糧倉對軟土地基的影響

郭營飛 劉陽

[摘 要]隨著我國經濟發展水平的不斷提高，越來越多的大型建筑物和交通線路出現在城市中，比如糧倉、儲油罐、石油鉆井平臺、高速鐵路、高速公路、大型機場、城市高層建筑等等。由于實際需要，這些建筑很多必須興建在沿海地區，這些地區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，這就對地基提出了很高的要求。由于受到糧倉糧面變化所引起的低頻反復荷載作用，經常出現施工后沉降大、沉降時間長等問題，給工程造成了極大的安全隱患。由此可見，對于糧倉來說，研究其地基的變化規律對糧油食品儲備工程的建設以及建設后糧倉的使用和維護都具有非常重要的現實意義。

[關鍵詞]糧倉;軟土;變形;地基

[中圖分類號]TU447 [文獻標識碼]A

1 軟土的工程特性分析

1.1 軟土基本特性分析

軟土的主要構成成分是淤泥質土、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以及淤泥沉積物相互作用形成的。根據沉積物的沉積環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類型。為了說明我國軟土的基本特征，本文選取我國的典型地區軟土進行分析。

（1）唐山地區軟土特征分析。唐山曹妃甸區域的軟土在我國比較具有代表性，它主要是由瀉湖、淺水和濱海淺灘三個地貌單元構成，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，該區位于灤河三角洲平原，具有明顯的雙重岸線特征，其中內側大陸岸線具有發育的潮灘、鹽田以及沖積海積平原;外側島嶼岸線具有由12個小沙島組成的曹妃甸沙島和沙質海灘，外海岸線的高程大約為3m，寬闊的淺水瀉湖處于內外岸線之間。這一特定地理位置和特殊地貌區域的軟土主要具有如下基本特征：

（2）天津地區軟土特征分析。天津濱海新區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，使得該地區的沉積相逐漸轉變為海相沉積，因此就出現了現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軟土構成。天津地區主要淤泥和淤泥質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塊、夾粉土薄層、含少量碎貝殼、土質不均勻、流塑狀-高塑性、灰色-灰褐色。②層淤泥質黏土：底高程在-11.5-15.0m、層位較穩定、分布廣泛、混少量粉土團塊和碎貝殼、土質不均勻、軟塑狀、灰色。

綜上所述：我國軟土主要具有如下基本特征：

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

②具有一定的結構性：由于不同地區土的沉積環境、沉積年代以及孔隙水和礦物成分的不同導致了不同地區軟土的結構性存在一定的差異。結構性的主要作用是增大了士骨架的剛度，因此其力學特性與應力水平密切相關。應力水平低時，土會呈現較好的力學特性：應力水平超過某臨界值后，土的結構性破壞，使力學性質顯著惡化，而且這種惡化是不可逆的，短期內很難恢復。此外，結構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、低強度等特點，一般各參數的范圍如下：靈敏度為4-8、固結系數為（0.1～1.0）×10-3cm2/s、含水量高達45%～50%、塑性指數為20左右、壓縮系數為0.5～1.0MPa-1、強度為10～30kPa。

1.2 軟土的工程力學特征闡述

針對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、含有機質以及是飽和的等基本物理特性。同時，這些類型的土還具有一定的結構性，并且具有很小的滲透性、較高的壓縮性和很低的抗剪強度，廣泛分布于我國內陸江河湖泊的周圍和東南沿海地區。當軟土為淤泥質土時，它的天然孔隙比處于1和1.5之間，當軟土被稱為淤泥時，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：通常來說孔隙比處于1和2之間、含水量處于35%～80%之間;

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

（3）具有較高的壓縮系數：正常固結軟土的壓縮系數通常來說處于0.5～1.5MPa-1之間，壓縮指數處于0.35～0.75之間。

（4）具有顯著的流變性：處于載荷作用下，軟土將會出現剪切變形，甚至會導致抗剪強度的減少，這都是由于軟土承受剪應力的作用而造成的，而次固結沉降也會隨著主固結沉降的結束而產生。

（5）具有明顯的結構性：通常軟土呈現絮狀結構，特別是海相沉積地區的黏土更是如此。當這種軟土受到外力或者外載荷作用和干擾時，會使軟土的強度變小，出現流動狀態。而我國沿海地區的軟土屬于高靈敏度土，因此在這些地區進行基坑開挖和地基處理時，要嚴格避免土體受到外力擾動，否則就會使軟土的強度下降，影響最終地基的處理效果。

2 糧倉類型及其對地基的影響分析

我國最早的地上糧倉是在浙江河姆渡遺址出土七千多年前的“桿欄式”糧倉，隨后又在甘肅省大方盤城發掘出了“大方盤”糧倉。新中國成立時，我國庫容量僅有1260萬噸，而且大多數倉房非常簡陋，常為磚木結構和竹木結構，每倉的倉容量只有3—6萬公斤，同時還有一部分倉房是利用和改造的祠堂、廟宇，儲藏條件均不能滿足條件。目前糧倉主要以房式倉為主，淺圓倉和立筒倉為輔、共1000多億斤倉容的大規模儲備糧庫建設。

這些糧倉按照不同的分類方式有不同的糧倉類型：

（1）根據倉房的儲糧性能分類：氣調倉、低溫倉、準低溫倉、一般常溫倉;

（2）根據糧倉位置分類：地上倉、地下倉、半地下倉;

（3）根據倉房建筑條件及設備配置分類：簡易倉、一般糧倉、機械化糧倉、裝配式糧倉;

（4）根據倉房外形分類：房式倉、筒倉、樓房倉;

（5）根據倉內糧食堆裝方式分類：散裝倉、包裝倉。

糧倉的基礎會對軟土地基造成很大的影響，因此不同類型的糧倉在對地基的影響方面會存在一定的差異，但是由于糧倉的儲糧特性，它們的使用頻率比較低，大多數情況下是一年裝卸一次。由此可見，糧倉對地基的影響主要體現在低頻反復載荷下地基的變形特性方面。由于這種類型的載荷經歷的時間和載荷的變化周期都比較長，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

對反復載荷作用下的軟土地基變形機理進行研究首先要正確認識和了解軟土的定義、來源、分布范圍以及軟土的工程特性。本章在充分調研軟土相關文獻的基礎上，對軟土的基本概念和理論進行了整理和論述。

通過對軟土基本理論和工程特性的分析，主要得出如下結論：

（1）在世界范圍內，軟土主要分布在長江、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，通常以國家地理范圍內的軟土含量來描述這個國家的軟土分布，一般而言美國北部（波士頓和芝加哥）、墨西哥城、加拿大、丹麥除外的北歐諸國都是典型軟粘土的主要分布地區。

（2）我國的軟土靈敏度和孔隙比相比世界上典型軟土地區來說不是太高，且我國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%）、滲透性比較小（滲透系數約為1×10-6～1×10-8cm/s）、壓縮性較高（壓縮系數約為0.5～1.5MPa-1）、抗剪強度很低（不排水抗剪強度約為5～25kPa）、具有明顯的流變性和結構性。

（3）對我國糧倉的發展歷程及其主要類型特特征進行了描述，指出我國的糧倉主要有房式倉、磚圓倉、土圓倉、鋼板圓倉、鋼筋混凝土立筒倉以及地下倉等幾種類型，并且糧倉對地基的影響主要體現在低頻率反復荷載下地基的變形特性方面。由于這種類型的荷載經歷的時間和載荷的變化周期都比較長，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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