某船舶制造場區(qū)堆載作用下軟土地基變形分析

穆永亮

(定海區(qū)水利圍墾局,浙江 定海 316000)

1 問題的提出

長白島海洋工程裝備和船舶制造項目位于浙江省舟山市長白島蛟白門至車渡碼頭沿海地帶,工程占地830 000 m2,一期工程建成后可年產(chǎn)60萬t船舶。工程陸域部分主要為大片鹽場,需回填才能使用。設(shè)計采用塑料排水板、堆載預(yù)壓并結(jié)合強夯動力固結(jié)法對淤泥質(zhì)土進(jìn)行處理。

場區(qū)監(jiān)測點的布置見圖1。主要監(jiān)測項目包括地表沉降、孔隙水壓力、土層抗剪強度、深層水平位移等。場地內(nèi)分9個區(qū)塊共計設(shè)置35個沉降測點,14組孔壓測點,36個土層抗剪強度試驗點;外側(cè)邊緣外2 m設(shè)置7個水平位移測點。場區(qū)加載以石渣料為主,3級加載,第1級2.5m,歷時2個多月,第2、3級各2m?，F(xiàn)場觀測時間自2007年5月起,歷經(jīng)480多天。

圖1 監(jiān)測儀器平面布置圖

本文主要對1～3區(qū)的監(jiān)測數(shù)據(jù)所反應(yīng)的變形規(guī)律進(jìn)行分析。

2 土層分布及特性

巖土層自水下地面以下按其成因類型、工程地質(zhì)特征、土性結(jié)構(gòu)及物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的差異,劃分為7個工程地質(zhì)層(亞層)。第①1層填土,埋藏較淺,結(jié)構(gòu)松散,土質(zhì)不均,穩(wěn)定性差;第①2層淤泥、第②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土,具高含水率、高壓縮性、高靈敏度的特點,工程力學(xué)性質(zhì)較差;第③層可塑～硬塑狀黏土,土的工程性質(zhì)較好;第④層可塑狀粉質(zhì)黏土,工程性質(zhì)較差;第⑤1層黏土,工程力學(xué)性質(zhì)較好;第⑤2層黏性土夾砂礫,可塑,殘坡積層,工程力學(xué)性質(zhì)較好;第⑥層強風(fēng)化晶屑凝灰?guī)r工程性質(zhì)較好,但埋藏淺空間分布不穩(wěn)定,層厚變化較大;第⑦層中等風(fēng)化晶屑凝灰?guī)r,工程性能好,是較好的持力層。各土層的主要物理力學(xué)特性見表1。

表1 土層主要物理力學(xué)特性表

3 軟土地基變形特性及分析

3.1 沉降變形與時間關(guān)系分析

根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)分析,東側(cè)區(qū)域平均沉降量1 539 mm,西側(cè)區(qū)域1 584 mm,南側(cè)和北側(cè)區(qū)域分別為1 629,1 503mm,結(jié)果與地質(zhì)情況吻合。東側(cè)區(qū)域靠近山體,地質(zhì)條件相對較好,其沉降量小于西側(cè)區(qū)域;南側(cè)區(qū)域臨近海側(cè)且邊上有水溝,地質(zhì)條件較差。從觀測結(jié)果分析,累計沉降量小于設(shè)計值,主要因為部分監(jiān)測點第3級加載較遲,沉降還未完成,且預(yù)留超高荷載也未完成。

從圖2的曲線特征及量值分析,沉降主要發(fā)生于第1、2級荷載,第3級荷載明顯小于前2級?？傮w分析,后一級荷載平均沉降速率小于前一級。在加荷過程中,瞬時沉降十分明顯,部分測點沉降速率超過30mm/d,但一般持續(xù)時間較短,衰減很快,通常第2天或第3天就＜10mm/d,并逐漸趨于平穩(wěn)?，F(xiàn)場監(jiān)測發(fā)現(xiàn),加載后的沉降速率與加載厚度有較大關(guān)系,加載荷載較大不僅使沉降速率異常增大,而且使其衰減也較為緩慢。采用薄層多次加載的施工方法,可明顯減少瞬時沉降,但同樣要控制好停荷預(yù)壓時間[1-2].。

圖2 1～3區(qū)典型觀測點荷載-沉降-時間關(guān)系曲線圖

3.2 水平位移變形規(guī)律分析

從圖3加載過程中最大位移與時間的關(guān)系曲線特征分析,位移變化向場地外側(cè)方向,加載初期水平位移量較大,尤其反映在第1、2級荷載期間,說明附近回填時地基淺層土體向外側(cè)擠淤較大。從趨勢發(fā)展看,加載過后位移速率呈下降趨勢,第3級加載后位移較小。

從圖中可看出,最大水平位移在-5.5m高程附近,主要位于①2層淤泥和②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層。但從深度關(guān)系曲線分析,最大影響深度超過20m。

圖3 位移與時間關(guān)系曲線圖

3.3 地基土變形和孔隙水壓力的關(guān)系分析

圖4 為超孔隙水壓力與時間關(guān)系曲線。從圖中可以看出,超孔壓變化經(jīng)歷3個階段,對應(yīng)了3次施工加載過程,隨后,孔壓值不斷消散,這主要是由于排水板發(fā)揮作用,使得土體有效荷載緩慢增加[2].。

孔壓曲線比較靈敏地反映了荷載的變化,荷載增加,孔隙水壓力增加,荷載停止,孔隙水壓力開始消散,其值減小。

圖4 孔隙水壓力與時間關(guān)系曲線圖

地基中孔隙水壓力的消散過程,就是地基土發(fā)生固結(jié)的過程,也就是地基土的沉降過程。場地1～3區(qū)排水條件較好,固結(jié)度計算明顯高于場地內(nèi)部區(qū)域。南側(cè)區(qū)域先于北側(cè)加載,其固結(jié)效果明顯好于北測,淺至中部土層的固結(jié)度在80%以上。

根據(jù)各級荷載作用下的孔壓系數(shù)分析,加載時局部位置,尤其是淺層增量較大,已超過正?？刂频?.6,最大的超過0.7。深部土層孔壓系數(shù)較小,一般在0.3左右。從過程線分析,荷載影響深度超過20m。

4 結(jié) 語

(1)3級加載后區(qū)域地基土平均固結(jié)度達(dá)75%以上,沉降已大部分完成,地基處理達(dá)到預(yù)期效果。

(2)堆載預(yù)壓施工時,應(yīng)嚴(yán)格按加荷曲線進(jìn)行分級加載,控制施工速率,使地基強度逐漸適應(yīng)上部荷載的增加,急于求成,容易在施工期出現(xiàn)較大的沉降,增加填筑工程量,也易于導(dǎo)致地基的失穩(wěn)。

(3)加載區(qū)的沉降過程并沒有完成,地基尚有一部分主固結(jié)變形和次固結(jié)變形發(fā)生,而且填筑體本身也還有一定量的變形。同時,各區(qū)域荷載大小、預(yù)壓時間不同,沉降速率也不一致。

(4)在這種面積較大荷載作用下地基變形的影響深度可能超出常規(guī)荷載作用下的影響深度[3].,因此在沉降計算中應(yīng)引起注意。

[1].陳仲頤,周學(xué)星,王洪瑾.土力學(xué) [M]..北京:清華大學(xué)出版社,1995.

[2].王引生.高速公路軟土地基的沉降問題[J]..中國公路學(xué)報,1993,19(1):35-39.

[3].折學(xué)森.軟土地基沉降計算[M]..北京:人民交通出版社,1998.