堆載預(yù)壓排水固結(jié)法在軟基加固過程中的沉降量和固結(jié)度推算分析

裴偉民 廖德華 何文潤

摘要：文章基于沿海吹填區(qū)域軟基加固處理工程實例，對地基加固過程中的沉降量和固結(jié)度計算分析方法進(jìn)行了探討，并結(jié)合現(xiàn)場沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，分別采用三點法、Asaoka法、雙曲線法對地基最終沉降量及固結(jié)度進(jìn)行了預(yù)測計算。結(jié)果表明：塑料排水板堆載預(yù)壓法對沿海吹填的軟基加固效果較好;經(jīng)驗雙曲線法的推算結(jié)果較大，固結(jié)度較小，較三點法和Asaoka法的計算結(jié)果偏于保守，對實際工程偏于安全。

關(guān)鍵詞：排水固結(jié)法;軟基處理;表層沉降;固結(jié)度

0 引言

對于港口碼頭等沿海工程的建設(shè)，常面臨大量軟土地基處理問題。通常在水域上進(jìn)行填筑造陸時所吹填的多為淤泥性軟土，后續(xù)需對其進(jìn)行吹砂填淤，并采取相應(yīng)措施對軟基進(jìn)行加固處理，才能滿足荷載對地基的要求。軟土地基工程性質(zhì)特殊，其特點一般有流變性、觸變性、透水性低、壓縮性高和抗剪強度低等，在荷載作用下，有著緩慢的排水固結(jié)、較差的地基穩(wěn)定性和沉降難以控制等現(xiàn)象[1]。

吹填區(qū)域地基處理常以真空預(yù)壓或堆載預(yù)壓工藝為主[2]。其中，堆載預(yù)壓排水固結(jié)法具有使地基穩(wěn)定性顯著提高、工期縮短、工程造價低、工藝簡單等優(yōu)點[3]，是一種有效的軟土地基加固處理方法。

如何準(zhǔn)確計算地基沉降和固結(jié)度是軟基處理工程中要解決的關(guān)鍵問題[4]。目前軟基處理工程中應(yīng)用較多的地基沉降預(yù)測方法有雙曲線法、三點法、淺崗法、星野法、沉降速率法等[5]，而采用單一的方法進(jìn)行地基沉降量預(yù)測，往往缺乏可比性和可信度。

為了提高地基沉降量及固結(jié)度推算預(yù)測水平，本文結(jié)合北海郵輪碼頭工程港區(qū)軟土地基處理工程實例，探討塑料排水板堆載預(yù)壓法的沉降量和固結(jié)度的計算。基于現(xiàn)場軟基沉降監(jiān)測實測數(shù)據(jù)，采用“三點法”“Asaoka法”“雙曲線法”對加固后的軟土地基沉降進(jìn)行預(yù)測，通過對比分析地基的最終沉降量及固結(jié)度計算結(jié)果，對各計算方法間的差別及其適用性和局限性進(jìn)行了分析。

1 工程概況

北海郵輪碼頭建設(shè)工程位于廣西北海石步嶺港區(qū)、冠頭嶺國家森林公園西側(cè)海岸。根據(jù)地勘資料，項目區(qū)域內(nèi)主要地層有以下幾種：（1）人工回填土層，主要包含吹填細(xì)砂及吹填中粗砂層;（2）第四系海相沉積第三層淤泥（Qm-3），灰色，灰黑色，軟塑，局部含貝殼殘骸，底部含少量粗砂;（3）第四系海相沉積第二層粗砂（Qm-2），灰色，灰黑色，稍密，部分為中密狀態(tài)，成分以石英為主，棱角狀，分選性較好，無膠結(jié)，大部分地段粒間為軟塑黏土充填，局部黏粒含量大，而相變?yōu)橛倌嗷焐?（4）第四系海相沉積第一層礫砂（Qm-1），灰白色，灰黃色，中密，部分為密實狀態(tài)，粒間部分為黏土充填，無膠結(jié)，局部含淤泥及貝殼殘骸;（5）第三系（D1）砂巖夾泥巖、粉砂巖碼頭區(qū)下伏基巖為泥盆系下統(tǒng)（D1）砂巖夾泥巖、粉砂巖。

整個場地均采用堆載預(yù)壓排水固結(jié)法對軟土進(jìn)行加固，具體技術(shù)方案如下：

（1）中、粗砂墊層：在陸域形成至高程6.3m后鋪設(shè)70cm厚砂墊層。

（2）插打塑料排水板：采用SPB-B型原生質(zhì)直接測深式塑料排水板。平面上按正方形布置，間距為1.0m。

（3）堆載：堆載料采用中、細(xì)砂（海砂）。堆載厚度為2.5m，分2級加載，第一級堆載厚度為1.3m，第二級堆載厚度1.2m。為保證邊坡穩(wěn)定，每級堆載需分層回填，最大松鋪厚度按每層≤50cm控制，并控制加載速率。

（4）卸載：滿載預(yù)壓接近60d時，根據(jù)實測沉降推算固結(jié)度達(dá)到90%以上后卸載，平整場地至交工高程6.3m。

2 結(jié)果分析

本文選取碼頭后方陸域為研究對象，該區(qū)域面積約為6800m2，共埋設(shè)3個觀測點測量地基表層沉降，采用塑料排水板堆載預(yù)壓法進(jìn)行地基加固，塑料排水板插至淤泥混砂層底。該區(qū)域的堆載時間從2019-05-01開始至2019-08-11結(jié)束，堆載厚度為2.5m，分2級加載。各表層沉降觀測點的填土高度、沉降量隨時間的變化曲線如圖1所示。

2.1 最終沉降量

對實測監(jiān)測點的表層沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行最終沉降量和固結(jié)度推算，常用方法有三點法、經(jīng)驗雙曲線法、Asaoka法等。本文分別采用這三種方法進(jìn)行地基最終沉降量和固結(jié)度的推算，并進(jìn)一步比較分析各方法所得結(jié)果。

根據(jù)1#～3#號測點的實測沉降曲線，t1以5d遞增，通過多次平均計算，得到地基最終沉降量，計算結(jié)果如表1～3所示。由表1～3可知，推算所得的1#測點的地基最終沉降量最大，3#測點最小;采用不同時間間隔計算得到的地基最終沉降量差異較大，通過多次平均計算可提高計算結(jié)果的可靠性。

2.1.2 雙曲線法

依據(jù)《港口工程地基規(guī)范》（JTS147-1-2010）[8]采用“經(jīng)驗雙曲線法”，根據(jù)已擬合的累計沉降時間曲線，預(yù)測推算地基最終沉降量的公式見式（2）、式（3）：

采用“經(jīng)驗雙曲線法”推算的地基沉降量及各測點的計算擬合參數(shù)如表4所示。由推算結(jié)果可知，1#測點的最終沉降量最大，3#測點最終沉降量最小，與采用“三點法”進(jìn)行推算的規(guī)律一致。對同樣位置的最終沉降量，該方法得到的最終沉降量結(jié)果偏大。

2.1.3 Asaoka法

Asaoka法是根據(jù)應(yīng)變表示的固結(jié)偏微分方程推導(dǎo)得出等時間間隔的沉降量之間存在下列關(guān)系，如式（4）所示：

由圖2可知，1#～3#測點的最終沉降量分別為208.96mm、201.98mm、190.95mm。不同測點位置的沉降值大小規(guī)律與前面兩種方法的推算結(jié)果一致。對于相同位置測點，采用Asaoka法推算的最終沉降固結(jié)量最大，其與三點法預(yù)測結(jié)果相近。

2.2 固結(jié)度的計算

某時刻累計沉降量與推算得到的地基的最終沉降量的比值表示該時刻的地基固結(jié)度。經(jīng)計算分析，各測點在堆載結(jié)束時刻的固結(jié)度的計算結(jié)果如后頁表5所示。

本工程利用塑料排水板堆載預(yù)壓法加固軟基，在堆載結(jié)束時，其固結(jié)度均達(dá)到90%以上，固結(jié)效果較好，滿足設(shè)計要求。利用不同推測方法得到地基最終沉降量，計算得到的固結(jié)度結(jié)果存在一定的差異，通過比較分析得到：利用經(jīng)驗雙曲線法進(jìn)行計算得到的固結(jié)度偏小，而利用三點法和Asaoka法得到結(jié)果接近，對應(yīng)的固結(jié)度偏大。

3 結(jié)語

本文基于堆載預(yù)壓固結(jié)法的軟基加固工程，結(jié)合三個測點的實測地基表層沉降數(shù)據(jù)，利用三點法、經(jīng)驗雙曲線法以及Asaoka法對地基最終沉降量及固結(jié)度進(jìn)行了推算分析。結(jié)果表明：三種方法中Asaoka法、三點法計算簡單，但推算結(jié)果受不同時間段數(shù)據(jù)的影響存在一定差別。相比之下經(jīng)驗雙曲線法的推算結(jié)果偏大，相應(yīng)的固結(jié)度偏小，結(jié)果較三點法和Asaoka法對工程偏于安全。本文可為類似工程的地基沉降相關(guān)監(jiān)測工作提供參考。

參考文獻(xiàn)：

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[3]黃建華，張建勛.飽和軟土地基堆載預(yù)壓排水固結(jié)沉降特性研究[J].貴州大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2011（6）：87-93.

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[5]楊林松，袁 程，許曉剛.不同預(yù)測方法在真空預(yù)壓固結(jié)度計算中的分析研究[J].中國水運：下半月，2019（9）：221-222.

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[7]丁江澍.塑料板排水堆載預(yù)壓法處理軟基的結(jié)固沉降研究[D].廣州：廣東工業(yè)大學(xué)，2005.