郭營(yíng)飛 劉陽(yáng)

[摘 要]隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提高，越來(lái)越多的大型建筑物和交通線路出現(xiàn)在城市中，比如糧倉(cāng)、儲(chǔ)油罐、石油鉆井平臺(tái)、高速鐵路、高速公路、大型機(jī)場(chǎng)、城市高層建筑等等。由于實(shí)際需要，這些建筑很多必須興建在沿海地區(qū)，這些地區(qū)由于廣泛分布著具有低滲透性、高壓縮性、天然孔隙比大、天然含水量高的深厚軟黏土沉積層，這就對(duì)地基提出了很高的要求。由于受到糧倉(cāng)糧面變化所引起的低頻反復(fù)荷載作用，經(jīng)常出現(xiàn)施工后沉降大、沉降時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題，給工程造成了極大的安全隱患。由此可見(jiàn)，對(duì)于糧倉(cāng)來(lái)說(shuō)，研究其地基的變化規(guī)律對(duì)糧油食品儲(chǔ)備工程的建設(shè)以及建設(shè)后糧倉(cāng)的使用和維護(hù)都具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

[關(guān)鍵詞]糧倉(cāng);軟土;變形;地基

[中圖分類號(hào)]TU447 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

1 軟土的工程特性分析

1.1 軟土基本特性分析

軟土的主要構(gòu)成成分是淤泥質(zhì)土、淤泥以及泥炭，它是由承載能力低、壓縮性高、天然含水量大的腐殖質(zhì)以及淤泥沉積物相互作用形成的。根據(jù)沉積物的沉積環(huán)境和類型可以將軟土分為沼澤沉積、湖泊沉積和濱海沉積三個(gè)類型。為了說(shuō)明我國(guó)軟土的基本特征，本文選取我國(guó)的典型地區(qū)軟土進(jìn)行分析。

（1）唐山地區(qū)軟土特征分析。唐山曹妃甸區(qū)域的軟土在我國(guó)比較具有代表性，它主要是由瀉湖、淺水和濱海淺灘三個(gè)地貌單元構(gòu)成，處于渤海中隆起和黃驊坳陷東北端交界地帶，向南緊鄰曹妃甸沙島。同時(shí)，該區(qū)位于灤河三角洲平原，具有明顯的雙重岸線特征，其中內(nèi)側(cè)大陸岸線具有發(fā)育的潮灘、鹽田以及沖積海積平原;外側(cè)島嶼岸線具有由12個(gè)小沙島組成的曹妃甸沙島和沙質(zhì)海灘，外海岸線的高程大約為3m，寬闊的淺水瀉湖處于內(nèi)外岸線之間。這一特定地理位置和特殊地貌區(qū)域的軟土主要具有如下基本特征：

（2）天津地區(qū)軟土特征分析。天津?yàn)I海新區(qū)位于渤海灣西岸在早期主要沉積相為陸相沉積，到后期由于海洋作用的加強(qiáng)，使得該地區(qū)的沉積相逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楹Ｏ喑练e，因此就出現(xiàn)了現(xiàn)代比較著名海陸交替沉積相，這也使得天津的軟土地基主要由淤泥質(zhì)軟土構(gòu)成。天津地區(qū)主要淤泥和淤泥質(zhì)軟土的主要特性如下：①層淤泥：底高程位于-8.0-10.0m、分布廣泛、局部混多量的粉砂和粉土團(tuán)塊、夾粉土薄層、含少量碎貝殼、土質(zhì)不均勻、流塑狀-高塑性、灰色-灰褐色。②層淤泥質(zhì)黏土：底高程在-11.5-15.0m、層位較穩(wěn)定、分布廣泛、混少量粉土團(tuán)塊和碎貝殼、土質(zhì)不均勻、軟塑狀、灰色。

綜上所述：我國(guó)軟土主要具有如下基本特征：

①軟土地區(qū)大多存在硬殼層，軟土層厚度一般為兩到三米。這主要受到地表部分淋洗、風(fēng)化等作用的影響，硬殼層往往具有較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)性和較高的強(qiáng)度，壓縮性中等或低等，當(dāng)硬殼層遭到外力破壞以后，加荷初期差異沉降和側(cè)向位移都比較大，由此可見(jiàn)，充分利用硬殼層能夠很好地利用軟土。

②具有一定的結(jié)構(gòu)性：由于不同地區(qū)土的沉積環(huán)境、沉積年代以及孔隙水和礦物成分的不同導(dǎo)致了不同地區(qū)軟土的結(jié)構(gòu)性存在一定的差異。結(jié)構(gòu)性的主要作用是增大了士骨架的剛度，因此其力學(xué)特性與應(yīng)力水平密切相關(guān)。應(yīng)力水平低時(shí)，土?xí)尸F(xiàn)較好的力學(xué)特性：應(yīng)力水平超過(guò)某臨界值后，土的結(jié)構(gòu)性破壞，使力學(xué)性質(zhì)顯著惡化，而且這種惡化是不可逆的，短期內(nèi)很難恢復(fù)。此外，結(jié)構(gòu)性黏土還具有剪脹性。

③具有中等靈敏度、低透水性、高含水量、高壓縮性、低強(qiáng)度等特點(diǎn)，一般各參數(shù)的范圍如下：靈敏度為4-8、固結(jié)系數(shù)為（0.1～1.0）×10-3cm2/s、含水量高達(dá)45%～50%、塑性指數(shù)為20左右、壓縮系數(shù)為0.5～1.0MPa-1、強(qiáng)度為10～30kPa。

1.2 軟土的工程力學(xué)特征闡述

針對(duì)工程而言軟土是指其他高壓縮性土、部分沖填土、雜填土、淤泥質(zhì)土以及淤泥。這些類型的土大都具有孔隙比大于1、天然含水量大于液限、含有機(jī)質(zhì)以及是飽和的等基本物理特性。同時(shí)，這些類型的土還具有一定的結(jié)構(gòu)性，并且具有很小的滲透性、較高的壓縮性和很低的抗剪強(qiáng)度，廣泛分布于我國(guó)內(nèi)陸江河湖泊的周圍和東南沿海地區(qū)。當(dāng)軟土為淤泥質(zhì)土?xí)r，它的天然孔隙比處于1和1.5之間，當(dāng)軟土被稱為淤泥時(shí)，它的天然孔隙比不小于1.5。

軟土一般主要具有如下工程特性：

（1）具有較高的含水量和較大的孔隙比：通常來(lái)說(shuō)孔隙比處于1和2之間、含水量處于35%～80%之間;

（2）滲透性比較小：軟土的滲透系數(shù)在1×10-6～1×10-8cm/s范圍內(nèi)。

（3）具有較高的壓縮系數(shù)：正常固結(jié)軟土的壓縮系數(shù)通常來(lái)說(shuō)處于0.5～1.5MPa-1之間，壓縮指數(shù)處于0.35～0.75之間。

（4）具有顯著的流變性：處于載荷作用下，軟土將會(huì)出現(xiàn)剪切變形，甚至?xí)?dǎo)致抗剪強(qiáng)度的減少，這都是由于軟土承受剪應(yīng)力的作用而造成的，而次固結(jié)沉降也會(huì)隨著主固結(jié)沉降的結(jié)束而產(chǎn)生。

（5）具有明顯的結(jié)構(gòu)性：通常軟土呈現(xiàn)絮狀結(jié)構(gòu)，特別是海相沉積地區(qū)的黏土更是如此。當(dāng)這種軟土受到外力或者外載荷作用和干擾時(shí)，會(huì)使軟土的強(qiáng)度變小，出現(xiàn)流動(dòng)狀態(tài)。而我國(guó)沿海地區(qū)的軟土屬于高靈敏度土，因此在這些地區(qū)進(jìn)行基坑開(kāi)挖和地基處理時(shí)，要嚴(yán)格避免土體受到外力擾動(dòng)，否則就會(huì)使軟土的強(qiáng)度下降，影響最終地基的處理效果。

2 糧倉(cāng)類型及其對(duì)地基的影響分析

我國(guó)最早的地上糧倉(cāng)是在浙江河姆渡遺址出土七千多年前的“桿欄式”糧倉(cāng)，隨后又在甘肅省大方盤城發(fā)掘出了“大方盤”糧倉(cāng)。新中國(guó)成立時(shí)，我國(guó)庫(kù)容量?jī)H有1260萬(wàn)噸，而且大多數(shù)倉(cāng)房非常簡(jiǎn)陋，常為磚木結(jié)構(gòu)和竹木結(jié)構(gòu)，每倉(cāng)的倉(cāng)容量只有3—6萬(wàn)公斤，同時(shí)還有一部分倉(cāng)房是利用和改造的祠堂、廟宇，儲(chǔ)藏條件均不能滿足條件。目前糧倉(cāng)主要以房式倉(cāng)為主，淺圓倉(cāng)和立筒倉(cāng)為輔、共1000多億斤倉(cāng)容的大規(guī)模儲(chǔ)備糧庫(kù)建設(shè)。

這些糧倉(cāng)按照不同的分類方式有不同的糧倉(cāng)類型：

（1）根據(jù)倉(cāng)房的儲(chǔ)糧性能分類：氣調(diào)倉(cāng)、低溫倉(cāng)、準(zhǔn)低溫倉(cāng)、一般常溫倉(cāng);

（2）根據(jù)糧倉(cāng)位置分類：地上倉(cāng)、地下倉(cāng)、半地下倉(cāng);

（3）根據(jù)倉(cāng)房建筑條件及設(shè)備配置分類：簡(jiǎn)易倉(cāng)、一般糧倉(cāng)、機(jī)械化糧倉(cāng)、裝配式糧倉(cāng);

（4）根據(jù)倉(cāng)房外形分類：房式倉(cāng)、筒倉(cāng)、樓房倉(cāng);

（5）根據(jù)倉(cāng)內(nèi)糧食堆裝方式分類：散裝倉(cāng)、包裝倉(cāng)。

糧倉(cāng)的基礎(chǔ)會(huì)對(duì)軟土地基造成很大的影響，因此不同類型的糧倉(cāng)在對(duì)地基的影響方面會(huì)存在一定的差異，但是由于糧倉(cāng)的儲(chǔ)糧特性，它們的使用頻率比較低，大多數(shù)情況下是一年裝卸一次。由此可見(jiàn)，糧倉(cāng)對(duì)地基的影響主要體現(xiàn)在低頻反復(fù)載荷下地基的變形特性方面。由于這種類型的載荷經(jīng)歷的時(shí)間和載荷的變化周期都比較長(zhǎng)，也即是這些載荷的變化頻率都非常低，也被稱之為低頻載荷。

3 本文小結(jié)

對(duì)反復(fù)載荷作用下的軟土地基變形機(jī)理進(jìn)行研究首先要正確認(rèn)識(shí)和了解軟土的定義、來(lái)源、分布范圍以及軟土的工程特性。本章在充分調(diào)研軟土相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)軟土的基本概念和理論進(jìn)行了整理和論述。

通過(guò)對(duì)軟土基本理論和工程特性的分析，主要得出如下結(jié)論：

（1）在世界范圍內(nèi)，軟土主要分布在長(zhǎng)江、密西西比河、尼羅河、恒河、易北河、萊茵河等河流三角洲位置，為了描述和研究的方便，通常以國(guó)家地理范圍內(nèi)的軟土含量來(lái)描述這個(gè)國(guó)家的軟土分布，一般而言美國(guó)北部（波士頓和芝加哥）、墨西哥城、加拿大、丹麥除外的北歐諸國(guó)都是典型軟粘土的主要分布地區(qū)。

（2）我國(guó)的軟土靈敏度和孔隙比相比世界上典型軟土地區(qū)來(lái)說(shuō)不是太高，且我國(guó)的軟土主要具備以下工程特性：孔隙比大（1～2）、含水量較高（35%～80%）、滲透性比較?。B透系數(shù)約為1×10-6～1×10-8cm/s）、壓縮性較高（壓縮系數(shù)約為0.5～1.5MPa-1）、抗剪強(qiáng)度很低（不排水抗剪強(qiáng)度約為5～25kPa）、具有明顯的流變性和結(jié)構(gòu)性。

（3）對(duì)我國(guó)糧倉(cāng)的發(fā)展歷程及其主要類型特特征進(jìn)行了描述，指出我國(guó)的糧倉(cāng)主要有房式倉(cāng)、磚圓倉(cāng)、土圓倉(cāng)、鋼板圓倉(cāng)、鋼筋混凝土立筒倉(cāng)以及地下倉(cāng)等幾種類型，并且糧倉(cāng)對(duì)地基的影響主要體現(xiàn)在低頻率反復(fù)荷載下地基的變形特性方面。由于這種類型的荷載經(jīng)歷的時(shí)間和載荷的變化周期都比較長(zhǎng)，也即是這些荷載的變化頻率都非常低，被稱之為低頻荷載。

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