灘涂圈圍區(qū)地基處理及變形分析

黃 銳

(同濟(jì)大學(xué)，上海 200092)

灘涂圈圍區(qū)地基處理及變形分析

黃 銳

(同濟(jì)大學(xué)，上海 200092)

基于寶鋼灘涂圈圍區(qū)域地基處理及觀測(cè)結(jié)果，分析了沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)隨時(shí)間和荷載的變化規(guī)律，以及沉降因素的影響，實(shí)踐表明，采用塑料排水板堆載預(yù)壓法處理深層軟土地基，取得了較好的效果。

軟土地基，荷載，監(jiān)測(cè)，沉降

1 工程簡(jiǎn)介

寶鋼灘涂圈圍區(qū)域道路及橋梁工程位于上海市寶鋼分公司廠區(qū)內(nèi)灘涂新近圈圍區(qū)域內(nèi)。項(xiàng)目?jī)?nèi)容包括3 227 m長(zhǎng)的新建江堤和1.07 km2的圈圍陸地。圈圍的同時(shí)在圍內(nèi)吹填砂至3.35 m標(biāo)高，然后再往圈圍陸地堆填土方至4.2 m標(biāo)高。灘涂圈圍項(xiàng)目完成后，擬于圈圍區(qū)域分期建設(shè)道路等基礎(chǔ)設(shè)施。道路工程包括部分在新圈圍陸地內(nèi)的經(jīng)五延路、緯六路、渣三路和沿著新建江堤內(nèi)側(cè)布置的經(jīng)四支路、緯七路。道路中心線設(shè)計(jì)標(biāo)高6.0 m～7.0 m，道路設(shè)計(jì)荷載為公路Ⅰ級(jí)和平均軸重28 t的框架車。路基寬度為15 m～20 m，考慮管線用地，合計(jì)寬度27 m～60 m。道路概況圖見圖1。

2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)勘察報(bào)告鉆孔資料揭露，擬建場(chǎng)地“生地區(qū)”屬新近填土，平均厚度達(dá)8 m～10 m，場(chǎng)區(qū)內(nèi)土層詳細(xì)分布見圖2。

擬建場(chǎng)地地下水屬潛水類型，主要賦存于①和③2之中，大氣降水的垂向滲入與長(zhǎng)江江水的側(cè)向補(bǔ)給為其主要補(bǔ)給來(lái)源?？辈炱陂g測(cè)得地下水穩(wěn)定水位埋深為0.67 m～6.20 m，因潛水位隨季節(jié)、氣候、潮汐而有變化，故道路設(shè)計(jì)和抗浮設(shè)計(jì)時(shí)宜從回填土完成面滿水位計(jì)算。

本標(biāo)段中需要處理的主要土層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層③3和淤泥質(zhì)粘土層④。由于該兩層地基土含水量大，壓縮性高，透水性差，平均厚度約15.5 m，在較大的回填荷載及使用荷載作用下會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的沉降，而且沉降延續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。地基土強(qiáng)度低，地基承載力和殘余沉降均不能滿足工程構(gòu)筑物的使用要求。

為了改善“生地區(qū)”地基土的巖土工程特性，保證道路地基承載力和道路路基工后沉降滿足相應(yīng)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，擬采用堆載預(yù)壓[1]聯(lián)合塑料排水板的方法對(duì)軟土地基進(jìn)行加固處理。

3 地基處理及監(jiān)測(cè)方案

3.1 堆載預(yù)壓方案

考慮到場(chǎng)地吹填土顆粒為粉細(xì)砂，滲透系數(shù)較大，可作為水平排水層，因而不另設(shè)水平排水砂墊層。然后對(duì)道路區(qū)域和管線布置區(qū)域進(jìn)行堆載預(yù)壓，區(qū)內(nèi)填土高度均按+7.0 m～8.0 m計(jì)，采用分級(jí)加載施工方式。預(yù)壓荷載滿載后進(jìn)行沉降觀測(cè)，直到地基固結(jié)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，且沉降速率符合規(guī)定。最后卸載(填土)推平至強(qiáng)夯起始面標(biāo)高5.7 m～6.7 m，采用普夯作業(yè)方式，對(duì)場(chǎng)地表層振動(dòng)碾壓整平至地基加固成型面標(biāo)高5.2 m～6.2 m。經(jīng)地基處理效果檢測(cè)合格后，可進(jìn)行道路面層結(jié)構(gòu)的施工。

3.1.1 排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1)豎向排水體：采用塑料排水板，型號(hào)為C型，寬度為100 mm，厚度為4 mm，縱向通水量為45 cm3/s；塑料排水板正方形布置，間距1.4 m，打設(shè)深度24 m，板底標(biāo)高約為-19.2 m，打穿第④層；2)水平排水體：利用①1-2層沖填砂層。

排水板布設(shè)圖見圖3。

3.1.2 荷載系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本工程的施工荷載采用場(chǎng)地附近堆放的雜質(zhì)土，分級(jí)進(jìn)行加載。各路段具體加載歷程及填土高度如圖4所示，分別從三個(gè)位置對(duì)緯七路的堆載歷程進(jìn)行描述。從圖4中可以看出：經(jīng)五北支路最早填土加載，最早滿載進(jìn)入預(yù)壓期；緯七路最晚開始填土加載，也最晚滿載進(jìn)入預(yù)壓期；經(jīng)五延路的加載歷程比較復(fù)雜。

3.2 地基處理施工監(jiān)測(cè)方案

在地基處理堆載施工之前，首先進(jìn)行包括監(jiān)測(cè)設(shè)施埋設(shè)在內(nèi)的監(jiān)測(cè)準(zhǔn)備工作。堆載施工開始之后，跟蹤監(jiān)測(cè)地表沉降、地層分層沉降、深層水平位移、地下水位及孔壓等參量隨地基處理進(jìn)行的變化情況，為卸載和地基處理后續(xù)施工提供依據(jù)。

3.2.1 施工監(jiān)測(cè)的內(nèi)容與監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

在地基處理堆載預(yù)壓作業(yè)前，需布置監(jiān)測(cè)元件和監(jiān)測(cè)設(shè)施，具體監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量如表1所示。

表1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量表

3.2.2 施工監(jiān)測(cè)及頻率

各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的觀測(cè)須嚴(yán)格按照操作規(guī)程和技術(shù)要求進(jìn)行。在地基處理各項(xiàng)施工期間應(yīng)加強(qiáng)觀測(cè)，利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析判斷地基固結(jié)進(jìn)程，控制施工節(jié)奏。采用的施工監(jiān)測(cè)頻率見表2。

表2 監(jiān)測(cè)頻率表

4 地基變形的理論計(jì)算與分析

在經(jīng)五北支路堆載之前，位于其東面、緯七路南面的停車場(chǎng)旁，曾有過大面積填土堆載，歷時(shí)約一個(gè)月，該填土即為現(xiàn)在的經(jīng)五北支路處堆土。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，現(xiàn)將其概化，以方便定量估算出該堆載作用下經(jīng)五北支路地基的變形情況及對(duì)后期地基處理效果的影響。

近似考慮堆載為矩形均布荷載，寬度為20 m，高3 m，長(zhǎng)度與經(jīng)五北支路長(zhǎng)度相當(dāng)，計(jì)200 m，堆土重度取17 kN/m3，距離經(jīng)五北支路1 m。

經(jīng)五北支路下地層分布：第①層為雜填土，厚度為3.5 m；第③層砂質(zhì)粉土，深度為10.3 m；③3層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，層底深度為12.8 m；④層淤泥質(zhì)粘土，層底埋深22.5 m。參考勘察報(bào)告，并結(jié)合我方進(jìn)行的原狀土室內(nèi)固結(jié)試驗(yàn)結(jié)果，將其物理力學(xué)指標(biāo)列于表3。

表3 土性參數(shù)表

現(xiàn)在計(jì)算在該堆載作用下，在經(jīng)五北支路下各層深度處引起的附加應(yīng)力。

如圖5所示，按角點(diǎn)法計(jì)算土中附加應(yīng)力[2]。

σz=σz(Aeag)+σz(Aebh)-σz(Afdg)-σz(Afch)

(1)

對(duì)應(yīng)各層深度，查表確定豎向應(yīng)力系數(shù)αa，并計(jì)算經(jīng)五北支路中心點(diǎn)A下各個(gè)深度的附加應(yīng)力值，結(jié)果列于表4。

表4 附加應(yīng)力值

選取28號(hào)鉆孔進(jìn)行計(jì)算，各層地基土厚度見表4，近似取地下水位為2.0 m。沉降計(jì)算方法按分層總和法，沉降修正系數(shù)取1.2[3]。得到最終沉降量。

路旁前期堆載歷時(shí)按一個(gè)月考慮，計(jì)算期間經(jīng)五北支路處的固結(jié)度及沉降量。按Terzaghi方法計(jì)算固結(jié)度[4]。

表5 堆載前固結(jié)度計(jì)算

從表5的計(jì)算結(jié)果可知：當(dāng)在經(jīng)五北支路旁堆土1個(gè)月，③3層孔壓消散為21.4%，第④層只完成19.1%。此時(shí)，地基已完成的沉降量為1.4 cm。

5 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)軟土地基在堆載作用下變形和孔壓的監(jiān)測(cè)及監(jiān)測(cè)結(jié)果分析，可以得到如下結(jié)論：1)在堆載應(yīng)力作用下，地表沉降前期沉降很快，但之后地表沉降主要由下伏軟土層的固結(jié)變形完成，沉降速率較慢，軟土層的主固結(jié)需要大約6個(gè)月完成；2)從分層沉降觀測(cè)結(jié)果來(lái)看，場(chǎng)地地表沉降主要由軟土層的固結(jié)變形組成。淺部吹填土層和雜填土層的壓縮變形較小，而且在滿載后很快完成；3)場(chǎng)地應(yīng)力歷史較復(fù)雜，由前期吹填土和雜填土引起的軟土層中超孔壓消散較慢，在進(jìn)行地基堆載預(yù)壓施工時(shí)，尚未消散完畢。此時(shí)測(cè)得的孔壓值并非土中靜止孔壓，而是包括各種因素引起的超孔壓?？讐罕O(jiān)測(cè)后期算得的負(fù)超孔壓應(yīng)該是合理的。

[1] 李明英.真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法軟基處理的固結(jié)特性及沉降研究[D].北京:中國(guó)石油大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008.

[2] 錢家歡,殷宗澤.土工原理與計(jì)算[M].第2版.北京:中國(guó)水利水電出版社,1996.

[3] GB 50007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] Terzaghi,K..Die Berechnung der Durchlassigkeitszifer des Tones aus dem Verlauf der Hydrodynamischen Spannungsercheinungen,Sitsber.Akad.Wiss.Vienna,Abt.Ila,1923,132(3/4):125-138.

[5] 陳春銀.真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法處理軟基[J].山西建筑，2013，39(1)：43-44.

Thefoundationtreatmentanddeformationanalysisonmudflatenclosurearea

HUANGRui

(TongjiUniversity,Shanghai200092,China)

Based on the treatment and observation results of Baosteel mudflat enclosure area, this paper analyzed the change law of settlement observation data with time and load, and the influence to settlement factors, the practice showed that using plastic drainage board pre-loading treatment of deep soft soil foundation, achieved good results.

soft soil foundation, load, monitoring, settlement

1009-6825(2014)33-0039-03

2014-09-15

黃 銳(1989- )，男，在讀碩士

TU441.6

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