堆載預壓法在深\\厚軟土地基中的應用

摘要：工程位于南沙，場地淤泥層厚度為8～16m，該土層具有高含水量、高孔隙比、高壓縮、等特性，未經處理的地基存在承載力低、變形大等特點，不能滿足場地使用要求。采用堆載預壓法對地基進行處理后，效果顯著。

關鍵詞：承載力；變形；排水預壓；效果

0 前言

工程位于南沙，工程范圍內存在高含水量、高孔隙比、高壓縮性的“三高“軟土。該類軟土在荷載作用下降持續緩慢下沉，為不良地質，需進行處理后才能滿足場地使用要求。目前，針對大面積深厚軟土的處理方法很多，綜合工期、成本和處理效果來看，排水預壓法具有明顯的優勢。排水預壓法按加固機理可分為真空預壓法和堆載預壓法。堆載預壓法加固機理[1-2]是通過堆載增加地基總應力而使地基中產生超孔隙水壓力，超孔隙水壓力消散固結后再轉化為有效應力，從而使地基強度增長；真空預壓法加固機理[3-5]是在保持總應力不變的條件下，通過抽真空，減小孔隙水壓力，從而使地基強度增長。

1 項目基本情況

項目地處南沙，原有場地標高4.8m，場地經平整處理后交地標高為7.8m。地基處理的主要土層為陸域原位的流塑、飽和狀態的淤泥土層，厚度為8～16m不等，平均厚度為12m，層底面稍有起伏。場地西側毗鄰居民房，最近距離不足10m。

2 地質條件

根據測量及鉆孔柱狀圖揭示，本工程自上之下土層為素填土層（平均厚度按2m），淤泥層（平均厚度按12m），中粗砂層（厚度3m~6m），粗砂層下臥淤泥質粘土（厚度約8m，貫入擊數>5擊），主要土層的物理力學性質見表1。

表1 主要土層物理力學性質

層號巖土

名稱壓縮模量Es

(MPa)壓縮系數av1-2

(MPa-1)重度γ(kN/m3)直接快剪固結系數

粘聚力C

(kPa）內摩擦角φ(o)Cv（100-200kpa）（10-3cm2/s）CH（100-200kpa）（10-3cm2/s）

①人工填土3//////

②淤泥1.841.59155.62.81.880.73

3 方案設計

3.1地基處理技術要求

1、工后25年殘余沉降≤30cm，差異沉降不大于3‰；

2、交工面地基承載力不小于120kPa；

3、交工面標高為7.8m，交工面深度0～80 cm范圍壓實度＞93%。

4、加載控制標準：

① 地面沉降標日均沉降量小于15mm/d；

② 水平位移觀測最大水平日位移量小于5mm/d；

③ ΔU/ΔP≤60%（ΔU-孔隙水壓力增量，ΔP-荷載增量）。

5、卸載控制標準

① 按實測沉降曲線推算的固結度不小于90%；

② 實測地面沉降速率連續10天平均沉降量不大于2mm/d。

3.2方案比選

3.2.1 堆載預壓方案優缺點

堆載預壓方案優點是施工難度較低，施工質量容易得到保證，對于深厚軟土處理效果更顯著。缺點是施工工期長、施工過程中存在土體剪切破壞的問題。

3.2.2 真空預壓方案優缺點

真空預壓方案優點是不存在土體剪切破壞問題，加載速率塊，施工工期短。缺點是施工工藝比較復雜，施工質量難以控制，且造價較高。

3.2.3 工程特點

1、淤泥層中夾有厚度不均的粉砂透氣層；

2、淤泥層厚度大；

3、處理區離現有民房近。

3.2.4處理方案比選

上述提到的兩種地基處理方案，理論上均可行，地基處理都能滿足場地的使用要求。

因真空預壓存在著形成真空條件困難、處理深度不大且對周圍建筑物危害大等特點，故真空預壓方案不適合于本工程；而堆載預壓方案施工工藝成熟、處理深度大、效果好等特點，且工程所在地土石方填料充足，從技術可行、經濟合理的角度采用堆載預壓方案較合理。

3.3 方案設計

場地經清表平整后，鋪設50cm后中粗砂墊層。在預壓區內設置排水盲溝，在預壓區邊緣設置排水溝，將地基中排出的水引出預壓區。在靠近民房處打設一排水泥攪拌樁密封墻，樁徑0.7m，樁距0.5m，樁長15m；然后插設SPB-B型塑料排水板，塑料排水板間距1.0m，正方形布置。排水板下端穿過淤泥層0.5m以上，上端露出砂墊層頂面0.2m，并把露出板頭埋入砂墊層。排水板施工完后，在處理區四周修建人工袋裝砂包圍堰，頂寬4m，袋裝砂包飽滿度不小于85%，分層錯縫碼實；根據場區實際使用荷載情況，確定預壓堆載高度為4m，分兩級堆載，每級厚度為2m，堆載預計滿載100～120天，最終通過檢測達到設計卸載條件后卸載至交工標高。

地基處理完成后，整平場地至設計交工標高，采用20t～40t振動壓路機將場地地表層松土壓實。要求碾壓直至無輪跡，土基頂面以下0～80cm范圍壓實度大于93％。施工后采用荷載板試驗、原位十字板試驗、標貫試驗等方法進行加固效果檢測。

3.4 理論計算

3.4.1 沉降計算

沉降計算根據廣東省標準《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011）規定計算：

計算結果見表2：

表2：沉降計算結果

土層名稱ψP0/kPaH/mES/MpaaiS/mm

人工填土1.30 100.00 2.00 3.00 1.00 86.67

淤泥1.40 100.00 12.00 1.84 1.00 913.04

匯總999.71

3.4.2 固結度的計算

在逐級加荷條件下，地基固結度計算采用改進高木俊介公式計算，排水板可按等效砂井簡化。

公式如下：

其中：β＝F＝ dw＝

計算參數見表3：

表3：固結度計算參數

排水板直徑dw/(m)排水板間距L/m排水板影響范圍的直徑de/(m)井阻比(n)豎向固結系數CV /10^(-3)cm^2/s水平固結系數Ch/10^(-3)/cm^2/s

0.0511.12822.561.880.73

計算結果見表4：

表4：固結度計算結果

固結時間/d固結度/

900.68

1200.82

1500.89

1800.94

3.4.3 固結度與沉降的關系

不同時刻固結度與沉降的關系根據下列公式計算：

計算結果見表5：

表5：固結度與沉降計算表

固結時間/d固結度/

沉降 /mm

工后沉降/mm

900.68679.8319.91

1200.82819.76179.95

1500.89899.7499.97

1800.94939.7359.98

2100.97969.7229.99

根據工程對固結度和工后殘余沉降的要求，加載180d后，固結度為94%>90%，工后沉降6.0cm<30cm，滿足設計要求，所以本工程工期定為180d。

3.5 理論計算與實測資料的比較

為了及時掌握堆載預壓過程中地基土變形規律及固結狀態，同時也為了保證加固區周邊居民房的安全，需對加固區進行沉降監測。場地區域內布置沉降觀測點3個，記為A04、A05、A06；在場地邊緣水泥攪拌樁密封墻外側布置沉降觀測點和位移觀測點各3個，記為A01、A02、A03；為了檢測水泥攪拌樁密封墻的防護效果，在離A03觀測點15m處布置沉降和位移觀測點各1個，記為A07，監測點埋設見圖1。

圖1：監測點測點布置

監測從5月18日開始測至11月30日，歷時195天，場區內各點的位移速率均小于1mm/d，滿足卸載的要求。場地內3個沉降點的累計沉降量分別為A04為996mm，A05為961mm，A06為974mm，均值為977mm；水泥攪拌樁密封墻外側3個沉降點的累計沉降量分別為A01為148mm，A02為126mm，A03為132mm，均值為135mm。通過內插法計算出195天的理論沉降量為955mm，場地沉降實測值和理論值相差不大；而水泥攪拌樁密封墻外側沉降實測值不到理論值的1/7。

通過對測點深層水平位移的觀測，水平位移最大值出現在管口下1m～12m段。A01最大水平位移為8mm，A02最大水平位移為9mm，A03最大水平位移為7mm，A07最大水平位移為28mm，水泥攪拌樁密封墻外側水平位移最大值是未打設攪拌樁密封墻外側水平位移最大值的1/4。

通過實測值和計算值的比較，加固區外采用水泥攪拌樁密封墻防護措施后，位移減小顯著，較好的保護了周圍民房結構物。

4 結論

（1）在工期允許的條件下，堆載預壓方案較真空預壓方案技術上更可行、經濟更合理且環保安全。

（2）通過理論計算和實測資料的比較，在逐級加荷條件下，地基固結度計算采用改進高木俊介公式計算比較合理。

（3）加固區外采用水泥攪拌樁密封墻防護措施后，防護效果顯著；

（4）堆載預壓過程中應加強觀測，通過收集實測資料與設計計算做比較，及時變更設計方案，處理堆載過程中的特發情況。

參考文獻

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