廣州南沙新區明珠灣區起步區二期（橫瀝島尖）海岸及濱海景觀帶建設工程軟基加固及沉降監測分析

高志偉 廣東省水利電力勘測設計研究院有限公司 廣東科正水電與建筑工程質量檢測有限公司

栗佳輝 廣東紅海人力資源有限公司

1.工程概況

1.1 工程地質及地基處理

軟弱土在珠三角地區廣泛分布，具有明顯的孔隙比大、含水率高、壓縮性高、承載力極低的特點。不良的工程特性帶來地面沉降和不均勻變形等工程問題，在市政建設中將導致路堤開裂、路面出現過量的變形，影響市政工程的正常使用。工程位于珠江水系叉河地區，工程濱海景觀帶布置于護岸線至設計邊線(市政道路邊線)之間，全長1.064km，下臥土層有厚度5～40米不等的珠三角州相沉積軟土，因此即使景觀帶上無建筑物，下臥土為欠固結軟土也將產生很大變形，影響濱海景觀和正常使用。因此，該場地必須要進行地基處理。

地基處理方案采用塑料排水板加堆載預壓，堆載預壓填筑高度為3.0m，預壓180d。堆載填土在透水砂層基面完成后進行，按設計要求，基礎面隱蔽驗收后鋪設土工布，鋪第一層土，平整，壓實。填筑施工時分9層填筑壓實，其分層最大厚度與壓實機具通過試驗確定，分段分層填筑。

1.2 土樣物理力學指標

經勘察取樣至室內開展室內試驗，得到土樣的物理力學指標如表1所示。從中可以看出場地軟土具有明顯含水率大、靈敏度大、強度低、壓縮性高等顯著特點。土樣的顆分試驗及根據規范可知②-2和②-4軟土為高液限黏土（CH）；②-3軟土為高液限粉土（MH）。

表1 土的物理力學性質指標

2.現場沉降監測及室內次固結試驗方案

2.1 現場沉降監測方案

根據項目設計要求及場地情況，濱海景觀帶軟基處理B區的沉降監測分為地表沉降（沉降標）和深層分層沉降（沉降環），在加載初期每天觀測1次，每級荷載施加完成前后需各觀測1次，測值穩定后2～3天觀測一次。堆載結束后依沉降速率情況，每月觀測1～5次。

2.2 室內次固結試驗方案

為對比分析現場監測沉降數據，以BX1+538斷面為例對應開展一維壓縮次固結試驗，因堆載高度為3m，因此固結荷載僅加載到50kPa。取樣深度為12m，為②-4淤泥質土。加載方案1：12.5kPa，荷載持續3天→25 kPa，荷載持續3天→50kPa，荷載持續90天。加載方案2：50kPa，荷載持續90天。

3.沉降數據分析

3.1 現場監測沉降數據變形分析

3.2.1 地表沉降監測成果分析

根據沉降板監測數據（圖1），在第一級堆載期間，地表沉降速率最大，最大值可達到55.6mm/d，但堆載結束第4天開始速率減緩。由于初期堆載速率超過了設計控制標準值20mm/d，不利于地基的穩定，為了保證軟基不發生滑動破壞，監測單位向監理、施工等單位提出預警，并采取有效措施（如放緩加載速率）。再之后的7級堆載中，每級加載初期的地表沉降速率有衰減趨勢。分析原因有二，一是每一級加載是個荷載累積過程，沉降也進行累積，土體的最終沉降量是一定的，因此沉降速率勢必會減緩；二是塑料排水板每經過一級加載沉降，或堵塞或彎曲變形，排水性能削弱，導致沉降速率減緩，建議可打二次塑料排水板。隨著時間的推移，沉降逐漸收斂，約3個月后，沉降速率減緩到1mm/d～2mm/d。

圖1 地表沉降曲線

3.2.2 深層分層沉降監測成果分析

在一根測斜管中布置沉降環8個。在堆載過程中，不同深度的沉降明顯不一致，隨著埋深越來越淺，沉降成指數增長（圖2所示），說明堆載預壓，越靠近地表處效果越顯著，這有別與真空預壓的作用效果。沉降環埋深越淺，沉降量越大并越接近沉降板所測的沉降；沉降環埋深越大，沉降量越小。本項目最大沉降環埋深為28m，總沉降約10mm。說明堆載預壓沉降的作用深度約30m。

圖2 同一時刻不同埋深處沉降環沉降量曲線

3.2 室內試驗次固結變形數據分析

3.2.1 土樣的e-lgt關系曲線

圖3～4分別為方案1和方案2土樣的e-lgt關系曲線。對這些試驗曲線的分析可以得出：在初級荷載作用下，不論低應力水平（12.5kPa）還是高應力水平（50kPa）下，曲線都有較大曲率，主固結與次固結分界明顯且初級荷載越大主次固結越明顯；隨著累加荷載的增加，主次固結的分界逐漸模糊。這與在現場監測中，在初級荷載加載下，變形速率很大，超過預警值，需在初期堆載時嚴格控制加載速率使沉降速率在設計控制標準值范圍內相一致，初級加荷是容易發生軟基滑動破壞的時期。

圖3 方案1土樣的e-lgt關系曲線

3.2.2 次固結系數分析

Buisman(1936年)認為，在次固結變形階段，變形與時間對數之間基本呈線性關系，并在此基礎上提出了次固結系數的概念。次固結系數可由土樣的e-lgt關系曲線求得：

式中t1為相當于主固結達到100%的時間；t2為需要計算次固結的時間。

根據公式（1）和各級固結壓力下的e-lgt曲線（圖3和圖4），可求得3d和90d相應于不同固結壓力下的次固結系數，如表2所示。其中，t1為按Casagrande作圖法確定的主固結完成時間。從表2中可以看出，隨著荷載的增大，次固結系數有隨固結壓力增大而增大的趨勢；在同一荷載下（50kPa），由于加荷方案不一致則次固結系數也有差異；但經過長時間加荷后，差距會逐漸減小。得出的結論下在荷載較低的情況下與文獻結論類似。

圖4 方案2土樣的e-lgt關系曲線

表2 各級固結壓力下的次固結系數

將不同方案下的1d～90d 的次固結系數整理可得圖5所示固結壓力50kPa下的次固結系數變化曲線。從中可以看出，在早期，不同的加荷方案會使得次固結系數變化規律不一致，當5d 之后，次固結系數均呈現為增長趨勢，且最終都趨于穩定且數值相近。說明在長時間次固結沉降下，軟土的變形將趨于穩定，沉降速率越來越小，這與實際監測結果相符。

圖5 固結壓力50kPa下的次固結系數變化曲線

3.3 監測沉降和次固結變形對比分析

由于室內試驗與現場監測的模型比較難確定，因此定性分析兩者之間的關系。圖6為堆載3m高對地下12m處的深層沉降監測數據曲線，圖7為方案1的室內一維壓縮變形曲線。從中可以看出，兩者的變形有較大區別，現場實測沉降趨于穩定所需的時間明顯大于室內試驗變形趨于穩定所需的時間，且沉降速率要大于室內試驗。分析其主要原因是由于室內試驗是側限約束的，而現場實際工程情況中，側限方向并未約束，土體在堆載作用下有向四周擴散的趨勢，這也可從現場試驗的軟基內部土體水平位移曲線中體現，如圖8所示。

圖6 堆載3m地下12m處深層沉降曲線

圖7 方案1的總變形曲線

圖8 軟基內部土體水平位移曲線圖

4.結論

軟基處理的沉降關系到整個工程質量和工期。本文將現場監測數據結合室內次固結變形試驗得到如下結論：

（1）地表沉降速率在第一級加載中沉降非常快，容易出現日沉降量超過警戒值，需控制第一級的堆載速率；這與室內試驗中初級荷載下，初始變形速率大，主次固結分界明顯的結論相一致。

（2）在荷載水平較低時，次固結系數有隨固結壓力增大而增大的趨勢；在初期次固結系數隨時間增長有增長趨勢，但會趨于平穩，且最終平穩值與加荷方式無關；

（3）現場沉降和室內變形會有較大的變形差異，主要原因是現場試驗是無側限，而室內試驗是在有側限條件下進行。