沉降監(jiān)測在碼頭后方陸域軟基處理中的應(yīng)用

鄧艷青

（廣東省航運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510050）

1 背景

廣東沿海某廠配套建設(shè)3000t 級件雜貨碼頭采用高樁結(jié)構(gòu)，碼頭后方堆場采用分區(qū)進(jìn)行真空預(yù)壓進(jìn)行處理。施工區(qū)域內(nèi)為淤泥軟弱層，厚度在4.2m 到16.0m 之間。厚度深淺不一且厚度較厚，屬于欠固結(jié)土，是不良地基現(xiàn)象，工程性質(zhì)較差。處理面積約167085 m2，共分真空預(yù)壓A1、A2、A3、A4 區(qū)。真空預(yù)壓施工過程，進(jìn)行了表面沉降觀測、孔隙水壓力監(jiān)測，得到了一些有用數(shù)據(jù)。本文結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)情況、施工過程及監(jiān)測數(shù)據(jù)，對A1 區(qū)部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行分析總結(jié)，對今后類似的工程具有借鑒作用。

2 相關(guān)規(guī)定

（1）地基處理后殘余沉降量：交工后殘余沉降≤20cm；

（2）卸載標(biāo)準(zhǔn)：需要滿足兩個(gè)條件。其一是維持真空度在85kPa，持續(xù)保持90 天后，通過實(shí)測沉降曲線推算出的固結(jié)度達(dá)到90%以上；其二是地面沉降連續(xù)10 天每天不大于1.5mm 的沉降。

3 工程地質(zhì)條件

施工場地原為蠔塘，表層吹填土，根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告揭示，本項(xiàng)目覆蓋層為淤泥、淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)粘土、礫砂等；下伏基巖為燕山期花崗巖。主要土層描述如下：

（1）淤泥、淤泥質(zhì)土：灰黑色，具腐臭味，上部多含貝殼碎屑，底部多夾含少量石英砂質(zhì)及腐木，飽和，流塑～軟塑。

（2）粉質(zhì)粘土：灰黃、土黃、深灰、褐紅等色，主要為粘土及少量石英砂礫組成，巖芯泥柱狀，切面稍粗糙，飽和，可塑～硬塑。

（3）礫砂：土黃、灰黃、深灰、灰白色，組分以石英砂為主，次棱角狀，分選性一般，少量粘土膠結(jié)，局部為粉細(xì)砂，底部含少量石英脈碎石，稍密為主，頂部局部呈松散狀，底部漸過渡至中密狀。

4 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

4.1 表面沉降分析

4.1.1 沉降量分析

地表沉降主要由兩部分組成，分別是打設(shè)塑料排水板期間的沉降量、真空預(yù)壓期間的沉降量。

（1）打設(shè)塑料排水板期間的沉降量。打設(shè)排水板期間地表沉降按根據(jù)鋪設(shè)砂墊層后場地平均標(biāo)高、布管后場地平均標(biāo)高確定，A1 區(qū)插板期間平均沉降為0.237m。

（2）真空預(yù)壓期間沉降。A1 區(qū)共布設(shè)18 個(gè)表面沉降標(biāo)。部分沉降標(biāo)真空預(yù)壓期間沉降～時(shí)間曲線如圖。A1 區(qū)靠近海邊，淤泥、淤泥質(zhì)土較厚，土體壓縮量大，沉降也大。真空預(yù)壓期間A1 區(qū)平均沉降量分別為598.3mm，其中，A1 區(qū)N41 測點(diǎn)累積沉降量最大，為932mm，沉降量大與該點(diǎn)處淤泥軟土分布較厚密切有關(guān)。

圖1 N41-N44 測點(diǎn)沉降-時(shí)間變化情況

（3）總沉降量。各個(gè)分區(qū)的總沉降量是打設(shè)塑料排水板期間沉降和真空預(yù)壓期間沉降量之和，A1 區(qū)插板期間平均沉降量237mm，真空預(yù)壓期間平均沉降量598.3mm，平均總沉降量835.3mm。

4.1.2 沉降速率分析

真空預(yù)壓卸載的重要控制指標(biāo)為實(shí)測地表沉降速率。卸載標(biāo)準(zhǔn)為地面沉降連續(xù)10 天每天不大于1.5mm的沉降。因此對沉降速率進(jìn)行監(jiān)測并認(rèn)真分析是指導(dǎo)施工過程的關(guān)鍵工序。

A1 區(qū)部分典型測點(diǎn)沉降速率～時(shí)間變化曲線如圖2所示。由圖2 可知，各監(jiān)測點(diǎn)真空預(yù)壓開始時(shí)沉降速率較小，真空恒載后，沉降速率迅速增大，并經(jīng)歷一個(gè)峰值，此后隨恒載的進(jìn)行，沉降速率逐漸減小，直至最后卸載前連續(xù)10 天沉降速率低于1.5mm/d。

圖2 典型測點(diǎn)沉降速率～時(shí)間變化曲線圖

4.2 孔隙水壓力分析

孔隙水壓力計(jì)采用鉆孔埋設(shè)法，每2 ～3m 一只，單獨(dú)成孔埋設(shè)。真空預(yù)壓期間，孔隙水壓力隨真空度的傳遞逐漸消散，各孔壓監(jiān)測點(diǎn)孔壓～時(shí)間變化曲線如圖3所示。由圖3 可知，在起始階段，孔隙水的壓力快速減少，尤其是在壓力穩(wěn)定后變化最為明顯，在這之后慢慢趨于平緩。在真空荷載作用下，土體中的總應(yīng)力保持恒定，隨著孔隙水壓力逐漸減小，土體的有效應(yīng)力會隨之增加，土體就會固結(jié)，土體強(qiáng)度隨之提高。

圖3 孔壓監(jiān)測點(diǎn)孔壓～時(shí)間變化曲線圖

5 基于監(jiān)測數(shù)據(jù)的預(yù)測分析

5.1 最終沉降量預(yù)測

5.1.1 沉降預(yù)測方法

最終沉降量的預(yù)測方法有很多，常用的方法有雙曲線法、三點(diǎn)法、淺崗法等三種方法。為了更全面地了解各監(jiān)測點(diǎn)真實(shí)沉降狀況，可采用多種方法進(jìn)行預(yù)測，并對結(jié)果進(jìn)行比對，得到更優(yōu)的數(shù)據(jù)。

5.1.1.1 雙曲線法

雙曲線法是《真空預(yù)壓加固軟土地基技術(shù)規(guī)程》（JTS 147-2-2009）推薦使用的最終沉降預(yù)測方法，根據(jù)實(shí)測沉降資料按下列公式進(jìn)行推算：

St-滿載t 時(shí)間的實(shí)測沉降量（cm）；

S0-滿載開始時(shí)的實(shí)測沉降量（cm）；

t-滿載預(yù)壓時(shí)間，從滿載時(shí)刻算起；

α、β-待定系數(shù)，根據(jù)實(shí)測資料確定。

5.1.1.2 三點(diǎn)法

常用的預(yù)測最終沉降的方法還有《港口工程地基規(guī)范》（JTJ250-2010）中提及的三點(diǎn)法，其計(jì)算方法如下：

為最終沉降量，S1、S2、S3分別為t2、t2、t3時(shí)刻的沉降量，且t3-t2=t2-t2。[2]

5.1.1.3 淺崗法（Asaoka）

淺崗法是建立在太沙基單向固結(jié)方程的基礎(chǔ)上（以體積應(yīng)變表示的形式），

設(shè)t 時(shí)刻的沉降為St，其計(jì)算模型如圖4、圖5所示，當(dāng)Stj=Stj-1時(shí)所得沉降即為最終沉降，故。

圖4 淺崗法tj——Stj 關(guān)系圖

圖5 β0、β1 求解圖

5.1.2 沉降預(yù)測結(jié)果

采用雙曲線法預(yù)測的各監(jiān)測點(diǎn)最終沉降量為61.17 ～148.18mm，最終平均沉降量為96.14；三點(diǎn)法預(yù)測的各監(jiān)測點(diǎn)最終沉降量為55.55 ～124.54mm，最終平均沉降量為85.51；淺崗法預(yù)測的各監(jiān)測點(diǎn)最終沉降量為56.4 ～127.95mm，最終平均沉降量為86.96。從三種方法的預(yù)測結(jié)果得知，大部分測點(diǎn)采用雙曲線法預(yù)測的最終沉降量偏大于三點(diǎn)法和淺崗法預(yù)測值，預(yù)測的最終沉降量與其軟土分布厚度基本吻合。這三種方法預(yù)測的沉降量分別為148.18mm、124.54mm、127.95mm。

5.2 固結(jié)度分析

根據(jù)實(shí)測沉降推算出的最終沉降量，即可按下式計(jì)算時(shí)間的固結(jié)度。

式中St為t 時(shí)刻實(shí)測沉降值，預(yù)測最終沉降量，Ut為t 時(shí)刻的固結(jié)度。

按雙曲線法、三點(diǎn)法、淺崗法推算的最終沉降量，分別推算固結(jié)度。按雙曲線法推算的固結(jié)度為79.12%～94.46%，平均固結(jié)度為88%；按三點(diǎn)法推算的固結(jié)度為94.14%～99.68%，平均固結(jié)度為98%；按淺崗法推算的固結(jié)度為91.63%～99.31%，平均固結(jié)度為97%。雙曲線推算的固結(jié)度偏低于另外兩種方法，綜合三種方法的推算結(jié)果，大部分監(jiān)測測點(diǎn)大部分達(dá)到或接近90%，經(jīng)綜合判斷，固結(jié)度基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

5.3 工后殘余沉降分析

工后沉降是評價(jià)地基處理效果的重要指標(biāo)之一，工后殘余沉降可按下式進(jìn)行計(jì)算。

式中，St為t 時(shí)刻實(shí)測沉降值，為預(yù)測最終沉降量，Sr為工后殘余沉降。

根據(jù)實(shí)測沉降、最終沉降量計(jì)算工后殘余沉降，按雙曲線法推算出的各測點(diǎn)工后殘余沉降量為4.35 ～30.94mm，工后平均殘余沉降量為12.31；按三點(diǎn)法推算出的各測點(diǎn)工后殘余沉降量為0.18 ～7.3mm，工后平均殘余沉降量為1.68；按淺崗法推算出的各測點(diǎn)工后殘余沉降量為0.62 ～10.71mm，工后平均殘余沉降量為3.13。從推算結(jié)果分析，雙曲線法推算出的各測點(diǎn)工后沉降大部分小于20cm，只有N31、N41、N44 分別為21.56mm、30.94mm、21.52mm，與上述測點(diǎn)附近軟土較厚有關(guān)，另外兩種方法預(yù)測的上述點(diǎn)的工后沉降均小于20cm，經(jīng)綜合判斷，工后沉降基本滿足設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)論

綜上所述，我們可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）地表實(shí)測沉降速率，可以為真空預(yù)壓軟基處理施工提供卸載依據(jù)。

（2）孔隙水壓力監(jiān)測，可以監(jiān)測真空預(yù)壓施工過程中的真空度，動(dòng)態(tài)指導(dǎo)施工，分析加固效果。

（3）利用地表實(shí)測資料可以預(yù)測最終沉降量，推算得到的固結(jié)度因選擇的預(yù)測方法的不同，推算結(jié)果有所不同，雙曲線推算的固結(jié)度偏低于三點(diǎn)法和淺崗法，綜合分析三種方法的推算結(jié)果，大部分測點(diǎn)平均固結(jié)度達(dá)到或接近90%，綜合判斷，基本達(dá)到要求。根據(jù)三種不同方法預(yù)測的最終沉降量推算的工后殘余沉降平均值基本滿足≤20cm 的要求。