堆載預壓法在溫州深厚軟土地基處理中的應用

◎ 章途鑫 溫州市交通工程管理中心

1.引言

我國沿海地區分布著大范圍的淤泥質軟土，隨著城市的快速發展，對這些淤泥質軟土進行處理進而對這些區域充分利用成為沿海地區開拓空間的迫切需求。這些軟土多處于超飽和狀態，含水率可達到100%～200%，壓縮性大，水滲透性差，處理難度大。

20 世紀50 年代初，瑞典學者Kjellmen提出的真空預壓法，成為軟基處理研究的里程碑[1]。近年來，國內的眾多學者對軟基處理方法進行了總結和研究，取得了快速發展。盛煥明等對真空預壓負壓力在地下水位線上、下傳遞規律，提出真空壓力在地下水位線以下也會傳遞[2]；曹建勇、姜建芳、劉賀等研究了先淺層、再深層真空預壓二次加固方法在道路區軟基處理的案例，結果標明效果較好，能夠滿足使用要求[3,4,5]；朱森林、賈敏才、周波等在潮汕機場、上海港、廣州南沙等地深厚軟土處理項目中分別研究了堆載預壓法、二次真空預壓法、真空預壓法加固效果，結果表明加固后地基承載力有較大幅度提交，土體物理力學性能指標也得到了較大提高[6,7,8]。

溫州市地處浙江省南部，沿海約有530平方公里的灘涂。作為“七山二水一分田”的少地城市，這些灘涂區域的建設開發，對溫州市的發展顯得尤為重要。溫州地區灘涂軟土含水量高、孔隙比大，部分區域軟土層厚度甚至超過30m，這些軟土層普遍表現為透水性差、抗剪強度低、靈敏度大，地基處理難度很大。本文以溫州某項目為例，對堆載預壓法處理該地區深厚軟土地基進行了研究，該項目自2017年9月開始，2020年6月完工，地基處理取得了較好效果。

2.工程地質條件

根據勘察資料，項目場地劃分為5個工程地質層，9個工程地質亞層，地層自上而下簡述如下：

①層：素填土，層厚0.3～0.5m。②1層：淤泥，層厚1.4～11.5m。②2層：淤泥，層厚7.2～11.1m。②3層：淤泥，層厚6.7～14.2m，層頂高程-20.7～-15.8m。③1層：淤泥質黏土，層厚5.3～9.5m。③2層：黏土，層厚2.0～16.0m。④2層:黏土夾粉砂，層厚4.8～16.6m。④3層:粉砂夾黏土，層厚4.7～12.2m。④3’層:粉砂夾粉土，層厚1.3～6.4m。⑤2’層：卵石層厚大于6m。

3.地基處理及監測方案

3.1 地基處理主要方案

地基加固采用打設塑料排水板進行固結排水，主要施工步驟如下。

測量放線→鋪設兩層沖灌袋裝砂墊層→打設塑料排水板→鋪設一層砂被、覆蓋土工布、軟體排→拋石棱體、回填開山石至-5.0→間歇2個月→拋石棱體、回填開山石至-2.0m→間歇2個月→拋石棱體、回填開山石至+1.0m→+1.0m平臺護面→間歇2個月→回填開山石至+4.0m→+2.0m平臺護面→間歇2個月→上部結構+6.5m。

3.2 監測方案

通過對地基處理的跟蹤監測不僅可以確保施工的安全順利進行，還可以根據監測效果及時提供一些具有價值的信息，對施工過程中可能出現的各種不利現象，及時調整施工參數、施工工序以及是否要采取應急措施等提供技術依據。

在本項目的實施過程中，布置了表層沉降、深層分層沉降、深層水平位移孔隙水壓力等監測參數，監測設備埋設位置示意圖如圖1所示。

圖1 監測點布置斷面圖

4.監測結果與分析

試驗斷面設計監測內容為表層沉降4個、深層分層沉降1組、深層水平位移3組、孔隙水壓力1組。

4.1 表層沉降

在斷面軸線內側29.5m處布置一組表層沉降觀測點編號C-1，在軸線內側4.5m處布置一組表層沉降觀測點編號C-2，在軸線外海側23m處布置一組沉降觀測點C-3，在堤軸線外海側63m處布置測點C-4。測試數據曲線見圖2、圖3。

圖2 表層累計沉降量監測曲線圖

圖3 表層沉降速率監測曲線圖

表層沉降盤沉降監測自2018年9月5日開始，至2020年7月12日結束。其中C-1和C-4由于在施工過程中不斷損壞，未能恢復，從而在后續中斷了兩點監測。在施工過程中，表層沉降盤發生了較大沉降，監測期內最大累計沉降量為5277mm，發生在C-2沉降盤。C-3測點處于一級平臺上，和C-2位置沉降盤標高差5.5m，最終沉降量為3476mm，沉降量較C-4小1830mm。

表1 土體物理力學參數表

監測過程中，沉降速率出現13次超標情況（控制標準15mm/d），沉降速率最大值為34mm/d，發生在施工初期加載過程中。由圖2可見，在施工過程中，該斷面表層沉降速率一直處于波動狀態，在加載過程中沉降速率變化無收斂趨勢，但在停止加載后速率明顯收斂，逐漸穩定，至施工結束時，沉降速率為1～2mm/d，地基處于基本穩定狀態。

4.2 深層分層沉降

在軸線內側4.5m處布置了一組深層分層沉降觀測點，測試曲線圖4。

圖4 深層沉降標累計沉降量監測曲線圖

該組深層分層沉降監測自2018年8月25日開始，2020年4月7日結束。根據監測數據，該點最大分層沉降為3763mm，監測過程中，深層分層沉降未發生超過控制標準（15mm/d）的情況。各土層壓縮量情況見表2。

表2 深層沉降標監測各土層壓縮量統計表

根據分層沉降曲線，該監測點主要沉降發生在-29.5m以上區域，其他地層相對較小。

4.3 孔隙水壓力

在軸向上布置一組孔隙水壓力測點，測試曲線如圖5。

圖5 超靜孔隙水壓力監測曲線圖

孔隙水壓力觀測自2018年8月16日開始，至2020年7月5日結束。根據觀測數據，施工加載過程中該斷面產生的超靜孔壓相對較大，最大值為129.5kPa，發生在KY-10點，即埋設高程-10m位置監測點。至監測結束，該斷面KY-7、KY-10、KY-13、KY-22監測點超靜孔壓仍然較大，分別為105.6kPa、121.1kPa、105.5kPa、93.5kPa，消散結果不甚理想。

由圖5超靜孔壓變化曲線可見，施工加載過程中，埋設于各深度位置的孔壓監測傳感器監測數據均有增大，在間歇期內均有所下降，尤其在間歇期較長的時間內孔壓下降趨勢明顯，表明深層土體內的水能夠通過排水板排出，排水板在本項目超深軟土地基處理中發揮了明顯作用，使深層軟土發生排水固結。

4.4 深層水平位移

在該監測斷面布置深層水平位移測點3組，分別是軸線內側24.5m位置編號Q-1，在堤軸線外海側28m處布置測點Q-2，在外海側68m處布置Q-3。測試曲線見圖6～圖8。

圖6 Q-1深層水平位移監測曲線圖

圖7 Q-2深層水平位移監測曲線圖

圖8 Q-3深層水平位移監測曲線圖

深層水平位移監測自2018年8月15日開始，至2020年7月18日結束，監測到深層水平位移速率最大值為19.0mm/d，發生在2018年11月29日Q-3測斜孔-2.5m高程位置；累計位移量最大值為844.6mm，方向為向圍堤外側，發生在Q-2測斜孔-12.0m高程位置；監測過程中發生42次變形速率超標情況（控制標準5mm/d）。至施工結束時，該斷面深層水平位移變化速率為0～0.2mm/d，地基處于穩定狀態。

由監測結果可見，在施工加載過程中地基深層土體發生了較大位移，變形主要發生在-10m～ -25m土層。隨著深度增加，原狀土的物理力學性質逐漸變好，發生的變形越來越小，在-40m以下發生的變形可以忽略不計。

根據三組深層水平位移曲線，表明地基深層土體變形規律符合堤身受力特點，Q-1主要表現為向堤身陸側的變形，主要是受主堤堆載影響，-9m～-43m為向陸側變形，最大累積位移量為-83.8mm。Q-2表現為向海側的變形，最大累積量為844.6mm，位于-2.5m；Q-3位于堤軸線外側二級平臺，表現為向海側的變形，最大變形量為136.8mm，發生在-19.0m高程位置。

5.加固效果

5.1 鉆孔取土

在地基處理完成后，對加固區進行取土及室內土工試驗檢測。因處理區加固前未進行相關檢測，故將本次檢測結果與勘察資料進行對比。本次檢測鉆孔“ZK6、ZK7、ZK4、ZK5”分別與勘察資料中鉆孔“K8、K10、K15、K16”位置接近，因此將其試驗結果分別對比，取本次加固處理深度范圍內（約-24m）各項數據的平均值進行統計分析，結果見表3。結果表明，加固后土體在含水量、孔隙比、壓縮系數等均有較明顯的減小，土體強度有明顯增長。

5.2 載荷板試驗檢測

施工結束后，進行載荷板試驗3組，檢測結果見表4檢測結果表明，試驗最大加載至240kPa，最終沉降量分別為7.93mm、11.75mm、16.74mm，地基均未出現破壞狀態，1/2滿載即120kPa沉降量分別為6.10mm、6.04mm、6.48mm，均未超過0.01b即15mm，試驗數據正常，根據規范，判定以上各檢測點承載力容許值不小于120kPa，陸域地基處理區承載力特征值不小于120kPa。

表4 載荷板試驗檢測結果統計表

6.結論

經過現場長達兩年多的施工及監測，表明排水板+分級堆載預壓法在溫州深厚軟土地基處理中效果明顯，可基本滿足使用需求。

監測結果可見，在該項目中，排水板在本項目深厚軟土地基處理中發揮了較明顯的排水效果，施工加載過程中超孔壓消散相對較好。在施工過程中，地基發生了較大的沉降變形，監測斷面最大沉降量達到5277mm，至施工結束時沉降速率仍然在1～3mm/d，后期的殘余沉降量仍然較大。施工初期及出水加載階段，深層水平位移均出現了多次超標情況，表明該階段施工風險較大，至施工結束時，深層水平位移速率為0.1mm/d，地基橫向變形處于穩定狀態。

根據深層分層沉降監測結果，土層壓縮主要沉降發生在-29.5m以上區域，其他地層相對較小。由深層水平位移監測結果可見，在施工加載過程中地基深層土體變形主要發生在-10m～-25m土層，由此可見，該深度段土層縱向、橫向變形均較大，在施工過程中應作為最不利土層引起重視，監測中也應重點關注該層土體的變形情況，出現異常及時排除風險。

綜合監測及檢測結果，堆載預壓法在溫州地區深厚軟土地基處理中，分層加載中容易出現變形速率過大的情況，施工工期較長，但地基處理效果較好，達到了預期加固目標。