堆載預(yù)壓在深厚人工填土地基處理中的應(yīng)用

凌忠誠

（甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院股份有限公司，甘肅 蘭州730030）

隨著國家經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的步伐日益加快。由于受到地形限制，人工填土地基不得不用于公路和鐵路建設(shè)，尤其是在地形起伏較大的西南山區(qū)，填土厚度較大時(shí)，其處理難度較大，如果處理不到位，在運(yùn)營過程中可能會發(fā)生地基沉降或不均勻沉降的病害，從而威脅其正常運(yùn)營。人工填土是因人類活動(dòng)形成的堆積土，主要分為素填土和雜填土，一般雜填土含有大量的建筑垃圾和生活垃圾，工程中往往采用挖除換填處理、強(qiáng)夯處理、樁土復(fù)合地基處理等措施，從而可以有效避免地基發(fā)生沉降或不均勻沉降等病害。素填土主要由黏性土、碎石等組成，雜物含量很少，有機(jī)質(zhì)含量不超過10%，根據(jù)堆積年限可分為新素填土和老素填土2類，其中新素填土填筑時(shí)間較短，其密實(shí)度較差、壓縮性高，尤其是均勻性較差，如果直接用作地基，后期發(fā)生不均勻沉降的可能性較大，對于厚度較小的人工填土，可采用翻挖回填壓實(shí)處理，但是對于厚度較大的人工填土，挖除換填處理和樁土復(fù)合地基處理不經(jīng)濟(jì)。堆載預(yù)壓通過在施工階段將上部荷載預(yù)先作用在地基上，使其沉降在施工期間完成，從而可以有效減少基底后期的不均勻沉降。然而，在堆載預(yù)壓作用下，堆載多長時(shí)間可以使工后沉降滿足設(shè)計(jì)要求？因此，預(yù)測堆載預(yù)壓作用下的地基沉降，從而控制地基工后沉降具有重要的工程意義。

1 工程概況

中石油云南石化某廠區(qū)鐵路專用線位于云南省安寧市境內(nèi)，場地長880 m，寬135 m，廠區(qū)屬滇中高原構(gòu)造侵蝕低中山緩丘與沖溝地貌，地形起伏較大，相對高差27.0 m，沖溝較發(fā)育。2013年在廠區(qū)采用移挖作填的方式完成了場地平整，并已經(jīng)填筑至設(shè)計(jì)標(biāo)高，最大人工填土厚度約20 m，填筑時(shí)未采用分層碾壓的施工工藝，僅采取一兩遍強(qiáng)夯措施進(jìn)行了處理，填料類別混雜，土體物理力學(xué)性質(zhì)差異較大，且填方基底分布有1～10 m厚粉質(zhì)黏土層。廠區(qū)上覆第四系全新統(tǒng)人工填筑土、粉質(zhì)黏土，下伏基巖為寒武系下統(tǒng)筇竹寺組石巖頭段的粉砂巖，節(jié)理裂隙較發(fā)育。區(qū)內(nèi)地表水系不發(fā)育，線路區(qū)內(nèi)無河流及溝水，測區(qū)地下水主要為孔隙潛水與基巖裂隙水?？紫端饕x存于第四系坡殘積及沖洪積地層中，主要受大氣降水補(bǔ)給?；鶐r裂隙水主要賦存于粉砂巖中，富水性弱～中等，表水及地下水對混凝土結(jié)構(gòu)無侵蝕性。測區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.15g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期0.45 s，相應(yīng)地震基本烈度為Ⅶ度。

由于廠區(qū)人工填土厚度較大，為解決路基工后沉降以及不均勻沉降，2013-11-15，在廠區(qū)設(shè)置長140 m、寬40 m的堆載預(yù)壓試驗(yàn)段開始堆載，堆載高度6 m，埋設(shè)了10套（C1～C10）沉降觀測板，并進(jìn)行了系統(tǒng)的沉降觀測；2014-11-26結(jié)合試驗(yàn)段的預(yù)壓結(jié)果，對廠區(qū)進(jìn)行了全面堆載，2015-05-08進(jìn)行二次堆載。

2 沉降預(yù)測法介紹

目前，路基沉降的預(yù)測方法主要有3大類[1-4]：第一類為分層總和法，第二類為基于固結(jié)理論的數(shù)值模擬法，第三類為根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)推算沉降量與時(shí)間關(guān)系的回歸擬合法。王小剛等[5]采用雙曲線法、三點(diǎn)法以及A.saoka法對武廣鐵路的沉降進(jìn)行預(yù)測，預(yù)測結(jié)果表明，雙曲線法的預(yù)測效果更好，預(yù)測沉降量與實(shí)測沉降更接近；馬石城等[6]結(jié)合某高鐵沉降數(shù)據(jù)，采用雙曲線法、星野法、GM（1，1）模型對其沉降進(jìn)行預(yù)測分析，分析結(jié)果表明，雙曲線法預(yù)測結(jié)果誤差較小，擬合相關(guān)系數(shù)較高，預(yù)測擬合線與實(shí)際沉降數(shù)據(jù)的重合度較高。雙曲線法地基沉降擬合公式為：

式（1）中：S0為拐點(diǎn)沉降量，即擬合起點(diǎn)沉降量；t0為拐點(diǎn)時(shí)間，即擬合起點(diǎn)時(shí)間。

3 沉降觀測結(jié)果

中石油云南石化廠區(qū)鐵路裝卸場整體道床區(qū)設(shè)計(jì)范圍為JDK0+370—+880.51段，長510.51 m，采用超載預(yù)壓對地基進(jìn)行處理，同時(shí)埋設(shè)沉降觀測板對地基進(jìn)行沉降觀測，以評估鋪軌前地基沉降是否滿足整體道床區(qū)的沉降控制標(biāo)準(zhǔn)，即工后沉降不大于20 mm。試驗(yàn)段分為小里程試驗(yàn)段和大里程試驗(yàn)段，小里程試驗(yàn)段采用1.0 m堆載高度，大里程試驗(yàn)段采用1.5 m堆載高度。試驗(yàn)段于2013-11-15開始堆載預(yù)壓，并埋設(shè)了10套沉降觀測板，其中小里程區(qū)域埋設(shè)了4套沉降觀測板（C1～C4），大里程區(qū)域埋設(shè)了6套沉降觀測板（C5～C10），2013-11-15開始堆載，2013-11-16開始對小里程區(qū)域內(nèi)的C1～C4沉降板進(jìn)行觀測，2013-11-21開始對大里程區(qū)域內(nèi)的C5～C10沉降板進(jìn)行觀測，之后間隔4～6 d進(jìn)行一次觀測。截至2014-04-25，共監(jiān)測了30組沉降數(shù)據(jù)，監(jiān)測結(jié)果如圖1和圖2所示。

由圖1和圖2可以看出，堆載完成后20 d之內(nèi)，地基沉降的規(guī)律比較紊亂，堆載完成20 d后，地基開始以雙曲線的規(guī)律下沉，表明C1～C10沉降觀測點(diǎn)的拐點(diǎn)沉降量在堆載完成第20天左右。各個(gè)觀測點(diǎn)的沉降量相差較大，表明沉降觀測板處的填土厚度不同，與現(xiàn)場實(shí)際情況也是相符的。

圖1 沉降板C1～C4沉降觀測數(shù)據(jù)

圖2 生產(chǎn)過程中各工序線寬比對

圖2 沉降板C5～C10沉降觀測數(shù)據(jù)

4 沉降預(yù)測分析

結(jié)合實(shí)測數(shù)據(jù)，采用Matlab雙曲線法對地基沉降進(jìn)行預(yù)測，其中C1～C4沉降觀測板的時(shí)間拐點(diǎn)取t0=22 d，C5～C10沉降觀測板的時(shí)間拐點(diǎn)取t0=21 d，經(jīng)過對實(shí)測數(shù)據(jù)的擬合，可以得到相關(guān)參數(shù)，如表1所示。地基沉降預(yù)測結(jié)果如表2所示。

表1 擬合參數(shù)一覽表

表2 雙曲線法沉降預(yù)測一覽表

從表1可以看出，時(shí)間拐點(diǎn)和拐點(diǎn)沉降量對擬合參數(shù)a、b的影響較大，擬合曲線相關(guān)系數(shù)較高，最小值為0.994，平均值為0.996，最大值達(dá)到0.998，表明雙曲線法與實(shí)測數(shù)據(jù)比較吻合。從表2可以看出，采用雙曲線法預(yù)測的最終沉降量最大值為455.00 mm，最小值155.12 mm，堆載預(yù)壓7個(gè)月的沉降量最大值為435.32 mm；堆載預(yù)壓7個(gè)月以后，地基的殘余沉降均小于20 mm，殘余沉降最大值為19.68 mm，最小值為7.01 mm，滿足整體道床的沉降控制標(biāo)準(zhǔn)。

沉降預(yù)測值與實(shí)測值對比圖如圖3所示。

圖3 沉降預(yù)測值與實(shí)測值對比圖

從圖3可以看出，采用雙曲線法預(yù)測的沉降曲線與實(shí)測沉降基本重合，隨著堆載時(shí)間的增加，沉降趨于穩(wěn)定，表明采用雙曲線法預(yù)測地基沉降是可行的。

5 結(jié)語

堆載預(yù)壓是一種施工簡單、工程造價(jià)低的地基處理方式，可用于深厚人工填土地基處理；采用雙曲線法預(yù)測堆載預(yù)壓地基的沉降是可行的，擬合曲線的相關(guān)系數(shù)較高，預(yù)測結(jié)果與實(shí)測值比較接近，堆載預(yù)壓工期可通過雙曲線法預(yù)測沉降來計(jì)算；時(shí)間拐點(diǎn)和觀點(diǎn)沉降量的選取對雙曲線法的擬合參數(shù)影響較大；堆載預(yù)壓施工過程中，應(yīng)加強(qiáng)對地基沉降的觀測和分析，確保觀測數(shù)據(jù)可靠。