超載預(yù)壓在短工期條件下軟基處理中的應(yīng)用

曾四平

超載預(yù)壓在短工期條件下軟基處理中的應(yīng)用

曾四平

采用超載預(yù)壓技術(shù)對某工程軟土地基進行處理,以實測沉降為基礎(chǔ),采用雙曲線沉降預(yù)估模型推算在不到 4個月內(nèi),土體固結(jié)度達到 80%,并逐步得到實測驗證,說明了超載預(yù)壓技術(shù)在短工期條件下進行軟土地基處理是可行的。

超載預(yù)壓,軟土地基,沉降監(jiān)測

0 引言

如何在短工期條件下采用排水固結(jié)法進行軟基處理,已成為工程界的一個迫切需要解決的問題,當(dāng)前已有多種排水固結(jié)技術(shù)在短工期條件下軟土地基處理中得到試驗性應(yīng)用,如：真空聯(lián)合堆載預(yù)壓[1]、真空降水聯(lián)合堆載預(yù)壓[2]、超載預(yù)壓等,但往往不是投資太高,就是工期依然要延長,很難達到預(yù)期效果。

寶鋼某停車場位于近年吹填完成的灘涂區(qū)域,采用高超載比的超載預(yù)壓技術(shù)進行軟基處理,不但在短工期內(nèi)完成了超載預(yù)壓,而且各項檢測與監(jiān)測結(jié)果表明,其處理效果良好,且費用低廉,達到了各方預(yù)期的目標,本工程所用方法值得在類似工程建設(shè)中借鑒使用。

1 地基處理方案

1.1 工程地質(zhì)條件概述

整個場地的工程地質(zhì)非常復(fù)雜,共占地約 4.9萬 m2,由生、熟地兩種地質(zhì)條件組成,生、熟地交界區(qū)域原為一老江堤,老江堤外拋有大量的建筑垃圾,吹填完成之后不久,在場地內(nèi)堆存有高度不一鋼渣,最大鋼渣高度達 10m左右,鋼渣區(qū)域大約占地 1.5萬 m2。

場地內(nèi)生地區(qū)域主要土層由上向下分布狀況為：1)雜填土：屬于較松散的土層,工程性能差,厚度約 1m～3m;2)吹填土：主要成分為長江沖填砂,吹填時間約 3.5年,厚度約 3m～5m;3)砂質(zhì)粉土：其物理力學(xué)性質(zhì)稍好,厚度約 0m～1m;4)淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粘土：均具有高含水量、高靈敏度、大孔隙比、高壓縮性、低強度特性,是上海地區(qū)典型的飽和軟弱地基土,厚度約 17m～19m;5)粉質(zhì)粘土(地層編號⑤1)：其物理、力學(xué)性質(zhì)稍好,屬中等偏高—高壓縮性、強度一般的地基土。

1.2 設(shè)計方案

1.2.1 方案描述

本工程工期要求地基處理不超過 7個月。經(jīng)過方案比選,本工程采用塑料排水板+超載預(yù)壓 +強夯組合方案進行地基處理,塑料排水板間距取為 1.3m,深度取為24m,正方形布置。運營期間停車場地坪的總荷載約為 40 kPa,本工程采用 1.7的超載比(超載所用荷載/運營荷載)進行超載預(yù)壓。根據(jù)監(jiān)測情況,待淤泥質(zhì)土的平均固結(jié)度達到 80%后,開始卸載,然后進行夯擊,最后采用振動碾壓機將場地表層整平。

1.2.2 地基處理計算

超載設(shè)計之前,首先進行地基穩(wěn)定性分析,當(dāng)超載比為 1.7時,計算得到的穩(wěn)定安全系數(shù)為 2.03,所以超載不會引起場地的穩(wěn)定問題。根據(jù)勘察單位提供的 e—p曲線,采用 1.4的沉降經(jīng)驗系數(shù)得到整個場地的最終沉降為 1.37m。

1.2.3 地基處理施工過程概述

本場地自 7月 20日左右開始打設(shè)塑料排水板,在靠近生、熟地區(qū)域,由于土體經(jīng)過上部鋼渣預(yù)壓的作用,不再打設(shè)塑料排水板,而將超載調(diào)整到2.2,即堆載高度調(diào)整為 5m。8月上旬開始堆載,截至 9月 20日左右堆載結(jié)束。

2 處理效果分析

2.1 地面沉降監(jiān)測結(jié)果分析

本場地共布置了 13個沉降觀測點,選取3條典型地表沉降曲線進行分析,如圖 1所示,S2位于生地的邊緣區(qū)域,S7為生地的中心區(qū)域,S13靠近熟地區(qū)域,從圖 1中可以發(fā)現(xiàn)：1)超載有助于加速沉降,3個測點周圍均發(fā)生較大的沉降,截至 12月 3日,在堆載不到 2.5個月的時間內(nèi),S7的最大沉降達 758mm,S2達到 698mm,S13附近局部沒有打設(shè)排水板,最大沉降也達到 437 mm;考慮到監(jiān)測之前的沉降,整個場地的平均固結(jié)達到 70%左右,相比場地周邊的道路,其工程參數(shù)基本相同,采用等載預(yù)壓進行處理,預(yù)壓8個月,其最大沉降只有 632mm,而其沉降已經(jīng)穩(wěn)定,說明超載預(yù)壓效果非常顯著,既達到了地基處理目標,又縮短工期的目標,且造價增加不到 20元/m2。2)插設(shè)排水板有助于加速沉降,對比S2,S7和 S13的曲線可以發(fā)現(xiàn),截至 12月 3日,S13的沉降量只有S2和 S7的 60%左右,說明堆載結(jié)束后,S13附近土體由于沒有排水板的作用,排水效果遠不及插設(shè)排水板區(qū)域的土體,所以總沉降偏小。3)堆載中心區(qū)域的沉降大于生地邊緣區(qū)域的沉降,在同樣堆載高度的情況下,S7的總沉降要大于 S13,說明整個場地的沉降呈現(xiàn)為鍋底狀。

其中,St為 t時刻的沉降量,m;S0為初期沉降量(t=t0時刻),m;S∞為地基最終沉降量,m;t0為沉降預(yù)測的起始時間,d;t為距t=t0的時間,d;α為綜合反映地基固結(jié)性質(zhì)的待定系數(shù)。

以 S3為例,其 S0=291mm,由雙曲線預(yù)估模型得出 S3的總沉降量 S∞=1 166.6mm,待定系數(shù) α=110.4,則任意時刻的沉降量可表示為：

雙曲線沉降預(yù)估模型擬合的曲線與實測曲線對比如圖3所示。

2.2 超孔隙水壓力監(jiān)測結(jié)果分析

本場地共布置 3處孔隙水壓力測點,選取其中的A測點進行分析,其中 A-1代表埋深20m,A-2代表埋深 15m處的數(shù)據(jù),從圖 2中可以發(fā)現(xiàn),從整個變化趨勢來看,在堆載施工期間,超靜孔隙水壓力明顯增加,在堆載預(yù)壓期間,超靜孔隙水壓力逐漸消散,土體固結(jié)度逐漸提高,其中A-1處的超靜孔隙水壓力變化尤為明顯,所以本次監(jiān)測數(shù)據(jù)基本上能反映超載預(yù)壓作用下超靜孔隙水壓力變化的特征。

2.3 卸載時間的確定

本文根據(jù)實測沉降數(shù)據(jù),采用雙曲線沉降預(yù)估模型[3]對卸載時間進行預(yù)估。

2.3.1 雙曲線法的基本原理

雙曲線沉降預(yù)測模型的基本假設(shè)就是“沉降—時間”關(guān)系呈雙曲線形式。雙曲線沉降預(yù)測模型的數(shù)學(xué)表達式為：

2.3.2 卸載時間推算

根據(jù)實測數(shù)據(jù)采用雙曲線預(yù)估沉降模型得到總沉降為1 166.6mm,則需達到 80%固結(jié)度的沉降為 933.3mm,減去監(jiān)測之前的沉降約 0.2m,則實測數(shù)據(jù)為733.3m左右可以卸載,可反推得到 t=113 d,即次年 1月 10日可以考慮卸載。再考慮到卸載及強夯所用時間,整個工期達到了要求。

采用超載預(yù)壓技術(shù)進行軟基處理,不僅時間短,效果好,而且大大節(jié)約了投資,值得在類似工程中推廣使用。

3 結(jié)語

1)在滿足地基穩(wěn)定的前提條件下,采用高超載比的堆載預(yù)壓技術(shù),在不到 2.5個月的時間內(nèi),軟土地基沉降達 758mm,固結(jié)度達 70%左右,不僅效果顯著,造價僅比等載預(yù)壓高出不到 20元/m2,說明超載預(yù)壓不僅效果顯著、造價低廉,且能滿足工期要求;

2)整個場地的沉降是中間大、邊緣小,近似呈鍋底狀;

3)采用超載預(yù)壓技術(shù),超靜孔隙水壓力先增大后變小,直至趨近于零;

4)采用雙曲線沉降預(yù)估模型法得到在不到 4個月的時間內(nèi),土體固結(jié)度達到卸載要求的 80%,并逐步得到實測驗證,即可進行卸載。

[1]龔曉南.地基處理工程手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2008：6.

[2]謝弘帥,宰金璋,劉慶華,等.真空降水聯(lián)合預(yù)壓加固高速公路橋坡軟基技術(shù)研究[J].中國公路學(xué)報,2003(2)：27-30.

[3]凌建明.高等級道路橋頭引道沉降處理輔助決策研究[R].2001.

On app lication of overload prep ressure in soft foundation treatm ent under short engineering period

ZENG Si-ping

The paper adop ts the overload prepressure technique to treat the soft foundation of some p roject,based on the observation settlement,uses double curve settlement pre-evaluationmodel to predict soil consolidation degree reaches 80%within fourmonths,concludes the observation identification,and indicates the overload prepressure technique is feasible to treat the soft foundation under the short engineering period.

overload prepressure,soft foundation,settlementobservation

TU472.33

A

1009-6825(2011)03-0050-02

2010-12-09

曾四平(1976-),男,博士,工程師,寶鋼工程技術(shù)集團有限公司,上海 201900