堆載預(yù)壓法在廠房軟土地基處理中的應(yīng)用

佘清榮

(福建省華廈能源設(shè)計(jì)研究院有限公司 福建福州 350003)

0 引言

隨著我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，東南沿海地區(qū)建筑用地日趨緊張，在濱海軟土地區(qū)建設(shè)開發(fā)勢(shì)在必行。該地區(qū)軟土具天然含水率大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低等特點(diǎn)。對(duì)廠房工程來說，在施工期以及工后沉降期，均會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的沉降和沉降差，且沉降的時(shí)間較長(zhǎng)，如果不處理或處理不當(dāng)，就會(huì)造成地基失穩(wěn)，使地面沉降過大或沉降不均勻[1]，導(dǎo)致儀器設(shè)備無法正常使用，勢(shì)必影響生產(chǎn)作業(yè)。因此，對(duì)軟土地基選擇合適的處理方式十分必要。本文擬以一定代表性的福州地區(qū)某新建廠房為例，綜合分析堆載預(yù)壓法在其地基處理中的應(yīng)用，以期能為相同地區(qū)的軟土地基處理提供一定的參考和借鑒。

1 工程概況

某廠房工程位于福州市濱海區(qū)，主體結(jié)構(gòu)采用樁基礎(chǔ)，地貌單元主要為淤積平原地貌。場(chǎng)地上部巖土層主要為：回填細(xì)砂層①，場(chǎng)地內(nèi)遍布，堆填時(shí)間小于4年，未分層堆填及夯實(shí)，松散為主，層厚3.10m～6.50m，平均厚度4.86m；淤泥層②，流塑，局部地段夾透鏡體狀中砂層，先期固結(jié)壓力值為56～71kPa，為欠固結(jié)土，場(chǎng)地內(nèi)遍布，層厚7.20m～20.10m，平均厚度14.45m；粉質(zhì)黏土層③，可塑～硬塑，部分地段分布，厚度1.00m～3.50m；殘積砂質(zhì)黏性土層④，可塑～硬塑，部分地段分布，厚度2.20m～5.30m；全風(fēng)化花崗巖層⑤，密實(shí)，部分地段分布，厚度2.30m～6.10m；強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層⑥，密實(shí)，場(chǎng)地內(nèi)遍布。場(chǎng)地內(nèi)的地下水主要為賦存于回填細(xì)砂層①中的孔隙潛水，透水性中等，富水性強(qiáng)，受大氣降水和地表水等影響，穩(wěn)定水位埋深在1.10m～1.50m之間；以及分布于風(fēng)化巖層中的孔隙承壓水。

勘察資料顯示，場(chǎng)地內(nèi)的淤泥層②具含水率高、強(qiáng)度低、滲透性差等特點(diǎn)，且厚度及深度分布不均?，F(xiàn)場(chǎng)地整體較平坦，根據(jù)設(shè)計(jì)地坪標(biāo)高，現(xiàn)場(chǎng)地仍需向上回填1.50m～2.00m?，F(xiàn)狀填土層堆填時(shí)間小于4年，考慮到后期回填土將進(jìn)一步引發(fā)現(xiàn)狀填土層和軟弱地基土產(chǎn)生較大的沉降及沉降差，可能導(dǎo)致后期廠房?jī)?nèi)部地坪、道路、管線及景觀等發(fā)生破壞，故需對(duì)場(chǎng)地內(nèi)地基土進(jìn)行處理。

2 軟基處理方法

堆載預(yù)壓法作為一種成本低、損耗小、施工便捷的地基處理方法，目前廣泛應(yīng)用于對(duì)各類軟弱地基的處理。通過分級(jí)堆土施加荷載、排水板排出軟土地基中的孔隙水，促使地基提前固結(jié)沉降以提高地基的強(qiáng)度，對(duì)于大面積的軟基工程有較好的加固效果[2-3]。

綜合該場(chǎng)地的巖土工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件和場(chǎng)地各區(qū)的用途及其使用要求，采用堆載預(yù)壓法對(duì)軟弱土層進(jìn)行處理。施工順序?yàn)椋簣?chǎng)地整平至標(biāo)高3.00m→設(shè)置排水盲溝→鋪設(shè)厚0.30m水平排水砂墊層→插設(shè)豎向排水板→回填并分層碾壓砂土至設(shè)計(jì)高程→預(yù)壓固結(jié)時(shí)間不少于4個(gè)月→檢測(cè)，待沉降基本穩(wěn)定后，方可進(jìn)行地下管線、道路、景觀等施工。

塑料排水板采用SPB-A型、SPB-B型，正方形布置，間距1000mm，排水板長(zhǎng)度應(yīng)進(jìn)入淤泥層②下臥的粉質(zhì)黏土層③或殘積砂質(zhì)黏性土層④或全風(fēng)化花崗巖層⑤或強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層⑥不少于0.50m。地面堆載采用砂土或砂質(zhì)黏性土，回填過程應(yīng)分層進(jìn)行，堆載高度以高于設(shè)計(jì)地面整平標(biāo)高(4.10m)不小于0.60m為準(zhǔn)，加荷速率宜為6kPa/d。

3 軟基處理效果分析

分析場(chǎng)地軟基處理前后的地基處理效果，在軟基處理前后分別布置7個(gè)鉆探取樣孔和7個(gè)十字板剪切試驗(yàn)點(diǎn)，并在堆載過程中布置25個(gè)表層沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)。本文主要通過表層沉降監(jiān)測(cè)、室內(nèi)土工試驗(yàn)和十字板剪切試驗(yàn)，對(duì)場(chǎng)地軟基處理結(jié)果進(jìn)行綜合分析評(píng)價(jià)。

3.1 表層沉降觀測(cè)

場(chǎng)地共布置25個(gè)表層沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，排水板施工完成后同時(shí)完成附近監(jiān)測(cè)點(diǎn)的埋設(shè)。加載期間每周觀測(cè)約2次，加載完成后每2周觀測(cè)一次，監(jiān)測(cè)周期至軟基處理達(dá)到要求并卸載后。

表層沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，場(chǎng)地平均沉降量為182.65mm。場(chǎng)地最大沉降量為508mm，該區(qū)域淤泥厚度較大，集中填筑、碾壓時(shí)，最大沉降速率達(dá)到15.3mm/d。根據(jù)表層沉降實(shí)測(cè)變形量與時(shí)間的關(guān)系曲線，推算最終沉降量，進(jìn)而計(jì)算土體固結(jié)度。計(jì)算結(jié)果表明，在卸載后，土體的平均固結(jié)度為89.4%，大于設(shè)計(jì)要求固結(jié)度85%。卸載前8d，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降速率最大值為2.4mm/d，最小值0.26mm/d，平均值為0.77mm/d，滿足設(shè)計(jì)要求地表沉降速率連續(xù)5d不大于2.5mm/d。根據(jù)監(jiān)測(cè)期間各點(diǎn)地表沉降速率得到地表平均沉降速率曲線，如圖1所示。

圖1 地表平均沉降速率曲線圖

3.2 室內(nèi)土工試驗(yàn)

對(duì)軟基處理前后所取的原狀淤泥層②土樣進(jìn)行室內(nèi)常規(guī)土工試驗(yàn)、壓縮試驗(yàn)和直剪快剪試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表明，軟件處理后場(chǎng)地內(nèi)淤泥層②的物理力學(xué)性質(zhì)有所改善。其中，淤泥層②的含水率、孔隙比有所降低，濕密度、壓縮模量、粘聚力和內(nèi)摩擦角(直剪快剪)有所增大。

軟基處理前后淤泥層②的主要物理指標(biāo)統(tǒng)計(jì)如表1所示，取樣深度以處理后場(chǎng)地高程為準(zhǔn)。從表中統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，淤泥的物理力學(xué)性質(zhì)的變化率隨深度增加逐漸降低，說明堆載預(yù)壓效果隨深度增加逐漸減弱。

3.3 十字板剪切試驗(yàn)

對(duì)軟基處理前后的淤泥層②分別進(jìn)行十字板剪切試驗(yàn)，以測(cè)定其不排水抗剪強(qiáng)度。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，軟基處理前，淤泥層②的原狀土不排水抗剪強(qiáng)度為19.7kPa，靈敏度為5.6，屬高靈敏土。軟基處理后，淤泥層②的原狀土不排水抗剪強(qiáng)度為24.3kPa，增幅為23.4%。軟基處理前后淤泥層②原狀土不排水抗剪強(qiáng)度對(duì)比曲線如圖2所示。軟基處理后原狀土不排水抗剪強(qiáng)度平均強(qiáng)度增幅曲線如圖3所示。

表1 軟基處理前、后淤泥層②主要物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

圖2 淤泥層②原狀土不排水抗剪強(qiáng)度對(duì)比曲線圖

圖3 淤泥層②原狀土不排水抗剪平均強(qiáng)度增幅曲線圖

由圖可知，軟基處理后，場(chǎng)地內(nèi)淤泥層②原狀土不排水抗剪強(qiáng)度的平均增幅隨深度增加逐漸減小，說明堆載預(yù)壓的加固效果隨深度逐漸減弱。

4 結(jié)論

(1)通過表層沉降觀測(cè)、室內(nèi)土工試驗(yàn)和十字板剪切試驗(yàn)，綜合分析表明，該工程通過“堆載預(yù)壓法”加固處理后，場(chǎng)地內(nèi)淤泥層②物理力學(xué)性質(zhì)均有明顯改善，該方法在本廠房工程中的應(yīng)用是適宜的，可為類似軟基處理工程提供參考。

(2)淤泥層②的強(qiáng)度增長(zhǎng)在層面下約2m范圍以內(nèi)區(qū)域明顯大于下部區(qū)域，且堆載預(yù)壓效果隨深度增加逐漸減弱。

(3)根據(jù)勘察資料，該廠房工程下臥淤泥層②厚度差異較大，且局部地段含有薄層狀或透鏡狀砂層，建議在后續(xù)軟基處理設(shè)計(jì)或施工時(shí)，應(yīng)視淤泥層②厚度適當(dāng)調(diào)整相關(guān)參數(shù)，必要時(shí)選擇強(qiáng)度高的塑料排水板并采取引孔措施。

(4)建議在廠區(qū)內(nèi)地坪施工完成后，密切關(guān)注場(chǎng)地荷載的變化情況，重視廠區(qū)內(nèi)管線、道路等的沉降變形。通過設(shè)置長(zhǎng)期的變形觀測(cè)點(diǎn)，繼續(xù)了解后續(xù)場(chǎng)地的沉降量及差異沉降情況，必要時(shí)及時(shí)采取措施。