真空－堆載聯(lián)合預(yù)壓在軟基中的應(yīng)用*

滕軍林，鄭登賢，張升鋒，王建勛

(1.中國(guó)電力科學(xué)研究院，北京 100055;2.福建巖土工程勘察研究院，福建 福州 350003;3.福建建筑科學(xué)研究院，福建 福州 350025)

我國(guó)東南沿海廣泛分布軟弱土地基，具有高含水量、大孔隙比、高壓縮性等特點(diǎn)，其地基變形和強(qiáng)度難以滿足上部結(jié)構(gòu)要求，需要進(jìn)行加固處理.排水固結(jié)法是處理此類(lèi)地基的有效方法，此方法由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)共同組成，即:

圖1 排水固結(jié)法示意圖

對(duì)于荷載大、沉降要求高和工期緊的建筑物，應(yīng)用真空－堆載聯(lián)合預(yù)壓加固地基，可以滿足設(shè)計(jì)要求［1－3］.

1 工程概況

某電廠位于長(zhǎng)江沿岸，屬長(zhǎng)江漫灘，地勢(shì)平坦，水網(wǎng)密布，屬典型的飽和軟土地基，須進(jìn)行地基處理，才能滿足上部結(jié)構(gòu)要求.地層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如表1.

2 設(shè)計(jì)要求

本地基采用排水固結(jié)原理，以塑料排水板作為豎向排水體，以真空、堆載聯(lián)合作為預(yù)壓荷載，使土體中的孔隙水通過(guò)塑料排水板排出地表而逐漸固結(jié)，可以逐步提高地基土的強(qiáng)度，減少工后沉降.本工程實(shí)際處理面積為140×120m2，設(shè)計(jì)加載方式為抽真空達(dá)到80kPa后再堆載52kPa.本地層②1淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土和②3淤泥質(zhì)粉質(zhì)土為主要壓縮層，厚度約20m左右，按132kPa附加壓力計(jì)算，中心點(diǎn)最終沉降約880mm左右.

表1 土層物理力學(xué)性質(zhì)

3 監(jiān)測(cè)情況

為保證地基加固工作順利、有效的進(jìn)行，本項(xiàng)目設(shè)置了若干現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目.

3.1 真空管監(jiān)測(cè)

開(kāi)始抽真空后，次日真空度立即達(dá)到40kPa，由于此前做了大量的密封圍護(hù)工作，真空度上升速度較快，8天就基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，此后除在堆土過(guò)程中發(fā)生幾次密封膜損壞漏氣導(dǎo)致真空度短暫小幅下降外，大部分時(shí)間都維穩(wěn)定在平均80kPa左右.埋設(shè)在加固區(qū)不同位置的各個(gè)真空表讀數(shù)相當(dāng)接近，說(shuō)明膜下真空度比較均勻.平均真空荷載－時(shí)間關(guān)系曲線見(jiàn)圖2.

圖2 平均真空荷載－時(shí)間關(guān)系曲線

3.2 剖面沉降觀測(cè)

采用剖面沉降儀觀測(cè)，觀測(cè)結(jié)果表明，抽真空初期以及土方堆載中期沉降速率較大，相鄰兩條曲線間距較大;真空堆載聯(lián)合預(yù)壓后期沉降速率變緩，相鄰兩條曲線間距減小.整個(gè)剖面沉降曲線均呈弧形鍋底狀，中間沉降量大，兩頭沉降小;北側(cè)沉降量比南側(cè)沉降量大，沉降量最大位置出現(xiàn)在中心偏北的位置.出現(xiàn)這個(gè)現(xiàn)象分析有三個(gè)原因，一是因?yàn)樵谡婵疹A(yù)壓區(qū)邊緣真空度會(huì)向外部消散，其加固效果必然不如中部;二是因?yàn)槎演d區(qū)中部應(yīng)力比較集中，附加應(yīng)力系數(shù)比邊緣要大得多，所以中部沉降必然會(huì)比邊緣大，符合正常堆載應(yīng)力分布特征;三是因?yàn)槠拭姹眰?cè)淤泥質(zhì)土層厚度比南側(cè)厚.剖面最大沉降位于剖面線的中心偏北位置，監(jiān)測(cè)期間最大沉降為714mm左右，整個(gè)剖面與地面沉降標(biāo)所測(cè)得沉降基本吻合.11月3日至11月15日連續(xù)12天平均沉降速率只有1.25mm/d，11月15日至12月4日連續(xù)19天平均沉降速率只有0.5mm/d，滿足卸載標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明沉降已比較穩(wěn)定.停止抽真空后大部分測(cè)點(diǎn)略有回彈，但幅度很小，沉降已比較穩(wěn)定.剖面線沉降觀測(cè)成果曲線見(jiàn)圖3.

圖3 剖面沉降曲線

3.3 孔隙水壓力觀測(cè)

孔隙水壓力是了解土體固結(jié)狀態(tài)最直接的手段，根據(jù)孔隙水壓力的變化規(guī)律，分析地基土體的固結(jié)機(jī)理，進(jìn)一步研究加固機(jī)理和土體強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律，也可判斷被加固土體的加固效果.由圖4－7可知，在真空預(yù)壓階段，總的超靜孔壓逐漸下降并趨于穩(wěn)定;在填土階段，加載對(duì)應(yīng)著總的超靜孔壓的上升;填土堆載終止后，總的超靜孔壓穩(wěn)中帶升，但變化速度較為緩慢，直至穩(wěn)定.停止抽真空后，超靜孔壓迅速上升，此后逐漸降低，且速度比普通堆載預(yù)壓要快，直至穩(wěn)定.目前各點(diǎn)總的超靜孔壓逐漸收斂，變化曲線趨于平穩(wěn).

圖4 K1－K4組超靜孔隙水壓力曲線

圖5 K9－K12組超靜孔隙水壓力曲線

圖6 K13－K16組超靜孔隙水壓力曲線

3.4 深層土體位移觀測(cè)

觀測(cè)結(jié)果表明，在整個(gè)預(yù)壓過(guò)程中，測(cè)斜管均表現(xiàn)為絕對(duì)的向內(nèi)收縮位移，其中北側(cè)側(cè)向位移較大，最大達(dá)到28mm，南北兩側(cè)側(cè)向位移相對(duì)較小，最大達(dá)到20mm.所有3個(gè)測(cè)斜管測(cè)向位移主要發(fā)生在地面下15m深度以上，但地面下30m范圍內(nèi)也發(fā)生了一定的側(cè)向位移;最大側(cè)向位移主要發(fā)生在地面下6m以內(nèi)，管口處尤為明顯;地面下15m以下側(cè)向位移很小，一般均小于5mm.測(cè)斜曲線見(jiàn)圖8－10.

圖7 K17－K20組超靜孔隙水壓力曲線

圖8 測(cè)斜管C1位移－深度曲線

3.5 地面沉降觀測(cè)

地表沉降是固結(jié)程度、加固效果和地基強(qiáng)度的重要判別依據(jù)，本次共布置4只地面沉降標(biāo)，均勻分布在處理場(chǎng)地內(nèi).監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，在抽真空初期地表沉降曲線較陡，地表沉降速率達(dá)到最大值，最大為45mm/天，至9月8日各沉降標(biāo)沉降速率逐漸變小，地表沉降曲線趨于平緩;此后隨著土方逐漸堆載，各沉降標(biāo)沉降速率再次變大，地表沉降曲線變陡，在土方堆載中后期(堆土至2～3m時(shí))各沉降標(biāo)沉降速率再次達(dá)到最大值，最大為32mm/天，隨著堆土的結(jié)束沉降速率逐漸變緩，最后趨于穩(wěn)定.如圖11－15.

圖9 測(cè)斜管C2位移－深度曲線

圖10 測(cè)斜管C3位移－深度曲線

4 加固效果分析

4.1 土體物理力學(xué)性質(zhì)

檢驗(yàn)地基土加固處理效果，在處理區(qū)域?qū)λ⊥翗舆M(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)，以對(duì)比地基處理前后地基土物理、力學(xué)性質(zhì)變化情況.土工試驗(yàn)結(jié)果如表2.

4.2 原位試驗(yàn)結(jié)果

為檢驗(yàn)地基土加固處理效果，在處理區(qū)域分別布置了十字板剪切試驗(yàn)及標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，以對(duì)比地基處理前后地基土強(qiáng)度增長(zhǎng)情況.見(jiàn)表3和表4.

4.3 地基承載力計(jì)算

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50007－2002)第 5.2.5 條的規(guī)定，按公式［4］

fa=Mbγb+Mdγmd+MCck

其中:取條形基礎(chǔ)底寬b=3.0m，基礎(chǔ)埋深d=0.5m，地下水位0.5m.見(jiàn)表5.

圖11 地面沉降標(biāo)D1沉降－關(guān)系曲線

圖12 地面沉降標(biāo)D2沉降－關(guān)系曲線

圖13 地面沉降標(biāo)D3沉降－關(guān)系曲線

圖14 地面沉降標(biāo)D4沉降－關(guān)系曲線

圖15 地面沉降標(biāo)D5沉降－關(guān)系曲線

4.4 固結(jié)度計(jì)算

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》②1淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土固結(jié)度達(dá)到98.7%，②2粉砂固結(jié)度按1考慮，②3淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土固結(jié)度達(dá)到98.6%.加固區(qū)土層平均固結(jié)度達(dá)到98.9%.

各沉降標(biāo)固結(jié)度也可由實(shí)測(cè)沉降量與最終沉降量對(duì)比求得，該方法在沉降—時(shí)間曲線上選取三個(gè)等間隔的時(shí)間 t1、t2、t3及其對(duì)應(yīng)的沉降量 s1、s2、s3，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式可推求地基最終固結(jié)沉降量S∞［5］.

計(jì)算表明，全部監(jiān)測(cè)點(diǎn)的固結(jié)度已經(jīng)超過(guò)85%，平均固結(jié)度為93.3%，至12月4日，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)固結(jié)度均有所增長(zhǎng)，但幅度很小，平均固結(jié)度為95.9%，實(shí)測(cè)地基土平均固結(jié)度與計(jì)算地基土平均固結(jié)度比較接近.

表4 加固前后地基土標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)對(duì)比表

表5 加固前后土層承載力對(duì)比表

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)真空－堆載聯(lián)合預(yù)壓加固地基的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)資料分析研究，我們可以得到以下幾點(diǎn)結(jié)論:

(1)采用真空－堆載聯(lián)合預(yù)壓法加固軟基效果明顯，土體的物理力學(xué)性質(zhì)、地基承載力和固結(jié)度均能滿足相關(guān)要求;

(2)真空－堆載聯(lián)合預(yù)壓法在加固軟基過(guò)程中，較好地解決了地基的穩(wěn)定性問(wèn)題，由于固結(jié)速度較快，地基強(qiáng)度隨之增長(zhǎng)，從而增加了地基的抗失穩(wěn)能力;

(3)加固深度較大，減少了工后沉降;

(4)相比單一軟基處理方法，加固速度快，節(jié)約寶貴的工期.

［1］李富寶，王順利.真空聯(lián)合堆載預(yù)壓在沿海灘涂地區(qū)的應(yīng)用［J］.城市道路與防洪，2012，(1):133 －135.

［2］彭劼.真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法加固機(jī)理與計(jì)算理論研究［D］.南京:河海大學(xué)博士學(xué)位論文，2000.

［3］王文治.真空聯(lián)合堆載預(yù)壓在杭州灣大橋南接線的應(yīng)用［J］.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，(S2):82－84.

［4］中國(guó)建筑科學(xué)研究院.JGJ79－2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.

［5］常士驃.工程地質(zhì)手冊(cè)(第四版)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.