D0:10.16233.cnki.issn1002-4972.2013.07.021 2013年7月 水运工程 l2013 第7期总第481期 Port&atevay Engneering Na7Ser由lNa481 港珠澳大桥岛隧工程 隧道基础沉降计算及参数选取 李建宇，梁桁 (中交第四航务工程制察设计院有限公司，广东广州510230) 摘典，港珠澳大桥岛碟工程蝶道基础采用了多种基础形式，包括HC性桩复合地基，高压旋喷半性桩复合地基 挤密砂桩柔性桩复合地基及天然地基基础，结合《建筑地基基础设计规范》、《建筑地基处理技术规范》以及《Te©hn℃a and血pam》对上述复合地基及天然地基的沉降计算方法和参数选取 行分析，比较得出挤密砂桩复合地基沉降计算应符合《Technical standards and eport and habor facilites 即am》,PHC刚性桩复合地基沉降计算应符合GB50O07一2012《建筑地基基础设计规范》，高喷桩复合地基沉降计算宜符 合《建筑地基处理技术规范》水泥土搅拌桩的规定，天然地基沉降应考虑应力历史的-切沉降计算方法以及次固结沉降 算应选取与实际应力相符试验条件下的次固结系数。概述岛隧工程隧道不同基础加固形式的沉降计算方法及沉降计算参数 选取原则，为类似工程沉降计算提供参考。 关键词：港珠澳大桥岛隧工程隧道基础：沉降计算： 参数选取：地质察报告 中图分类号：TU413 文献标志码：A 文章编号：1002-4972201307-0084-06 Settlem entcalulation m ethod and param eters selection of tunnel foundation for island-tunnelpro iectofhZM B LIJian-yu.LIANG Heng CCCC-FHDIEngineering Co.Ltd..Guangzhou 510230.China) A bstract:Tunnel foundation for island-tunelpropctofHZM B using a variety of foundation foms,inchding PHC rigid pile com posite foundation,high pressure et grouting pile com posite foundation,sand com paction pile com posite foundation and natural foundation.In this paper,the com posite foundation and natural foundation ethods Technical code for ground treatment of building and Technical standards and commentaries for port and harbo facilities in Japan,which ind icates that the sand com paction pile com posite foundation settlem entcakulation should refer to Technical standards and commentaries for port and harbor facilities in Japan,PHC rigid pile com posite foundation settlem ent calculation shoul ollow the Code for design of building foundation GB50007-2012. high-pressure tpile composite foundation shoul comply Techmical code freatment of building provisons of cem entm ixing pile.natural foundaton settlem ent shou l consider stress history e-lgp settlem ent cakulation m ethod and secondary consolidation coefficient for settlem ent cakulation should settlem entcalcu ltions K ey w ords:island-tunnelpro ectofl ZM B:tunnel foundation:settlem entcakulation:param eter selection eogical survey report 收日期：2013-05-21 作者简介：李建宇(1980一)，男，硕士，工程师，主要从事岩土工程设计工作。 C)1994-2020 China cademie Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.ne
2013 年 7 月 第 7 期 总第 481 期 水运工程 Port & Waterway Engineering Jul. 2013 No. 7 Serial No. 481 港珠澳大桥岛隧工程 隧道基础沉降计算及参数选取 李建宇， 梁 桁 （中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东 广州 510230） 摘要：港珠澳大桥岛隧工程隧道基础采用了多种基础形式，包括PHC刚性桩复合地基、高压旋喷半刚性桩复合地基、 挤密砂桩柔性桩复合地基及天然地基基础。结合《建筑地基基础设计规范》、《建筑地基处理技术规范》以及《Technical standards and commentaries for port and harbor facilities in Japan》对上述复合地基及天然地基的沉降计算方法和参数选取进 行分析，比较得出挤密砂桩复合地基沉降计算应符合《Technical standards and commentaries for port and harbor facilities in Japan》，PHC刚性桩复合地基沉降计算应符合GB50007—2012《建筑地基基础设计规范》，高喷桩复合地基沉降计算宜符 合《建筑地基处理技术规范》水泥土搅拌桩的规定，天然地基沉降应考虑应力历史的e-lgp沉降计算方法以及次固结沉降计 算应选取与实际应力相符试验条件下的次固结系数。概述岛隧工程隧道不同基础加固形式的沉降计算方法及沉降计算参数 选取原则，为类似工程沉降计算提供参考。 关键词：港珠澳大桥岛隧工程；隧道基础；沉降计算；参数选取；地质勘察报告 中图分类号：TU 413 文献标志码：A 文章编号：1002-4972(2013)07-0084-06 Settlement calculation method and parameters selection of tunnel foundation for island-tunnel project of HZMB LI Jian-yu, LIANG Heng (CCCC-FHDI Engineering Co., Ltd., Guangzhou 510230, China) Abstract: Tunnel foundation for island-tunel project of HZMB using a variety of foundation forms, including PHC rigid pile composite foundation, high pressure jet grouting pile composite foundation, sand compaction pile composite foundation and natural foundation. In this paper, the composite foundation and natural foundation settlement calculation methods and parameters selected is analyzed with Code for design of building foundation, Technical code for ground treatment of building and Technical standards and commentaries for port and harbor facilities in Japan, which indicates that the sand compaction pile composite foundation settlement calculation should refer to Technical standards and commentaries for port and harbor facilities in Japan, PHC rigid pile composite foundation settlement calculation should follow the Code for design of building foundation GB50007—2012, high-pressure jet pile composite foundation settlement calculation should comply with Technical code for ground treatment of building provisions of cement mixing pile, natural foundation settlement should consider stress history e - lgp settlement calculation method and secondary consolidation coefficient for settlement calculation should match the actual stress test. This article outlines settlement caculation methods and parameters selection principle of different foundation treatment methods for the HZMB island tunnel works, to provide reference for similar projects in settlement calculations. Key words: island-tunnel project of HZMB; tunnel foundation; settlement calculation; parameter selection; geological survey report 收稿日期：2013-05-21 作者简介：李建宇（1980—），男，硕士，工程师，主要从事岩土工程设计工作。 DOI:10.16233/j.cnki.issn1002-4972.2013.07.021
第7期 李建字，梁桥：港珠澳大桥岛隧工程隧道基础沉降计算及参数选取 ·85 隧道的沉降，特别是不均匀沉降可以引起 为：第①大单元层，全新世海相沉积物(Q,") 隧道管段的破坏，故港珠澳大桥岛隧工程对隧道 (①，淤泥(0，)，①淤泥(Q,,①，淤泥质 基础沉降严格控制。为控制差异沉降防止结构破 土(Q,,①，淤泥质黏土夹砂(Q):第② 坏，要求对基础的沉降计算尽可能精确，达到既 大单元层，晚更新世晚期陆相沉积物(Q, 保证结构的可靠又可节约工程造价的目的。准确 (②，黏士(Q,)):第③大单元层，晚更新世 的沉降计算依赖于精确的地层划分及可靠的岩土 中期海相冲积物(Qm(③，淤泥质土(Q心， 计算参数的选取，为此岛隧工程根据实际工况开 ③-黏土及粉质黏土(Q,心，③粉质黏土夹砂 展了结细化勘察。基础设计依据精细化勘察结 (O,@)③。，粉细砂(O,+),③n粉细砂.③ 果，采用准确的计算参数及合理的计算公式， 粉质黏士(Q,)):第④大单元层，晚更新世早 评估基础沉降并最终确定隧道不同区段基础加 期河流相神积物(O,“)(④粉细砂(O,),④，粉 固方案。 细砂(0，④-1中砂(0，"，④中砂(05 1精细化勘察 ④，粗砾砂(Q,“,④，粗砾砂(Q,④圆砾土 港珠澳大桥岛隧工程初一详勘共布置钻 (Q,”,④，粉质黏土(Q))。主要土层压缩指标 孔95个、原位测试孔压静力触29个、旁压试验 见表1。 孔6个、十字板剪切试验孔14个。主要压缩土层 为进一步分析评价地基士沉降变形特性，开 表1详勖主要土层压缩指标 土层饱和密度即/作■)初始机隙比，超闐结比0CR压缩指数C:可弹再压缩指数C,压缩模量E,MPa回弹再压笔模量EMPa 1.59 19 1 0,52 0.08 19 1.63 1.72 1 0.46 0.06 192 1.76 1.31 《1 0.37 0.6 2.76 1.92 085 1 0.30 0.03 5.35 1.81 1.12 =1 0,36 3.75 1.80 1.14 0.43 0.06 5.32 186 0.95 0.33 0.04 6.01 185 o9o n33 557 1.91 0.82 0.30 0.03 9.18 20.4 展了施工图补充勘察回。补勘共完成80个钻孔 触探孔(CPTUs),22个孔压静力触探消散试验 般原位测试孔39个，技术孔41个，383个孔压静力 孔(CPTUDs).。主要土层压缩指标见表2。 表2施工图补充察主要土层压缩指标 饱和密度 初始孔 比 超结比OCR压蹈指 回弹冉压缩指数C,压缩模量E,P:次岗结系数% 1.70 82 补勘+详勘勘察孔在隧道基础范围内形成了3 弹模量等沉降计算参数，①，`①，黏土层定义为正 条勘探线，每条勘探线上物探点间距为50.0m,该 常固结土-欠固结土：②`③黏土层定义为正常固 勘探布置形式准确描述了地层分布，可准确指号 结土超固结土，并趋向于正常固结，报告中未提 地基加固深度。详勘报告中推荐了初始孔隙比、 供次固结系数。补充勘察报告与详物对第一大土 压缩指数、再压缩指数、压缩模量及部分土层回 层判定相同，判定为欠固结土正常固结土，但其 (C)1994-2020 China Academie Joumal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.enki.net
• 85 第 • 7 期 隧道的沉降，特别是不均匀沉降可以引起 隧道管段的破坏，故港珠澳大桥岛隧工程对隧道 基础沉降严格控制。为控制差异沉降防止结构破 坏，要求对基础的沉降计算尽可能精确，达到既 保证结构的可靠又可节约工程造价的目的。准确 的沉降计算依赖于精确的地层划分及可靠的岩土 计算参数的选取，为此岛隧工程根据实际工况开 展了精细化勘察。基础设计依据精细化勘察结 果，采用准确的计算参数及合理的计算公式， 评估基础沉降并最终确定隧道不同区段基础加 固方案。 1 精细化勘察 港珠澳大桥岛隧工程初勘～详勘[1]共布置钻 孔95个、原位测试孔压静力触29个、旁压试验 孔6个、十字板剪切试验孔14个。主要压缩土层 表1 详勘主要土层压缩指标 土层 饱和密度ρ/(t·m-3) 初始孔隙比e0 超固结比OCR 压缩指数Cc 回弹再压缩指数Cs 压缩模量Es/MPa 回弹再压缩模量E′s/MPa ①1 1.59 1.94 1 0.30 0.03 5.35 ③1 1.81 1.12 ≈1 0.36 0.03 3.75 ③1-1 1.80 1.14 ≈1 0.43 0.06 5.32 ③2 1.86 0.95 ≈1 0.33 0.04 6.01 ③3 1.85 0.99 ≈1 0.33 0.04 5.57 18.0 ④7 1.91 0.82 ≈1 0.30 0.03 9.18 20.4 为：第①大单元层，全新世海相沉积物（Q4 m ） （①1淤泥（Q4 m ），①2淤泥（Q4 m ），①3淤泥质 土（Q4 al），①4淤泥质黏土夹砂（Q4 al））；第② 大单元层，晚更新世晚期陆相沉积物（Q３ al+pl） （②1黏土（Q３ al+pl））；第③大单元层，晚更新世 中期海相冲积物（Q3 m+al）（③1淤泥质土（Q3 m+al）， ③1-1黏土及粉质黏土（Q3 m+al），③2粉质黏土夹砂 （Q3 m+al）,③2-1粉细砂（Q3 m+al），③2-2粉细砂,③3 粉质黏土（Q3 m+al））；第④大单元层，晚更新世早 期河流相冲积物（Q3 al）（④1粉细砂（Q3 al），④2粉 细砂（Q3 ql），④3-1中砂（Q3 al）,④3-2中砂（Q3 al）， ④4粗砾砂（Q3 al），④5粗砾砂（Q3 al），④6圆砾土 （Q3 al），④7粉质黏土（Q3 al））。主要土层压缩指标 见表1。 为进一步分析评价地基土沉降变形特性，开 展了施工图补充勘察[2]。补勘共完成80个钻孔，一 般原位测试孔39个，技术孔41个，383个孔压静力 表2 施工图补充勘察主要土层压缩指标 层号 饱和密度ρ/(t·m-3) 初始孔隙比e0 超固结比OCR 压缩指数Cc 回弹再压缩指数Cs 压缩模量Es/MPa 次固结系数/‰ 11 1.59 1.723 0.94 0.69 0.03 1.41 1.947 21 1.83 0.866 1.52 0.27 0.03 7.69 1.365 31 1.77 1.052 2.16 0.46 0.02 7.69 1.365 32 1.81 0.958 1.49 0.34 0.03 4.76 0.719 41 1.86 0.827 1.19 0.32 0.03 0.145 触探孔（CPTUs），22个孔压静力触探消散试验 孔（CPTUDs）。主要土层压缩指标见表2。 李建宇， 梁 桁：港珠澳大桥岛隧工程隧道基础沉降计算及参数选取 补勘+详勘勘察孔在隧道基础范围内形成了3 条勘探线，每条勘探线上勘探点间距为50.0 m，该 勘探布置形式准确描述了地层分布，可准确指导 地基加固深度。详勘报告中推荐了初始孔隙比、 压缩指数、再压缩指数、压缩模量及部分土层回 弹模量等沉降计算参数，①1~①3黏土层定义为正 常固结土-欠固结土；②~③黏土层定义为正常固 结土-超固结土，并趋向于正常固结，报告中未提 供次固结系数。补充勘察报告与详勘对第一大土 层判定相同，判定为欠固结土-正常固结土，但其
·86 水运工程 2013年 余黏土均判定为超固结土，同时报告中提供了超 合地基基础，通过调整管桩间距实现暗埋段与敵 载比OCR数值，且补报告提供了不同工况荷载 开段基础过渡：沉管段前两个小关节采用高喷 下的次周结系数 复合地基基础，以协调暗埋段国利性桩复合地基与 沉管过渡段挤密砂桩复合地基刚度沉管过濩段 2基础加固方案 采用挤密砂桩复合地基，通过调整挤密砂柱置换 根据荷载变化要求及地质条件的差异，隧道 率实现刚度平缓过渡：沉管中间深埋段基槽开挖 基础采用5种方式，分别为：1)经过预压过的天然 深度大，基础为超固结老黏土或密实砂土，原状 地基基础：2)经过预压且设置PHC管桩的则性 土不予处理。诵讨调整排的间距及打设深度，使 桩复合地基基础3)经过预压且打设高压旋畛 刚性桩复合地基、半刚性桩复合地基、柔性桩复 桩的半刚性桩基础：4)挤密砂桩柔性桩复合地 合地基及天然地基刚度平缓过渡，确保基础均匀 基基础：5)未经处理的天然地基基础。隧道 沉降以避免过大差异沉降产生破坏结构的内力 开段荷载较小，采用经过大超载比预压过的天然 基础加固方案见图1 基础；暗埋段荷载相对较大，采用PHC刚性桩复 可管 图1 隧道基础加固方 3沉降计算方法及参数选取 s-Vs (3) 3.1挤密砂桩(SCP)复合地基沉降计算 E 。∑A+∑A 1)建筑地基基能设计规范 (4) 《建筑地基基础设计规范》5.3.5节给出 通用的沉降计算公式(1)，式中，根据当量模量 E-E (5) 查表确定，当量模量计算公式为式(2)。但《建 号 (6) 筑地基基础设计规范》叫中没有明确复合地基沉降 计算方法。 2)建筑地基处理技术规范 1G179一2002《律筑地基处理技术规带》刚 s-ws-(0-2-18-) (1 石桩复合地基沉降计算方法，如式(3)(4)， E=∑A 但式(4)中复合地基压缩模量E如式(7)。 (2 E1+m0n-1]E (7) 式中：m为砂柱置换率：为桩土应力比 《建筑地基基础设计规范》明确了复合地 即将实行的《建筑地基处理技术规范》砂 基沉降计算方法，如式(3)，式中系数g根据 石桩复合地基沉降计算方法，如式(3)~(6) 式(4)计算的当量模量查表确定。复合地基模量 3)日本规范 E为天然地基模量的倍，系数为复合地基承载 挤密砂桩技术在日本已比较成熟，挤密砂柱 力f与天然地基承载力f的比值 复合地基沉降计算已编人规范。Technical standard达 C)1994-2020 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved. http://www.cnki.ne
• 86 • 水运工程 2013 年 余黏土均判定为超固结土，同时报告中提供了超 载比OCR数值，且补勘报告提供了不同工况荷载 下的次固结系数。 2 基础加固方案 根据荷载变化要求及地质条件的差异，隧道 基础采用5种方式，分别为:1）经过预压过的天然 地基基础；2）经过预压且设置PHC管桩的刚性 桩复合地基基础；3）经过预压且打设高压旋喷 桩的半刚性桩基础；4）挤密砂桩柔性桩复合地 基基础；5）未经处理的天然地基基础。隧道敞 开段荷载较小，采用经过大超载比预压过的天然 基础；暗埋段荷载相对较大，采用 刚性桩复 合地基基础，通过调整管桩间距实现暗埋段与敞 开段基础过渡；沉管段前两个小关节采用高喷桩 复合地基基础，以协调暗埋段刚性桩复合地基与 沉管过渡段挤密砂桩复合地基刚度；沉管过渡段 采用挤密砂桩复合地基，通过调整挤密砂桩置换 率实现刚度平缓过渡；沉管中间深埋段基槽开挖 深度大，基础为超固结老黏土或密实砂土，原状 土不予处理。通过调整桩的间距及打设深度，使 刚性桩复合地基、半刚性桩复合地基、柔性桩复 合地基及天然地基刚度平缓过渡，确保基础均匀 沉降以避免过大差异沉降产生破坏结构的内力， 基础加固方案见图1。 3 沉降计算方法及参数选取 3.1 挤密砂桩（SCP）复合地基沉降计算 1）建筑地基基础设计规范。 《建筑地基基础设计规范》[3]5.3.5节给出了 通用的沉降计算公式（1），式中ψs根据当量模量 查表确定，当量模量计算公式为式（2）。但《建 筑地基基础设计规范》[1]中没有明确复合地基沉降 计算方法。 s s E p z z i n s s si i i i i 0 2 - 12 1 l / - - （1） E E A A s si i i = / / （2） 《建筑地基基础设计规范》[4]明确了复合地 基沉降计算方法，如式（3），式中系数ψsp根据 式（4）计算的当量模量查表确定。复合地基模量 Espi为天然地基模量的ξ倍，系数ξ为复合地基承载 力fspi与天然地基承载力fsi的比值。 s=ψsps′ （3） E E A E A A A s spi i si j i j / / / / （4） Espi=ξEs （5） f f si spi p = （6） 2）建筑地基处理技术规范。 JGJ 79—2002《建筑地基处理技术规范》[5]砂 石桩复合地基沉降计算方法，如式（3）~（4）， 但式（4）中复合地基压缩模量Espi如式（7）。 Espi=[1+m(n-1)]Es （7） 式中：m为砂桩置换率；n为桩土应力比。 即将实行的《建筑地基处理技术规范》[6]砂 石桩复合地基沉降计算方法，如式（3）~（6）。 3）日本规范。 挤密砂桩技术在日本已比较成熟，挤密砂桩 复合地基沉降计算已编入规范。Technical standards 图1 隧道基础加固方案 ψ ψ
第7期 李建宇，梁桁：港珠澳大桥岛遂工程隧近基础沉降计算及参数选取 ·87 and commentaries for port and harbor facilities in 当高喷桩成桩质量较好，桩体强度较高，按 Japan川和日本察合律设株式会社编制的《海上挤 式(11)一(12)什算的复合地基压缩模量偏大而 密砂桩工法设计、施工手册》采用了相同的沉降 使沉降计算值小于实际值。鉴于岛隧工程地质条 计算方法，即挤密沙桩复合地基s为原状土地基沉 件及场地施工状况特点，检测结果表明高喷桩戒 降s。与沉降折诚比B的乘积，B是置换率m与桩士 桩质量较差、桩体强度较低，故本工程高喷桩复 应力比的函数。图2为日本实测资料中沉隆折成 合地基沉降计算参照地基处理技术规范中水泥士 比与置换率的关系 一般桩土应力比m=4计算结果 搅拌桩沉降计算模式。 与实测值相近。 3.3PHC刚性桩复合地基沉降计算 s-Bso (8) 《建筑地基基黜设计规范》及《建筑地 处理技术规范》4规定复合地基沉降计算符合式 R=1+m-)m(mc0.5) (9) (3)~(6)。刚性桩复合地基沉降主要计算参数 =1-m(m≥0.5 (10 为原状土压缩模量、原状土承载力及复合地基承 载力，原状土及复合地基承载力用于确定系数， 压缩模量用于计算原状土沉降。规范规定的原状 土沉隆计算方式依托于准确的压缩模量，压缩模量 为土的自重压力-土的自重压力与附加压力之和的 力段的模量，而勘察报告中一般给出100-200kPa压 力段的压缩模量，所以沉降计算时较难找到相 01 08 应的模量，故可采用其它土力学参数进行计算， 图2沉降折减比与置换率的关系 如压缩系数a ,体积压缩系数m,压缩指数C和再 压缩指数C 由于挤密砂桩的特殊成桩工艺以及其在日本 3.4原状土地基沉降计算 成功广泛的应用，本工程基础设计采用日本规范 挤密砂桩复合地基和PHC桩复合地基沉降 进行计算。 算依托于原状土地基沉降，而原状地基沉降可按 3.2高压旋喷桩复合地基沉降计算 照式(1)进行计算，也可采用式(13)~(17) 《建筑地基处理技术规范》水泥土搅拌粧 计算。 复合地基压缩变形s如式(11) :+pa)l =∑，e4H=∑m4pH=∑言4H(13) (11) (14) E=mE,+(1-m)E, (12) =∑名h=∑能a 式中p,为搅拌桩复合土层顶面附加压力值：P为 C()(15) 搅拌桩复合土层底面附加压力值：E,为复合土层 压缩模量；E,为桩体压缩模量，取100-120.（ 体抗压强度)。 =Σ尝A=∑CeLA)16 根据《建筑地基处理技术规范》规定，高 压旋喷桩复合地基依据式(1)计算，复合土层压 s0-ce会+Cg(严t2判 缩模量根据地区经验确定」 (17) 《建筑地基处理技术规范》旋喷桩复合地 式(13)中沉降计算参数a.m及E不是 基沉降计算符合式(3)~(6)，水泥土搅拌桩沉 恒定值，而是随计算土层有效应力发生变化的 降计算符合式(11)~(12 由于试验条件的限制，勘察报告中一般只给出 (C)1994-020 China Academie Joumal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.enki.ne
• 87 第 • 7 期 图2 沉降折减比与置换率的关系 and commentaries for port and harbor facilities in Japan[7]和日本综合建设株式会社编制的《海上挤 密砂桩工法设计、施工手册》采用了相同的沉降 计算方法，即挤密砂桩复合地基s为原状土地基沉 降s0与沉降折减比βc的乘积，βc是置换率m与桩土 应力比n的函数。图2为日本实测资料中沉降折减 比与置换率的关系，一般桩土应力比n=4计算结果 与实测值相近。 s=βcs0 （8） 1 ( 1) 1 n m c - = + b （m<0.5） （9） βc=1-m（m≥0.5） （10） 当高喷桩成桩质量较好，桩体强度较高，按 式（11）~（12）计算的复合地基压缩模量偏大而 使沉降计算值小于实际值。鉴于岛隧工程地质条 件及场地施工状况特点，检测结果表明高喷桩成 桩质量较差、桩体强度较低，故本工程高喷桩复 合地基沉降计算参照地基处理技术规范中水泥土 搅拌桩沉降计算模式。 3.3 PHC刚性桩复合地基沉降计算 《建筑地基基础设计规范》[2]及《建筑地基 处理技术规范》[3-4]规定复合地基沉降计算符合式 （3）~（6）。刚性桩复合地基沉降主要计算参数 为原状土压缩模量、原状土承载力及复合地基承 载力，原状土及复合地基承载力用于确定系数ξ， 压缩模量用于计算原状土沉降。规范规定的原状 土沉降计算方式依托于准确的压缩模量，压缩模量 为土的自重压力-土的自重压力与附加压力之和的压 力段的模量，而勘察报告中一般给出100~200 kPa压 力段的压缩模量，所以沉降计算时较难找到相对 应的模量，故可采用其它土力学参数进行计算， 如压缩系数a，体积压缩系数mv，压缩指数Cc和再 压缩指数Cs。 3.4 原状土地基沉降计算 挤密砂桩复合地基和PHC桩复合地基沉降计 算依托于原状土地基沉降，而原状地基沉降可按 照式（1）进行计算，也可采用式（13）~（17） 计算[8]。 s e a pH m pH E p H 1 c i vi i i vi i i si i i / D / D / D （13） s e e e H e e H 1 1 2 1 c i i i i i i i - - D / / （14） s e e H e H C p p p 0 0 0 0 c i i i i i si i D i D / / （15） s e e H e H C p p p c i i i i i si i i 0 0 0 - 0 D D / = / （16） s e e H e H C p p C p p p c i i i i i si i ci ci ci i i 0 0 0 - 0 D D / / ; E （17） 式（13）中沉降计算参数avi，mvi及Esi不是 恒定值，而是随计算土层有效应力发生变化的。 由于试验条件的限制，勘察报告中一般只给出 李建宇， 梁 桁：港珠澳大桥岛隧工程隧道基础沉降计算及参数选取 由于挤密砂桩的特殊成桩工艺以及其在日本 成功广泛的应用，本工程基础设计采用日本规范 进行计算。 3.2 高压旋喷桩复合地基沉降计算 《建筑地基处理技术规范》[3]水泥土搅拌桩 复合地基压缩变形s1如式（11）。 s E p pl sp z zl （11） Esp=mEp+(1-m)Es （12） 式中:pz为搅拌桩复合土层顶面附加压力值；pzl为 搅拌桩复合土层底面附加压力值；Esp为复合土层 压缩模量；Ep为桩体压缩模量，取100~120fcu（桩 体抗压强度）。 根据《建筑地基处理技术规范》[3]规定，高 压旋喷桩复合地基依据式（1）计算，复合土层压 缩模量根据地区经验确定。 《建筑地基处理技术规范》[4]旋喷桩复合地 基沉降计算符合式（3）~（6），水泥土搅拌桩沉 降计算符合式（11）~（12）
·88 水运工程 2013年 100200kPa压力段的压缩模量，有特殊要求时亦 的拟超固结土（施工期预压应力远大于运营期荷 提供200^300kPa或300400kPa压力段的压缩模 载，且固结度达到了90%以上)，故沉降计算宜 量，这些限定压力段的压缩模量不能准确反映某 采用压缩指数C和再压缩指数C进行计算。 一土层的点实模量，设计人员预计采用式(13) 3.5次固结沉降计算 进行计算时，应根据实际的工况荷载条件要求勘 浅埋段隧道基础尚残存较厚的软黏土，正确 察单位提供特定压力段的压缩模量。 评价该软土层次固结沉降量S,也是节省工程造价及 式(14)和(15)适用于正常固结土的固结 保证工程安全的关键。国际上通用的次固结沉降 沉降计算，采用式(14)计算时，先将点(e, 公式(18))，次周结沉降计算关键在于次固结系 p)绘制e-p曲线拟合一个二次多项式以便每个 数C,的确定，国内外有很多学者建立了含水量 算土层的有效应力D都能对应一个值，然后分层 夜限、压缩指数等参数与次周结系数的关系， 按照式(14)计算。为使拟合曲线更准确一般将 e-p曲线转换为e-n自+p)曲线，以详勘粉质黏土层 harbor facilities in Japan》推荐采用压缩指数推算 e-p曲线拟合为例，结果见图3和4，e-h+p)曲线 次固结系数，如式(19)。Secondary Copares 有效应力超过50kPa后拟合相关度更高。正常固结 of Peat W ith or W ithout Surchargeing研究表明经过 土也可采用式(15)计算，宜通过高压固结试略 预压的软土次固结系数随超找比的增大而递减， 确定压缩指数C。 例如当超载比为2.0时次固结系数可折减约0.2倍。 对于超固结土，应采用即曲线求先期固结 本工程残道基础岛上段采用降水联合堆载预压大 压力P。,然后根据超固结的程度，分下列两种情 超载比进行预压，原状士次固结系数应显著折 况进行沉降计算，当po+△p≤p,时采用式(16) 减，为准确评估次固结系数设计要求采用与实际 计算分层土的沉降量 当po+△p>P时采用式 工况相一致的应力环境进行次固结试验。 (17)计算分层土的沉降量。 S.-Tfehlg(t) (18) C=(0.030.05)C (19) 式中为初始孔隙比：h为土层厚度：为次周结 0 合 发生时间（港珠澳大桥使用寿命120a,=120a): C为压缩指数。 网 3.6指标的选取 0 300 详勘与补期报告中基本的物理指标密度、含 图3ep拟合曲线 水量、孔隙比、液塑性等较一致，主要压缩指标 压缩模量、压缩指数、再压缩指数等相近但稍有 差别。详物判定上部软黏土为正常固结~欠固结状 ◆一g-alp版合由线 态，下部黏土为正常固结-稍超固结状态，趋向 于正常固结，报告中未明确超固结比具体数值 补勘中对于上部软土的判定与详粉相同：下部黏 0.0 土判定为超固结土，并明确了超固结比。隧道岛 12 5 6 上段基础经过了大超载比预压，原状正常固结土 图4c-h+p拟合曲线 欠固结土经预压后相对运营期荷载为超固结状态 (命名为拟超固结)，经过预压后隧道基础下整 本工程递道敞开段采用天然地基作为隧道 个黏土层都为超固结状态，原状土沉降计算参数 基础，其范围内的土质为超固结土或为经过预压 应采用考虑应力历史的-l即沉降计算相关参数 C)1994-2020 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved. http://www.cnki.ne
• 88 • 水运工程 2013 年 100~200 kPa压力段的压缩模量，有特殊要求时亦 提供200~300 kPa或300~400 kPa压力段的压缩模 量，这些限定压力段的压缩模量不能准确反映某 一土层的真实模量，设计人员预计采用式（13） 进行计算时，应根据实际的工况荷载条件要求勘 察单位提供特定压力段的压缩模量。 式（14）和（15）适用于正常固结土的固结 沉降计算，采用式（14）计算时，先将点（e， p）绘制e-p曲线拟合一个二次多项式以便每个计 算土层的有效应力p都能对应一个e值，然后分层 按照式（14）计算。为使拟合曲线更准确一般将 e-p曲线转换为e-ln(1+p)曲线，以详勘粉质黏土层 e-p曲线拟合为例，结果见图3和4，e-ln(1+p)曲线 有效应力超过50 kPa后拟合相关度更高。正常固结 土也可采用式（15）计算，宜通过高压固结试验 确定压缩指数Cc。 对于超固结土，应采用e-lgp曲线求先期固结 压力pci，然后根据超固结的程度，分下列两种情 况进行沉降计算，当p0i+Δp≤pci时采用式（16） 计算分层土i的沉降量；当p0i+Δp＞pci时采用式 （17）计算分层土i的沉降量。 0 e 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 100 p/kPa 200 300 400 500 epՋఛጲ ܲᮉय(epՋఛጲ) y=8×10-7 x 2 +0.977 R2 =0.994 图3 e-p拟合曲线 eln(1+p)Ջఛጲ ܲᮉय(eln(1+p) Ջఛጲ) 0 e 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 1 lnp/kPa 234 5 6 7 y=0.007x 2 +0.020x+0.981 R2 =0.999 图4 e-ln(1+p)拟合曲线 的拟超固结土（施工期预压应力远大于运营期荷 载，且固结度达到了90%以上），故沉降计算宜 采用压缩指数Cc和再压缩指数Cs进行计算。 3.5 次固结沉降计算 浅埋段隧道基础尚残存较厚的软黏土，正确 评价该软土层次固结沉降量Ss也是节省工程造价及 保证工程安全的关键。国际上通用的次固结沉降 公式（18）[9]，次固结沉降计算关键在于次固结系 数C е 的确定，国内外有很多学者建立了含水量、 液限、压缩指数等参数与次固结系数的关系， 《Technical standards and commentaries for port and harbor facilities in Japan》[5]推荐采用压缩指数推算 次固结系数，如式（19）。Secondary Comparession of Peat With or Without Surchargeing[7]研究表明经过 预压的软土次固结系数随超载比的增大而递减， 例如当超载比为2.0时次固结系数可折减约0.2倍。 本工程隧道基础岛上段采用降水联合堆载预压大 超载比进行预压，原状土次固结系数应显著折 减，为准确评估次固结系数设计要求采用与实际 工况相一致的应力环境进行次固结试验。 S e C h t t 0 0 s 2 ‘ j （18） C е =（0.03~0.05）Cc （19） 式中:e0为初始孔隙比；h为土层厚度；t为次固结 发生时间（港珠澳大桥使用寿命120 a，t=120 a）； Cc为压缩指数。 3.6 指标的选取 详勘与补勘报告中基本的物理指标密度、含 水量、孔隙比、液塑性等较一致，主要压缩指标 压缩模量、压缩指数、再压缩指数等相近但稍有 差别。详勘判定上部软黏土为正常固结-欠固结状 态，下部黏土为正常固结-稍超固结状态，趋向 于正常固结，报告中未明确超固结比具体数值。 补勘中对于上部软土的判定与详勘相同；下部黏 土判定为超固结土，并明确了超固结比。隧道岛 上段基础经过了大超载比预压，原状正常固结土- 欠固结土经预压后相对运营期荷载为超固结状态 （命名为拟超固结），经过预压后隧道基础下整 个黏土层都为超固结状态，原状土沉降计算参数 应采用考虑应力历史的e-lgp沉降计算相关参数 本工程隧道敞开段采用天然地基作为隧道 基础，其范围内的土质为超固结土或为经过预压
第7期 李建字，梁桥：港珠澳大桥岛隧工程隧道基础沉降计算及参数选取 ·89 C和C,以及超固结比OCR。次固结系数虽然可利 力状态下测定的次固结系数，故本工程沉降计算 用压缩指数、液限指数、含水量及超固结比等推 参数参照补勘数据。 算，但根据现场实际应力路径做出的次固结系数 8)本工程依据变化的荷载及地质条件采用了 更为可靠，补期报告中密内试验根据现场荷载情 多种基础加固方式，应用了柔性桩、半刚性桩、 况加卸载，在加卸载的过程中进行固结试验获取 刚性桩复合地基以及考虑应力历史的天然地基计 次固结系数。综上述，本工程设计过程中地基沉 算方法，为类似工程沉隆计篁提供思路。本文仅 降计算参数采用表2中的密度、孔隙比、超载比、 对隧道基础沉降计算进行综述，隧道基础设计团 压缩指数、再压缩指数及次固结系数。 队将根据后期沉降数据验证沉降计算方法及沉降 计算参数选取，并根据监测数据指导沉降计算公 4结语 式中参数的修正。 1)沉降控制是港珠澳大桥岛隧工程喽道基础 设计的关键，设计团队依托于详尽的勘察报告分 参考文献： 析比较不同基础处理形式的沉降计算方法。同时 ]中交第四航务工程勘察设计院有限公司.港珠澳大桥 分析比较详勘及补勘报告中沉降计算参数，根据 主体工程岛隧工程补充地质勘察隧道区工程地质勘察 基础加固形式及沉降计算方法确定最终采用的沉 报告成1广州：中交第四航务工程勘察设计院有限公 降计算参数。 司，2012 2)挤密砂桩复合地基沉降计算公式应符合文 )]中交第二航务工程勘察设计院有限公可.港珠澳大桥 献的规定。 主体工程施工图阶段工程地质察报告]武汉：中 3)根据本工程已检测的高喷桩成桩质量及高 交第二航务工程粉察设计院有限公司，2010， 喷桩现场施工难度，高喷桩桩体强度差，推荐采 3】GB5007一2002建筑地基基础设计规范51 用《建筑地基处理技术规范》中水泥土搅拌桩复 4]GB5007一2011建筑地其基础设计规范51 合地基沉降计算方法。 5)J79一202建筑地基处理技术规范61 4)PHC刚性桩复合地基沉降计算应符合《建 B]GJ79一2012建筑地基处理技术规范5] 筑地基基础设计规范》四及《建筑地基处理技术规 7Ports and harbours bureau,technical standards and 范》即复合地基沉降计算方法。 com m entaries for port and harbor facilities in IAPAN S] 5)鉴于隧道基础黏土层超固结或拟超固结特 Tokyo:The Overseas CoastalA rea Devebpm ent Institte of 性，原状土地基沉降计算采用考虑应力历史的沉 Japan,2009 降计算参数压缩指数C,再压缩指数C以及超固 含1蓝仲.土力学M1北京：洁华大学出版社.1997 结比OCR )工程地质手册编写委员会。工程地质手册]4版.北 6)超载预压地基土的次固结系数应根据超载 京：中因建筑工业出版社，2007. 比的大小子以折减，本工程为更准确评估次固结 沉降量，测定次固结系数土工试验加载过程与现 surcharging[n Joumal ofG eotechn ical and Geoenvionm ental 场加载过程相同。 Engineering1.9976:411-421. 7)补勘报告推荐了考虑应力历史的沉降计算 参数C。,C,以及OCR,并提供了根据现场实际应 (本文编辑武亚庆) (C)1994-2020 China Academie Joumal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.enki.net
• 89 第 • 7 期 Cc和Cs以及超固结比OCR。次固结系数虽然可利 用压缩指数、液限指数、含水量及超固结比等推 算，但根据现场实际应力路径做出的次固结系数 更为可靠，补勘报告中室内试验根据现场荷载情 况加卸载，在加卸载的过程中进行固结试验获取 次固结系数。综上述，本工程设计过程中地基沉 降计算参数采用表2中的密度、孔隙比、超载比、 压缩指数、再压缩指数及次固结系数。 4 结语 1）沉降控制是港珠澳大桥岛隧工程隧道基础 设计的关键，设计团队依托于详尽的勘察报告分 析比较不同基础处理形式的沉降计算方法。同时 分析比较详勘及补勘报告中沉降计算参数，根据 基础加固形式及沉降计算方法确定最终采用的沉 降计算参数。 2）挤密砂桩复合地基沉降计算公式应符合文 献[7]的规定。 3）根据本工程已检测的高喷桩成桩质量及高 喷桩现场施工难度，高喷桩桩体强度差，推荐采 用《建筑地基处理技术规范》[4]中水泥土搅拌桩复 合地基沉降计算方法。 4）PHC刚性桩复合地基沉降计算应符合《建 筑地基基础设计规范》[2]及《建筑地基处理技术规 范》[4]复合地基沉降计算方法。 5）鉴于隧道基础黏土层超固结或拟超固结特 性，原状土地基沉降计算采用考虑应力历史的沉 降计算参数压缩指数Cc，再压缩指数Cs以及超固 结比OCR。 6）超载预压地基土的次固结系数应根据超载 比的大小予以折减，本工程为更准确评估次固结 沉降量，测定次固结系数土工试验加载过程与现 场加载过程相同。 7）补勘报告推荐了考虑应力历史的沉降计算 参数Cc，Cs以及OCR，并提供了根据现场实际应 力状态下测定的次固结系数，故本工程沉降计算 参数参照补勘数据。 8）本工程依据变化的荷载及地质条件采用了 多种基础加固方式，应用了柔性桩、半刚性桩、 刚性桩复合地基以及考虑应力历史的天然地基计 算方法，为类似工程沉降计算提供思路。本文仅 对隧道基础沉降计算进行综述，隧道基础设计团 队将根据后期沉降数据验证沉降计算方法及沉降 计算参数选取，并根据监测数据指导沉降计算公 式中参数的修正。 参考文献： [1] 中交第四航务工程勘察设计院有限公司. 港珠澳大桥 主体工程岛隧工程补充地质勘察隧道区工程地质勘察 报告[R]. 广州: 中交第四航务工程勘察设计院有限公 司, 2012. [2] 中交第二航务工程勘察设计院有限公司. 港珠澳大桥 主体工程施工图阶段工程地质勘察报告[R]. 武汉: 中 交第二航务工程勘察设计院有限公司, 2010. [3] GB 5007—2002 建筑地基基础设计规范[S]. [4] GB 5007—2011 建筑地基基础设计规范[S]. [5] JGJ 79—2002 建筑地基处理技术规范[S]. [6] JGJ 79—2012 建筑地基处理技术规范[S]. [7] Ports and harbours bureau,technical standards and commentaries for port and harbor facilities in JAPAN[S]. Tokyo:The Overseas Coastal Area Development Institute of Japan,2009. [8] 陈仲颐. 土力学[M]. 北京: 清华大学出版社, 1997. [9] 工程地质手册编写委员会. 工程地质手册[M]. 4版. 北 京: 中国建筑工业出版社, 2007. [10] Mesri G. Sencondary compression of peat with or without surcharging[J]. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering,1997(5): 411-421. （本文编辑 武亚庆） 李建宇， 梁 桁：港珠澳大桥岛隧工程隧道基础沉降计算及参数选取