排水板吹填陸域軟基變形監(jiān)測分析

排水板吹填陸域軟基變形監(jiān)測分析

江浩
（福建省交通科學技術研究所，福州，350004）

以寧德航標站吹填陸域軟基工程為背景，對加固地基的表層沉降、土體分層沉降、深層水平位移進行動態(tài)監(jiān)測。結果表明，塑料排水板堆載預壓法在軟土地基處理中加固效果較好，能有效控制吹填陸域的工后沉降和施工工期。

吹填陸域加固地基沉降水平位移塑料排水板

1 引言

近年來，隨著港口建設的迅速發(fā)展，大量陸域需在軟土地基上形成。軟土一般具有天然強度低、壓縮性高、透水性差、固結沉降時間長等特點，未經(jīng)處理時地基承載力和沉降一般難以滿足設計及規(guī)范要求[1]。目前，較為成熟的軟基處理方法有三類[2]：墊層與淺層置換法（換填法），豎向排水結合預壓的排水固結法（砂井、塑料排水板等），復合地基加固法（石灰樁法、強夯法、振沖法等）。

塑料排水板堆載預壓法與其他軟基處理方法相比具有施工簡便、造價低等特點，在軟基加固處理中效果顯著，適用于大面積軟基工程。該法通過打設排水板形成豎向通道，縮短排水距離，加快地基固結；在表層鋪設砂墊層作為橫向排水通道，在墊層上部堆載以增加土中附加應力，使土中孔隙水排出，孔隙體積減小，有效應力增加，土體抗剪強度提高，工后沉降大大降低，從而達到加固軟土地基的目的[3]。

本文結合寧德航標站軟土地基工程實例，基于現(xiàn)場實時變形監(jiān)測數(shù)據(jù)，對塑料排水板堆載預壓法處理軟基的效果進行分析。

2 工程概況

上海海事局福州航標處寧德航標站建設工程位于福安市灣塢鄉(xiāng)賽江東岸的馬頭船廠上游，工程新建1000噸級航標工作船泊位1個，碼頭由30m×16m的作業(yè)平臺和40m×9m的躉船構成，引橋長257m。陸域總面積8666m2，陸域建設業(yè)務用房、燈浮標堆場、保養(yǎng)車間、航標器材倉庫，輔助配套設施。

3 地質情況

根據(jù)鉆孔揭露，分析場地巖土體成因，將各巖土體自上而下分述為：

淤泥①：深灰，流塑，飽和，污手，具腐臭味，斷續(xù)見貝殼細片及少量腐葉，搖振反應較慢，切面光滑，干強度及韌性中等。為高靈敏性，高壓縮性軟土，層間偶夾薄層狀粉細砂，均勻性差，局部相變?yōu)橛倌噘|土。場內各孔均有揭露，揭示厚度5.20～15.50m。

淤泥質土②：灰色，軟塑，飽和，污手，搖振反應慢，切面較光滑，干強度及韌性中等，含腐植質，具腐臭味，含少量貝殼細片，局部含粉細砂，不均勻，為高壓縮性軟土。場內各孔均有揭露，揭示厚度11.50～18.90m。

粉質粘土③：淺黃色，軟塑，用手捻摸稍有滑感，刀切面較光滑，無搖振反應，干強度較高，韌性中等。除K1、K3、K6、K10、K11孔外，其它各孔均有揭露，揭示厚度1.70～3.20m。

粉砂④：淺黃色，灰色，飽和，稍密為主，局部松散或中密，主要成份為石英顆粒，呈棱角狀，粉、粘粒含量平均值約46%，＞0.25mm顆粒含量約20%～30%，級配較差，上部含泥量較高，局部相變?yōu)榉弁粒搶又邢虏烤植亢猩倭康[卵石。均勻性差，場內各孔均有揭露，揭示厚度0.80～3.80m。

卵石⑤：黃褐色，飽和，中密-密實狀。大于20mm顆粒含量約75%～85%，粒徑以80～150mm為主，個別見300mm漂石，呈次圓狀，成份主要為火山巖等，表面呈中-微風化狀，較堅硬，級配一般，粒間以砂礫及泥質充填。場內各孔均有揭露，最大揭示厚度18.80m。

鑒于現(xiàn)場地質條件較差，淤泥層厚度較大，地基處理設計采用塑料排水板堆載預壓法。先在淤泥地基表面鋪排中粗砂墊層，打排水板形成排水通道，利用堤身堆載加快排水固結，提高地基土強度，待排水板插打完成后，在砂墊層上面鋪設土工格柵保持上部結構的整體性，再進行拋石或回填砂；圍堤堤身采用拋填堤心石，堤身上部擋土墻為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結構。

4 監(jiān)測內容及數(shù)據(jù)分析

4.1 監(jiān)測內容

為保證軟基處理在施工期及使用期間的整體安全和穩(wěn)定，需要在施工期和使用期對地基沉降和側向位移等進行長時間、連續(xù)的現(xiàn)場技術監(jiān)測和分析工作，以指導現(xiàn)場施工和優(yōu)化設計，反饋和驗證設計參數(shù)取值，提供質量檢測和隱蔽驗收數(shù)據(jù)，保證施工進程和質量，為制定、執(zhí)行有關施工專項方案和調整設計提供詳實的數(shù)據(jù)和技術支持，同時配合和支持工程竣工驗收、工程投資后評價等工作。

各監(jiān)測工作的內容和意義分述如下：

4.1.1 表層沉降觀測

通過表層沉降觀測可以監(jiān)測軟土層在堆載作用下的沉降量及其隨時間的發(fā)展過程。一方面可用來評價加載速率的安全合理性，防止因加載速率過快而導致的軟基失穩(wěn)，另一方面可通過對觀測結果的分析，計算出軟基的實際固結度，推算出地基工后沉降值以及確定合理的卸載時間。沉降觀測成果還可以作為填方工程施工決算的重要依據(jù)之一。

4.1.2 分層沉降觀測

通過監(jiān)測中不同層面的沉降隨時間的發(fā)展過程，推算不同深度范圍內的壓縮量以及固結度隨深度的變化情況，分析堆載預壓效果。

4.1.3 深層位移觀測

根據(jù)監(jiān)測的土體深層位移速率提供合理的加載速率、分析軟基整體穩(wěn)定性，指導堆載預壓施工。

現(xiàn)場軟基變形原位監(jiān)測典型斷面如圖1所示。

圖1 典型斷面監(jiān)測示意圖

4.2 數(shù)據(jù)分析

4.2.1 表層沉降

沉降標主要由底板、測桿組成，基本結構如圖2所示。沉降板埋置于砂墊層之上，并在塑料排水板打設完成之前埋設完成。

本工程布置沉降板23個，于2015年4月25日開始正常采集數(shù)據(jù)，典型沉降盤累計沉降~時間曲線如圖3。可以看出，累計沉降最大點為沉降板S11位置，累計沉降值為1351.2mm。S2、S3、S12、S21沉降板至2015年10月9日以后累計沉降變形增加很小，沉降速率約為1.3mm/ d，表明此處的地基變形趨于穩(wěn)定；此時，S17的沉降速率最大為8.8mm/d，累計沉降量變化明顯，應注意控制此處的堆載。

圖2 沉降標示意圖

圖3 各個沉降盤累計沉降-時間曲線圖

4.2.2 分層沉降

本工程布置了兩組分層沉降監(jiān)測儀器，根據(jù)實際地質情況，分層沉降T1布置8個磁環(huán)，分層沉降T2布置9個磁環(huán)，磁環(huán)間距為3m，分層沉降曲線變化見圖4、圖5。可以看出，在從地表算起，兩個分層管都是第一磁環(huán)的位置分層沉降量最大，隨深度增加磁環(huán)沉降量變小，T1-1累計沉降量為288.8mm，T2-1累計沉降量為573.5mm。T1分層沉降壓縮量深度6.3~9.3土層最大，壓縮量為125.0mm，T2分層沉降壓縮量深度3.9~6.9土層最大，壓縮量為207.0mm，通過分層沉降曲線可見，在陸域堆載形成過程中，從2015年10月12日開始，隨著堆載的不斷上升表現(xiàn)出較大的變形速率，隨后壓縮沉降速率有所減小，沉降速率明顯收斂，開始出現(xiàn)緩慢的變化趨勢，整體顯示兩處分層沉降位置沉降壓縮效果明顯。

4.2.3 深層水平位移

軟土地基在失穩(wěn)破壞前存在很大的塑性變形，地基內部某些點受剪達到極限破壞狀態(tài)，產(chǎn)生很大剪切變形（水平位移），周圍點相繼破壞，最后延伸至表面。因此，軟基內部水平位移能指示出土體的剪切變形狀態(tài)，判斷地基內部是否發(fā)生破壞。

按照監(jiān)測方案，本工程布置兩組深層水平位移監(jiān)測管，CX1測斜管從2015年6月1日開始監(jiān)測，CX2測斜管從2015年6月9日開始監(jiān)測。深層水平位移變化曲線如圖6、圖7所示，所測位移正值為海側方向。

可以看出，CX1測斜管最大水平位移為135.68mm，傾斜度（水平位移/測量深度）為0.45%，位于深度1.0m處；CX2測斜管最大水平位移為96.92mm，傾斜度為0.32%，位于深度8.5m處；CX1和CX2測斜管監(jiān)測結果顯示從2016年1月8日后，整體水平位移較小，地基較為穩(wěn)定，無滑移趨勢。

圖4 T1分層沉降曲線變化圖

圖5 T2分層沉降曲線變化圖

圖6 CX1深層水平位移變化曲線圖

圖7 CX2深層水平位移變化曲線圖

5 結論

本文以寧德航標站吹填陸域軟基工程為背景，對加固地基的表層沉降、土體分層沉降、深層水平位移進行動態(tài)監(jiān)測，得出以下主要結論：

（1）塑料排水板處理的軟基變形主要以沉降變形為主，截至2015年10月9日S2、S3、S12、S21處表層沉降變化已趨于收斂；S7、S17、S11處表層沉降仍穩(wěn)定增加，最大沉降速率為8.8mm/d；觀測期內未見沉降速率陡增，表明地基不會發(fā)生整體失穩(wěn)情況。

（2）分層沉降觀測結果表明，2個分層管距地表最近磁環(huán)的位置分層沉降量最大，隨深度增加磁環(huán)沉降量變小；堆載過程中，開始時變形速率上升明顯，隨后有所減小，沉降速率明顯收斂，整體顯示兩處分層沉降位置沉降壓縮效果明顯。

（3）兩組測斜管測得最大水平位移為135.68mm，傾斜度為0.45%，表明整體水平位移較小，表明軟基內部無較大剪切變形和連續(xù)的塑性滑動帶，地基較為穩(wěn)定。

[1]鄧禮久，金亮星，羅嘉金.塑料排水板堆載預壓法處理軟基的固結效果[J].鐵道科學與工程學報，2013，10（3）∶68-72.

[2]《地基處理手冊》編委會.地基處理手冊[M].北京∶中國建筑工業(yè)出版社，1998∶8-13.

[3]趙家成.堆載預壓法在處理軟基中的工程應用[J].三峽大學學報（自然科學版），2005，27（5）∶420-423.