蘇寧物流項目地基處理中地基土變形特性分析

白銀銀 強小兵

(溫州浙南地質(zhì)工程有限公司,浙江 溫州 325000)

0 引言

真空預(yù)壓是通過覆蓋于地面的密封膜下抽真空，使膜內(nèi)外形成氣壓差，使粘土層產(chǎn)生固結(jié)壓力，增加地基土的有效應(yīng)力。

真空預(yù)壓作為一種地基處理方法，具有諸多優(yōu)點，如施工速度快、造價低、工后沉降小，在加固新近吹填的軟粘土地基中能快速的提高地基承載力、有效的控制工后沉降。但在實際施工過程中也會引起非加固區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生沉降和開裂，對周邊環(huán)境產(chǎn)生不利影響[7]，如對加固區(qū)域以外有建筑物、構(gòu)筑物、市政道路、地下管線、市政配套設(shè)施等，有可能引起沉降過大或差異沉降。為此，本文結(jié)合工程實際情況，分析沉降、排水板插板深度、插板間距、孔隙水壓力、豎向變形及水平變形等地基土變形特征。

本文以溫州蘇寧物流中心地基處理工程為研究對象，該工程位于溫州市甌江口新區(qū)，屬于新近吹填區(qū)域，通過現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)來分析施工過程中地基土變形特征。

1 工程簡介

1.1 工程概況

本工程場地位于溫州市甌江口新區(qū)，屬于新近吹填區(qū)域，場地地貌類型屬濱海淤積平原地貌類型，淤泥層厚度約60 m，局部為淤泥加粉砂層，天然含水量在60%以上。加固區(qū)域為吹填區(qū)域，采用覆水真空預(yù)壓法加水泥土攪拌樁進行地基處理，占地面積15萬m2，本次處理面積為3.4萬m2,地基處理后承載力不小于110 kPa，工后沉降不大于15 cm,固結(jié)度達到90%以上。具體參數(shù)如表1所示。

表1 各土層物理參數(shù)指標(biāo)(來源于本工程勘察報告)

1.2 地基土特性

吹填土是由海相淤泥及淤泥加沙經(jīng)吹填機械吹至吹填區(qū)域內(nèi)重新沉積形成陸地，土體性質(zhì)分布極不均勻，可歸納以下特性：

1)低滲透性。新吹填的淤泥土體滲透性極低，透水性很差，大多數(shù)滲透系數(shù)在10-7cm/s以上，甚至10-8cm/s以上，固結(jié)時間較長。

2)高壓縮性。大多數(shù)壓縮系數(shù)在0.5 MPa-1～1.5 MPa-1之間，抗剪強度極低。

3)結(jié)構(gòu)性不穩(wěn)定。新近吹填的陸地，各層土體分布不均勻，夾沙層分布厚度高差約7 m，淤泥層呈流塑狀態(tài)，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，經(jīng)擾動后幾乎無承載力。

1.3 設(shè)計要求

1)庫區(qū)要求處理后地面承載力不小于110 kPa，土體固結(jié)度不小于90%，工后沉降量不得大于15 cm。

2)道路及硬化路面處理后地面承載力不小于80 kPa，土體固結(jié)度不小于90%，工后沉降量不得大于20 cm。

3)采用土力學(xué)中分層綜合法[8]計算土體最終理論沉降為1 180 mm，最終沉降1 100 mm。

1.4 監(jiān)測方案及監(jiān)測點布置

施工監(jiān)測是地基處理工程中一個必不可少的重要環(huán)節(jié)，本次地基處理結(jié)合一期工程的相關(guān)經(jīng)驗及現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范、場地周圍環(huán)境等布置了表層沉降(18點)、真空度監(jiān)測(18點)、孔隙水壓力監(jiān)測點(4點)、分層沉降(4點)、豎向水平位移監(jiān)測點(2點)、表層水平位移監(jiān)測點(6點)。

沉降監(jiān)測其目的主要是了解沉降速率，得到沉降—時間曲線圖，推算最終沉降量，計算殘余沉降，控制施工進度(見圖1，表2)。

水平位移觀測在距壓膜溝30 m，45 m，60 m的位置布置監(jiān)測點，監(jiān)測點采用監(jiān)測專用的螺絲打入市政路面，在臨近的橋梁等變形較小的位置設(shè)置參照點，利用全站儀采集監(jiān)測點的坐標(biāo)，通過計算得到水平位移，利用南方CASS統(tǒng)計監(jiān)測點的偏移方向。

監(jiān)測土體內(nèi)孔隙水壓力的主要目的是利用孔壓—荷載關(guān)系，控制加荷速率，了解真空傳遞規(guī)律，推算固結(jié)度，進行穩(wěn)定性驗算。

表2 檢測元件布置統(tǒng)計表

2 施工監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

2.1 沉降分析

本工程沉降監(jiān)測周期為153 d，其中插打排水板35 d，抽真空118 d。真空預(yù)壓加固軟土地基固結(jié)沉降主要由兩部分組成，一是插打排水板期間的沉降，插打排水板期間沉降的原因一是前期鋪沙、場地平整等造成附加應(yīng)力增大，孔隙水上升，二是插打排水板形成的孔洞周邊發(fā)生擠壓，導(dǎo)致孔隙水壓力消散引起沉降。二是抽真空期間的沉降，密封膜內(nèi)形成負壓，孔隙水壓力消散地基土沉降。

場地平整前布置10 m×10 m網(wǎng)格，采用水準(zhǔn)儀測量整個場地的標(biāo)高，插打排水板結(jié)束后用同樣方策測量場地標(biāo)高，計算插打排水板期間地基沉降。從圖2中可以看出有2個拐點，第一個拐點在第35天出現(xiàn)。

前35天在插打排水板，曲線呈凹形，主要因為排水板施工到一定范圍內(nèi)孔隙水壓力消散最大，該時段沉降最大，累計沉降33.84 cm，平均沉降速率1.16 cm/d,該段時間的沉降占總沉降的30.7%。

抽真空期間沉降監(jiān)測布置如圖1所示,圖2中沉降數(shù)據(jù)為18個監(jiān)測點的平均值。自第36天開始抽真空，在第70天出現(xiàn)第2個拐點，該時段沉降曲線趨于直線形，累計沉降47.13 cm，沉降速率為3.01 cm/d，占總沉降的41%，地基土固結(jié)度達到61%。自第71天開始至第120天，沉降速率逐漸降低，每天約降低0.07 mm，此時地基處理沉降已完成總沉降的95.2%，地基土固結(jié)度達到80%以上。第130天之后，沉降曲線趨于平緩，截止卸載，累計沉降92.3 mm,占總沉降的8.4%，最終地基土固結(jié)度達到94.2%。

綜上所述，在真空預(yù)壓施工中地基土的沉降主要發(fā)生在插打排水板期間和抽真空前期，其中插打排水板期間的沉降占整個過程的30.7%；抽真空前35天的沉降占整個過程的41。該段時間已完成整個過程沉降的71.7%，完成地基圖固結(jié)度的61%,固結(jié)度計算公式見下式。

2.2 孔隙水壓力分析

本工程孔隙水壓力監(jiān)測點共布置4點(見圖1)，監(jiān)測周期122 d，從圖3(監(jiān)測數(shù)據(jù)平均值)中可以看出抽真空前35天表層10 m范圍內(nèi)孔隙水壓力消散趨勢較大，5 m深度監(jiān)測點測得前35天孔隙水壓力消散51 kPa，占總孔壓消散的77%,后期孔壓消散15.05 kPa，整個過程中孔壓消散66.05 kPa，而抽真空的荷載為86 kPa,可見抽真空荷載近似為真空膜下消散的孔隙水壓力，在真空預(yù)壓地基處理工程中表層(5 m～10 m)范圍內(nèi)的孔隙水壓力消散主要在前期抽真空期間完成。一般認(rèn)為真空預(yù)壓法的有效加固深度為10 m[2-4],深度15 m處監(jiān)測點監(jiān)測整個抽真空過程中孔隙水壓力消散為28 kPa；深度20 m處監(jiān)測點監(jiān)測整個抽真空過程中孔隙水壓力消散為20 kPa；10 m～20 m孔壓消散主要在后期抽真空過程中完成。深度25 m處監(jiān)測點監(jiān)測整個抽真空過程中孔隙水壓力消散為13 kPa，本工程排水板深度為25 m，20 m～25 m處孔隙水壓力消散主要由上部土體自重原因造成在排水板通道中形成孔壓消散。

綜上所述：真空預(yù)壓法施工過程中真空度豎向可傳遞至15 m～20 m處；10 m范圍內(nèi)孔隙水壓力的消散主要在抽真空前期完成；密封膜下的真空度可近似為孔隙水壓力消散值。

2.3 排水板深度對邊界處水平位移影響分析

真空預(yù)壓地基處理中排水板的間距通常在0.8 m～1.5 m之間，溫州蘇寧物流二期工程排水板間距1.0 m，深度25 m，在距壓膜溝外20 m,40 m,60 m的位置設(shè)置水平位移觀測點(如圖1所示)。在抽真空40 d后發(fā)現(xiàn)附近道路局部出現(xiàn)裂縫，路沿石等有輕微開裂，此時開始監(jiān)測，從圖4a)40 m處監(jiān)測點日水平位移中可得出其日水平位移最大6.5 mm,該監(jiān)測點為3號點，位移場地東北方向，可能受場地東側(cè)和北側(cè)兩個方向的影響，導(dǎo)致該檢測點的水平位移最大，之后采取壓密注漿等措施來減少其水平位移的速率。從圖4a),4b)來看，在監(jiān)測第20天后日水平位移逐漸減小，可見壓密注漿(梅花形布置)等可有效的阻止真空度在水平方向的傳遞。

圖4b)中自監(jiān)測開始截止卸載，20 m位置處的累計水平位移為82.61 mm;40 m位置處的累計水平位移為52.26 mm;60 m位置處的累計水平位移為23.64 mm。0 m～20 m水平位移增加82.61 mm,平均增加4.13 mm/m;20 m～40 m水平未依照增加30.35 mm,平均增加1.51 mm/m；與0 m～20 m的水平位移增加速率相比該段占36.6%；40 m～60 m水平位移增加28.61 mm?？梢娋嚯x真空預(yù)壓場地越近其水平位移增大速率越大。相關(guān)論文中闡述以30 mm地表變形量為真空預(yù)壓法的影響范圍邊界確定條件，真空預(yù)壓的影響范圍一般在50 m以內(nèi)[3-6]。按線性變化計算得到本工程水平位移30 mm位于55 m位置。

定義真空預(yù)壓水平影響范圍為以距真空預(yù)壓場地50 m處的水平位移不超過30 mm為界。本工程45 m處監(jiān)測點的水平位移為60 mm,可見對于甌江口這種新近吹填的場地其水平影響范圍一般在50 m左右。

綜上所述：真空預(yù)壓施工過程中壓密注漿法可有效的阻止真空度在水平方向的傳遞；本工程真空預(yù)壓法施工過程中水平影響范圍在55 m左右。

2.4 排水板深度對邊界處豎向水平位移影響分析

本工程在場地東側(cè)和北側(cè)各布置測斜監(jiān)測點1個，深度30 m,距壓膜溝3 m，監(jiān)測周期為117 d。從圖5中可以得出豎向水平位移1號觀測點中位移最大達到72.74 cm,2號監(jiān)測點最大位移為63.08 mm。兩個監(jiān)測點測得豎向水平位移相差9.66 mm，這可能與兩個監(jiān)測點周圍環(huán)境有關(guān)系，如周邊經(jīng)常有重型車輛行駛、場地自然標(biāo)高不同等。

從圖5c)中可得抽真空前期時間內(nèi)豎向水平位移無明顯變化，自第26天開始豎向水平位移變化明顯，截止到第60天1號監(jiān)測點豎向水平位移累計達到54.34 mm，占整個過程豎向水平位移的74.7%；2號監(jiān)測點豎向水平位移累計達到49.02 mm，占整個過程豎向水平位移的77.7%。第61天～第92天豎向水平速率明顯降低，這與當(dāng)時施工壓密注漿有緊密關(guān)聯(lián)。由圖5c)得第92天后豎向水平位移曲線趨于平緩，1號監(jiān)測點累計位移2.52 mm，占整個過程的3.5%；2號監(jiān)測點累計位移1.93 mm，占整個過程的3.1%。

從圖5a)，5b)可得出真空預(yù)壓法施工過程中其豎向水平影響范圍在20 m以內(nèi)，主要集中在6 m～14 m范圍內(nèi)。1號監(jiān)測點深度20 m以下累計豎向位移30 mm，與該點最大位移比較相差42.74 mm，占41.2%;2號監(jiān)測點深度20 m以下累計豎向位移15 mm，與該點最大位移比較相差48.08 mm，占23.8%。

綜上所述：真空預(yù)壓法施工豎向水平影響范圍在20 m以內(nèi)，主要集中于6 m～14 m范圍內(nèi)。

3 結(jié)語

本工程位于溫州甌江口新區(qū)，甌江口新區(qū)屬于新近吹填區(qū)域，地質(zhì)條件相差無幾，本文結(jié)論適用于蘇寧物流周邊臨近工地、甌江口地質(zhì)條件相同的工地作為參考。

1)真空預(yù)壓施工過程中沉降主要在插排水板和抽真空前期(35 d)完成，該段時間的沉降占總沉降的71.7%，地基固結(jié)度達到61%；

2)以30 mm作為真空預(yù)壓水平影響范圍的判定條件，則其影響范圍在55 m左右，約為插排水板深度的2倍；

3)壓密注漿法在真空預(yù)壓過程中可有效阻止水平位移傳遞；

4)真空預(yù)壓施工過程中其豎向位移影響范圍在20 m以內(nèi)，主要集中在6 m～14 m；

5)表層(10 m范圍內(nèi))孔隙水壓力消散主要在抽真空前期完成，深層(10 m～20 m)孔隙水壓力則在抽真空后期開始消散，直至持續(xù)穩(wěn)定。密封膜下消散的孔隙水壓力值近似為抽真空的真空度，真空預(yù)壓豎向水平影響范圍在20 m。