真空聯(lián)合堆載預(yù)壓加固軟基的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

張　瀚，閆成彧

(浙江宏宇工程勘察設(shè)計(jì)有限公司，浙江舟山 316100)

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真空聯(lián)合堆載預(yù)壓加固軟基的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

張瀚，閆成彧

(浙江宏宇工程勘察設(shè)計(jì)有限公司，浙江舟山 316100)

摘要：以浙江舟山LNG接收及加注站軟基處理項(xiàng)目為實(shí)例，對(duì)真空聯(lián)合堆載預(yù)壓區(qū)內(nèi)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，由此推算出地基最終沉降量、固結(jié)度等信息，并同時(shí)為下一階段的施工提供一定的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：真空聯(lián)合堆載預(yù)壓；沉降觀測(cè)；孔隙水壓力觀測(cè)；最終沉降量；固結(jié)度

地基加固工程施工過(guò)程中軟土地基的變形、穩(wěn)定和加荷速率有著密切的關(guān)系，如地基失穩(wěn)將會(huì)破壞軟土中設(shè)置的排水通道，達(dá)不到加固的目的[1]。為了確保地基加固達(dá)到預(yù)期效果，隨時(shí)監(jiān)測(cè)施工過(guò)程中地基的變形和固結(jié)情況，有效控制加載速率與進(jìn)程，防止地基剪切破壞，以及為了保證施工安全及檢驗(yàn)施工質(zhì)量，就必須對(duì)地基的變形、固結(jié)、強(qiáng)度增長(zhǎng)等進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與分析，以便為今后設(shè)計(jì)地面建筑物和場(chǎng)區(qū)的使用提供必要的地基參數(shù)，以滿足設(shè)計(jì)和使用要求。

1工程概況

擬建浙江舟山LNG接收及加注站軟基處理項(xiàng)目位于螺門鄉(xiāng)牛頭山東側(cè)，場(chǎng)區(qū)東南側(cè)為梁橫山，北側(cè)為海堤公路，港區(qū)陸域總面積約66.67 hm2。項(xiàng)目包括液化天然氣儲(chǔ)罐、碼頭、工藝裝置區(qū)、生產(chǎn)調(diào)度綜合樓及輔助設(shè)施等，建設(shè)地點(diǎn)位于釣梁Ⅱ期圍墾工程區(qū)域范圍內(nèi)，全部為填海造地形成的陸地。工程場(chǎng)區(qū)位置見(jiàn)圖1。

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，場(chǎng)地區(qū)域主要分布有5層土層：第一層為吹填粉細(xì)砂，厚度約5 m；第二層為淤泥質(zhì)黏土，厚度約20 m；第三層為粉質(zhì)黏土，厚度約35 m；第四層為含黏性土碎石，厚度約10 m；第五層為強(qiáng)風(fēng)化熔結(jié)凝灰?guī)r，未鉆透。各土層主要物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。

場(chǎng)地為海島丘陵及海積平原地貌，水系不發(fā)育，場(chǎng)地直接臨海，外側(cè)有防護(hù)堤，在場(chǎng)區(qū)和場(chǎng)地西側(cè)分布有養(yǎng)殖塘。場(chǎng)地孔隙潛水主要分布在淺部填土、淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土中，分布廣泛，水量較小?？紫冻袎核饕x存于深部含黏性土碎石中，水量不豐。場(chǎng)區(qū)基巖裂隙水水量較小、徑流緩慢，對(duì)工程影響小。

本工程總處理面積319 986 m2，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)條件的不同采用以下三種工藝：一期儲(chǔ)罐區(qū)(60 909 m2)采用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓；拋石區(qū)(56 722 m2)采用強(qiáng)夯處理；其余區(qū)域(202 355 m2)采用真空預(yù)壓。圖2為工程監(jiān)測(cè)儀器平面布置圖，按設(shè)計(jì)圖要求，每個(gè)加固區(qū)內(nèi)布置深層分層沉降儀、孔隙水壓力儀、地表沉降標(biāo)和膜下真空表，在加固區(qū)外布置了水位觀測(cè)儀和測(cè)斜儀。

圖1　工程場(chǎng)區(qū)位置圖

土層名稱厚度/m粘聚力/kPa內(nèi)摩擦角/(°)地基承載力/kPa壓縮模量/MPa吹填粉細(xì)砂50331012淤泥質(zhì)黏土201210602.8粉質(zhì)黏土3532161105.5含黏性土碎石1034035060強(qiáng)風(fēng)化熔結(jié)凝灰?guī)r—03545045

圖2　監(jiān)測(cè)儀器平面布置圖

Z-1區(qū)真空預(yù)壓面積為30 427 m2，場(chǎng)地分布有較厚的淤泥質(zhì)土層，為加快地基加固效率，采用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法進(jìn)行地基處理。本文將以儲(chǔ)罐區(qū)Z-1區(qū)為例，進(jìn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析。Z-1區(qū)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及使用儀器見(jiàn)表2。

表2　Z-1區(qū)監(jiān)測(cè)儀器信息匯總表

2監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

2.1表面沉降觀測(cè)

沉降觀測(cè)是進(jìn)行軟基加固效果分析的基礎(chǔ)，其變化規(guī)律是控制軟基處理施工進(jìn)度及安排后期施工的最重要指標(biāo)，也是判別結(jié)果是否正確的最直接檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和加固效果最直接的反映。圖3為各階段各沉降標(biāo)荷載-時(shí)間-沉降量變化曲線。

圖3　累計(jì)沉降-荷載-時(shí)間關(guān)系曲線圖

從圖3可以看出，真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓過(guò)程中各沉降板沉降顯著，沉降速率前期較大，在回填料施工時(shí)，沉降速率也明顯增大，之后漸趨穩(wěn)定。后期逐漸減小，沉降曲線陡降明顯，恒載80～120 d后，沉降速率減緩，沉降曲線趨于平緩。另外，加固效果的主要關(guān)鍵性指標(biāo)是預(yù)壓最終沉降量和現(xiàn)場(chǎng)固結(jié)度，本文采用三點(diǎn)法[2]對(duì)最終沉降量及固結(jié)度進(jìn)行推算。

從實(shí)測(cè)的沉降-時(shí)間曲線上選取荷載恒定后任意三個(gè)時(shí)間t1、t2、t3，并使t3-t2=t2-t1，三點(diǎn)對(duì)應(yīng)的沉降量分別為s1、s2、s3，β、最終沉降量S∞和固結(jié)度Ut分別按下列公式計(jì)算。停載后預(yù)壓時(shí)間延續(xù)越長(zhǎng)，推算的結(jié)果越可靠。

(1)

(2)

(3)

式中：St為t時(shí)刻的沉降量；

S∞為最終沉降量；

Ut為t時(shí)刻的固結(jié)度；

β為固結(jié)綜合系數(shù)。

利用沉降標(biāo)數(shù)據(jù)對(duì)最終沉降量和固結(jié)度的推算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3　三點(diǎn)法沉降及固結(jié)度計(jì)算

2.2孔隙水壓力觀測(cè)

孔隙水壓力的觀測(cè)主要用來(lái)了解土體中有效應(yīng)力發(fā)展變化的情況與過(guò)程。推算土體中強(qiáng)度的增長(zhǎng)情況，反算土層的固結(jié)系數(shù)，從而推算該點(diǎn)不同時(shí)間的固結(jié)度，分析地基的穩(wěn)定性。圖4為孔隙水壓力隨時(shí)間變化曲線圖。

圖4　孔隙水壓力隨時(shí)間變化曲線圖

從圖4中可以看出，在剛剛抽真空時(shí)，孔隙水壓力會(huì)出現(xiàn)一個(gè)峰值，之后孔隙水壓力慢慢消散。當(dāng)真空抽水放緩時(shí)，孔隙水壓力會(huì)出現(xiàn)反彈，之后隨著上部荷載增加，真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓的進(jìn)行，孔隙水壓力繼續(xù)消散，并漸趨穩(wěn)定。

2.3分層沉降觀測(cè)

測(cè)定加固范圍內(nèi)土體各土層的壓縮變形量及沉降過(guò)程，為分析檢驗(yàn)土體固結(jié)變形和控制工程質(zhì)量提供重要依據(jù)。在土體固結(jié)過(guò)程中，土體發(fā)生壓縮沉降，磁環(huán)隨之下降，通過(guò)不同時(shí)間的觀測(cè)，可以得到不同土層在加固過(guò)程中的沉降曲線，同時(shí)了解各土層的壓縮情況；進(jìn)一步判斷加固深度及各個(gè)土層的加固效果。圖5為分層沉降隨時(shí)間變化曲線圖。

圖5　分層沉降隨時(shí)間變化曲線圖

3檢測(cè)項(xiàng)目

工程結(jié)束后，第三方檢測(cè)單位進(jìn)場(chǎng)對(duì)整個(gè)工程進(jìn)行了檢測(cè)，主要檢測(cè)項(xiàng)目有十字板剪切試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)、鉆孔取土及標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、平板載荷試驗(yàn)和壓實(shí)度試驗(yàn)。

地基承載力為檢測(cè)項(xiàng)目中最重要的一項(xiàng)，設(shè)計(jì)要求地基處理后地基承載力特征值不小于120 kPa。經(jīng)檢測(cè)后，Z-1區(qū)承載力符合設(shè)計(jì)要求(表4)，另十字板剪切試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)、鉆孔取土及標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)和壓實(shí)度試驗(yàn)也全部滿足設(shè)計(jì)要求。

表4　地基載荷試驗(yàn)成果表

4結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓地基土體的表面沉降、孔隙水壓力、真空度和分層沉降觀測(cè)資料的綜合分析，我們可以得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

1)采用真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓加固軟基，效果明顯，能夠在較短時(shí)間內(nèi)使土體固結(jié)，土體強(qiáng)度得到較大提高，并且在較短時(shí)間內(nèi)填土加荷至設(shè)計(jì)標(biāo)高，大大縮短施工工期。

2)Z-1區(qū)膜下真空度≥85 kPa，滿載抽真空時(shí)間為125 d，滿足設(shè)計(jì)要求的120 d。平均固結(jié)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求(≥85%)。

3)抽真空時(shí)土體向加固區(qū)內(nèi)移動(dòng)，且表層土體位移比下部大。當(dāng)堆載較快時(shí)，土體產(chǎn)生相對(duì)于上一次位置的短暫的向加固區(qū)外移動(dòng)的位移，很快這種位移就被真空作用抵消，總的趨勢(shì)是向加固區(qū)內(nèi)的收縮變形。

4)Z-1區(qū)檢測(cè)點(diǎn)，加固處理效果良好，其地基承載力特征值≥120 kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]龔曉南.地基處理手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

[2]陳仲頤，周景星，王洪瑾.土力學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012.

收稿日期：2015-12-29

作者簡(jiǎn)介：張瀚(1985—)，男，安徽蕪湖人，助理工程師，從事軟土地基地處理工作。

中圖分類號(hào)：TU472.3+3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1008-3707(2016)05-0027-05

Analysis on the Monitoring Data of the Vacuum CombinedSurcharged Preloading Consolidated Soft Foundation

ZHANG Han, YAN Chengyu