为1.68～2.80 m，平均沉降为2.29 m。按照固结度90 %估算，东疆港区软土层的最终平均沉降量2.54 m，稍大于考虑应力历史法计算的沉降量，与理论分析一致。根据东疆港区软土加固区实际沉降量，当采用分层总和法计算软土地基处理沉降时，地基沉降经验系数建议取1.45；采用考虑应力历史法计算时，地基沉降经验系数建议取1.06。

3 结 语

1）东疆港区软土层的物理指标和新港地区的差别不大，但力学性质指标要差于新港地区。

2）在东疆港地区采用真空预压法进行软土地基处理时，建议排水板打设间距0.80 m，固结时间110天，可满足平均固结度90 %的要求。采用分层总和法计算软土地基处理沉降时，地基沉降经验系数建议取1.45；采用考虑应力历史法时，地基沉降经验系数建议取1.06。

3）随着工程项目不断的向海域延伸，要根据工程区域内的地质条件变化趋势，不断的修正设计和施工参数，保证工程质量。

［1］中交第一航务工程勘察设计院有限公司.天津港北港池集装箱码头三期工程勘察［R］.

［2］羊小云.天津新港软土工程地质特征［J］.港工技术，2007，（2）：50-52.

［3］王永强.天津港软土地基加固中的几点认识［J］.中国港湾建设，2006，（1）：16-19.

［4］JGJ79-2012建筑地基处理技术规范［S］.中国建筑工业出版社，2012.

［5］常士骠.工程地质手册：第四版［M］.中国建筑工业出版社，2007.

Engineering Geological Characteristics and Ground Improvement of Soft Soil
Layer at Tianjin Dongjiang Harbor

Xiao Xiongbing，Lu Yongsheng，Zheng Wei
（CCCC First Harbor consultants Co.，Ltd.，Tianjin 300222，China）

The engineering practice at Tianjin Port Dongjiang harbor is studied to obtain the statistics of physical and mechanical indices for the soft soil layer at Dongjiang harbor.In comparison with that of soft soil in Xingang area，the parameters are proposed for the ground improvement of soft soil layer at Dongjiang harbor through calculation and analysis.

Dongjiang harbor； soft soil； engineering geological characteristics； ground improvement；coefficient of consolidation； empirical coefficient of settlement

TU447

A

1004-9592（2016）05-0106-03

10.16403/j.cnki.ggjs20160526

2015-11-13

肖雄丙（1979-），男，高级工程师，主要从事工程地质勘察工作。