排水板吹填陸域軟基變形監測分析

排水板吹填陸域軟基變形監測分析

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監測。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，未經處理時地基承載力和沉降一般難以滿足設計及規范要求[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，基于現場實時變形監測數據，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8666m2，陸域建設業務用房、燈浮標堆場、保養車間、航標器材倉庫，輔助配套設施。

3 地質情況

根據鉆孔揭露，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，局部相變為淤泥質土。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，局部相變為粉土，該層中下部局部含有少量礫卵石。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澆鋼筋混凝土結構。

4 監測內容及數據分析

4.1 監測內容

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、連續的現場技術監測和分析工作，以指導現場施工和優化設計，反饋和驗證設計參數取值，提供質量檢測和隱蔽驗收數據，保證施工進程和質量，為制定、執行有關施工專項方案和調整設計提供詳實的數據和技術支持，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測軟土層在堆載作用下的沉降量及其隨時間的發展過程。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，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之一。

4.1.2 分層沉降觀測

通過監測中不同層面的沉降隨時間的發展過程，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

根據監測的土體深層位移速率提供合理的加載速率、分析軟基整體穩定性，指導堆載預壓施工。

現場軟基變形原位監測典型斷面如圖1所示。

圖1 典型斷面監測示意圖

4.2 數據分析

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日開始正常采集數據，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測儀器，根據實際地質情況，分層沉降T1布置8個磁環，分層沉降T2布置9個磁環，磁環間距為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的位置分層沉降量最大，隨深度增加磁環沉降量變小，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，產生很大剪切變形（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，判斷地基內部是否發生破壞。

按照監測方案，本工程布置兩組深層水平位移監測管，CX1測斜管從2015年6月1日開始監測，CX2測斜管從2015年6月9日開始監測。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監測，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，表明地基不會發生整體失穩情況。

（2）分層沉降觀測結果表明，2個分層管距地表最近磁環的位置分層沉降量最大，隨深度增加磁環沉降量變小；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的塑性滑動帶，地基較為穩定。

[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.