堆載預壓法處理軟土地基沉降量預測探討

楊酉興

摘 要：軟土地基沉降是影響工程安全程度與質量高低的重要因素。因此，在現(xiàn)代工程建設中，有必要對軟基處理工藝進行探討，為實現(xiàn)沉降量的有效控制提供理論參考。堆載預壓法是一種比較實用的軟基處理法，但在具體應用中，如何通過有效的沉降量預測確定最佳施工參數(shù)卻是一個比較突出的難題。本文以某民用機場工程為例，對堆載預壓法在軟基處理中的沉降量預測進行了分析。

關鍵詞：堆載預壓法 軟土地基處理 沉降量預測

1.前言

盡管目前我國建筑工程中可用的地基處理方法多種多樣，但堆載預壓法依舊是一項優(yōu)勢突出的技術。在具體的工程項目中，堆載預壓法具有操作便捷、成本較低、技術完善等明顯優(yōu)勢，對于工期充裕的工程來講，該技術是地基處理的最佳選擇之一。但是，此種方法應用中，沉降量預測是一個技術性難題，目前對其的研究還不夠深入。

2.堆載預壓法處理軟土地基沉降量預測探討

2. 1項目概況

該陸域形成工程位于福建省晉江市西濱92旅軍墾農(nóng)場堤外海灘，東面為施工中的沿海大通道，西面為92旅軍墾農(nóng)場海堤，南面緊鄰石獅蚶江水頭十一孔水閘，北接晉江西濱臨時垃圾場。該工程施工場地中部自東向西有條土堤，場地被該堤分為南北兩大區(qū)：北區(qū)以漁塘為主，塘底標高平均約為2.1～2.4m；南區(qū)為灘涂地，雜草叢生，溝、渠縱橫交錯，平均標高約為0.6～2.7m。擬建場地地質條件如下：表層以淤泥質土層為主，承載力不高，未經(jīng)改造之前，不宜作為持力層及廠房路基。在水文環(huán)境方面，此處有一河流經(jīng)過，人工渠與水塘均大量分布，粉細砂及粗砂的水含量均比較高。因而，此次施工中開挖基坑時，必須對特殊的地下水條件進行充分考慮，并適當采取止水措施。

2.2地基處理要求及方案確定

鑒于該工程性質特殊，因而地基處理的效果要求相當嚴格。工程使用年限設計是20年，運行期的地基沉降要求為小于10cm，差異沉降要求不能超過1.5‰。按照該工程地基需為中等強度的要求，地基處理之后，需要保證：反應模量在60MN/m3以上；承載力特征值在250KPa以下；平整度在30mm以下。

在處理方案方面，經(jīng)過系統(tǒng)分析對比之后發(fā)現(xiàn)：由于該工程淤泥質土最大深度可20.4m且軟土含水率最大為99.4%，故換填法與水泥攪拌樁法等常規(guī)方法均不能達到此次施工的地基處理要求。在對施工難度、處理成本、處理效果等因素進行綜合考慮后，專業(yè)人員認為堆載預壓法是該工程進行地基處理的最佳選擇。該方法具有下述突出優(yōu)勢：①可以實現(xiàn)對較深處軟土的有效處理。②施工沉降相對更大，可促進工后沉降的明顯減少。③超載預壓能夠增加土體應力，推動超固結狀態(tài)的形成、延緩次固結變形。

堆載預壓法分為兩部分，一為排水系統(tǒng)，二為加載系統(tǒng)，其中，前者的排水體分為水平向以及豎向兩種方向。按照工程設計，試驗段共分為六個區(qū)，各區(qū)的施工參數(shù)以及處理方法都各不相同。此舉是為了明確不同組合的處理效果，以確定最佳方案。本文以該工程的試驗段為研究對象。

2.3具體方案

該工程試驗段面積為17475m2，長度與寬度分別為150m、116.5m，六個分區(qū)分別為①DD1區(qū)。②DD2區(qū)。③DD3區(qū)。④SD1區(qū)。⑤SD2區(qū)。⑥SD3區(qū)。其中，①、②區(qū)的地基處理方法為袋裝砂井堆載預壓法；③區(qū)為普通砂井堆載預壓法；④、⑤、⑥區(qū)均為塑料排水板堆載預壓法。該工程的此次試驗歷時一年。在排水體方面，水平向采用中粗砂墊層，且使用的均為含泥量≤3%的中粗砂，鋪設厚度≥50cm，在對損耗以及混合作用進行科學分析后，此次施工中的虛鋪實厚為70cm。豎向則以袋裝砂井以及塑料排水板為主，結合工程實際，此次施工中采用了直徑為70mm的袋裝砂井、100mm寬的塑料排水板。各個試驗分區(qū)的孔徑比與樁間距設計如下：①區(qū)孔徑比為15，樁間距1m；②區(qū)孔徑比為20；樁間距1.3m；③區(qū)孔徑比為7，樁間距2.8m；④區(qū)孔徑比為16，樁間距1m；⑤區(qū)孔徑比為19，樁間距1.2m；⑥區(qū)孔徑比為22，樁間距1.4m。此種設計共獲得6組不同的施工參數(shù)，后期建設中可以通過對6種方案處理效果的比較，選擇最佳參數(shù)組合。

此次施工實行填土加壓，①、②、③區(qū)荷載均為60KPa，填土高度統(tǒng)一為3m；④、⑤、⑥區(qū)荷載均為120KPa，填土高度統(tǒng)一為6m。填土處理中以坡積土及碎石料為主要材料，壓實度均大于90%。

2.4沉降量預測簡述

2.4.1沉降監(jiān)測

為了明確此次施工期間的沉降量情況，施工過程中對地基表面、軟土分層、孔隙水壓力、土體深層水平位移、地下水位分別實行了沉降監(jiān)測，獲得了真實的沉降數(shù)據(jù)（篇幅有限，本文不再一一詳述）。以地基表面的監(jiān)測為例，通過沉降板獲得了較為可信的沉降數(shù)據(jù)。其中，A6沉降板布設于④區(qū)，其測得的地基沉降變化狀況如圖1所示。A6沉降板測得的④區(qū)沉降量累計140cm。整體來講，六個分區(qū)的沉降速率隨著時間的推移在逐漸降低，半年后的日均沉降已經(jīng)不足1mm。

2.4.2數(shù)據(jù)分析

同樣以A6沉降板為例，其沉降曲線整體比較規(guī)則，但其中的數(shù)據(jù)與真實數(shù)據(jù)之間始終存在一定的偏差。盡管誤差不會在沉降曲線圖上反映出來，然而誰也不能否定它的存在。對A6沉降板測得的沉降數(shù)據(jù)進行小波降噪分析，可得出如下結果（見圖2）。

以沉降量為沉降預測依據(jù)，失效的可能性較高，為了避免誤差過大，該工程中以沉降差為依據(jù)，對軟土固結進行了沉降預測。在借助小波理論處理沉降差數(shù)據(jù)之后，使用GM（1，1）模型進行了科學運算。以A6沉降板為例，利用GM（1，1）進行分析之后，誤差狀況如下：短期預測方面，其一層分解的真實值為180.08cm，預測值為179.57cm，誤差為0.28%；二層分解真實值為179.88cm，預測值為178.27cm，誤差為0.9%。中期預測方面，一層分解真實值為182.27cm，預測值為180.80cm，誤差率0.8%；二層分解真實值為182.13cm，預測值為 179.28cm，誤差率為1.57%。

經(jīng)過預測分析，六個分區(qū)的固結度情況如下：在GM（1，1）模型分析中，位于①區(qū)的A3沉降板固結度為92.76%；位于②區(qū)的A2沉降板固結度為89.24%；位于③區(qū)的A1沉降板固結度為86.38%；位于④區(qū)的A6、A9沉降板固結度分別為94.99%、94.95%；位于⑤區(qū)的A5、A8沉降板固結度分別為89.78%、91.49%；位于⑥區(qū)的A4、A7沉降板固結度分別為89.78%、89.17%。

3.結語

堆載預壓法是一種比較有效的地基處理工藝，在不少工程項目中的應用都取得了令人滿意的效果。隨著近年來堆載預壓法的應用范圍不斷擴大，對其應用展開的各項研究也越來越深入。其中，此種方法使用過程中的沉降量預測是一個非常引人注意的話題。本文以某機場工程中堆載預壓法的應用為例，對其應用過程中的沉降量預測進行了簡要探討，希望能夠為此種方法的合理應用提供參考。

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