深厚軟土地基工后沉降的影響及控制措施

何宗明

在珠三角地區，因軟土地基處理設計、施工、監管等原因引起的工后沉降過大的事件越來越常見，研究深厚軟土地基工后沉降的影響因素和控制措施具有重要的意義[1]。本文以珠海市的某住宅項目為背景，開展對深厚軟土地基工后沉降的計算分析，并結合問題提出建議。

1 插板排水固結加載預壓處理方法概述

排水固結法又稱插板排水固結加載預壓法，是基于太沙基固結理論發展而來的一種軟粘土處理方法，其基本思路是在軟土層中設置排水通道，縮短軟土孔隙水的排出路徑，進而大大減小軟基的處理工期[2]。

最初的排水通道是在軟土層中設置砂井，讓土體孔隙水通過豎向的排水通道排出，從而達到加固軟土的目的。這種方法還需要施加適當荷載。常用的加載方法有真空荷載、堆土荷載、水荷載、降水加載等，或者是這些加載方法的組合[3]。

插板排水固結加載預壓法有完善的理論基礎，施工工藝比較成熟，工程造價比較低，且在珠三角地區得到廣泛應用。本文結合該方法和實際案例進行深入分析。

2 珠海某住宅樓工后沉降調查分析

2.1 項目軟土層分布情況

人工填土：層厚1.00 ～6.10 m，層頂埋深0 m，層頂高程0.51～3.07 m。

淤 泥：層 厚23.10 ～43.00 m，層 頂 埋 深1.00 ～6.10 m， 層 頂 高程-4.09 ～0.04 m。

淤 泥 質 粘 土： 層 厚3.80 ～11.20 m，層頂埋深36.00 ～49.70 m，層頂高程-47.95 ～-34.64 m。

粗 砂： 層 厚5.20 ～7.90 m，層頂埋深40.90 ～46.90 m，層頂高程-45.60 ～38.83 m[4]。

2.2 軟弱土層物理力學性質

主要軟弱土層物理力學的指標如表1 所示。從表1 可知，本項目的軟粘土含水量高、壓縮性大、抗剪強度低、滲透性低，易出現基坑開挖破壞、樁基偏移、工后沉降較大及差異沉降等工程問題。

表1 主要的軟弱土層物理力學指標

2.3 現場實測工后沉降

項目分為一期和二期2 個區，軟基均采用插板排水固結真空聯合堆載法處理，竣工至今已有5 ～7 a。現場典型位置工后沉降量如表2 所示。現場調查表明，竣工至今大部分地面已發生很大工后沉降，達200 ～750 mm并已導致較嚴重的管線開裂、散水和門前階梯下沉開裂、樓板下地面懸空等不良現象，給住戶和商戶的生活和經營帶來很多不便[5]。二期的工后沉降比一期小，為200 ～360 mm，沒有出現明顯的地面下沉、管線開裂。

表2 現場典型位置工后沉降量

2.4 工后沉降分析

2.4.1 基本條件

地面標高：現狀標高1.1 m，規劃標高4.2 m。現狀土層：回填土層1.7 m，淤泥層30.4 m。使用期間荷載：69.2 kPa。

2.4.2 不處理的工后沉降

若項目不處理軟基，直接填土至規劃標高面，在使用荷載作用下，軟基的總固結沉降量為2302 mm，30 a的次固結沉降約260 mm。在1 a 內，軟基的沉降量可達236 mm；在5、10和20 a 的沉降量分別為650、921 和1283 mm。若不對該場地軟基進行處理，在使用荷載作用下，軟基的平均固結度要達到60%需要34 a，要達到90%需要103 a。沉降分析結果如表3和圖1 所示。

圖1 不作軟基處理的沉降曲線（來源：作者自繪）

表3 不作軟基處理的沉降分析結果

由此可見，對于深厚軟弱土層，若不進行適當的處理，將會給上部的建構筑物帶來很大的工后沉降和差異沉降，嚴重影響其正常使用[6]。

2.5 按設計要求處理后的工后沉降

設計參數：排水板間距0.7 m、入土深度28 m，排水板底以下仍然有約4.1 m 厚的淤泥；施工荷載143 kPa，其中真空荷載為80 kPa；滿載預壓時間為75 d，有排水板處理范圍的軟土層平均固結度為90%。分析結果表明，在施工荷載143 kPa 作用下，軟基處理施工期間沉降量可達2400 mm 以上。使用期間的荷載為69 kPa，有排水板處理范圍的軟土層屬超固結狀態，主固結沉降已全部完成，后續還有次固結沉降；無排水板處理的范圍，則還有主固結沉降和次固結沉降。軟基處理完工后，約還需1 a 完成上部結構和場地地面施工，在建筑物竣工后5、7、10、20 和30 a 的工后沉降分別為197、224、249、289 及312 mm。

若軟土層厚度小于26.4 m，即排水板可打穿軟土層，則建筑物竣工后5、7、10、20 及30 a 的工后沉降分別控制在90、109、129、168 及191 mm之內。沉降分析結果如圖2和表4所示。

圖2 軟基處理的沉降曲線（來源：作者自繪）

表4 軟基處理后的沉降分析結果

2.6 工后沉降原因分析

項目竣工后，據現場調查結果，地面已發生較大工后沉降。一期場地的工后沉降為500 ～750 mm，二期場地的工后沉降為200 ～350 mm。

項目軟基處理的實際工后沉降比不做軟基處理的計算工后沉降小，說明軟基處理產生了積極效果。對照按設計條件進行軟基處理的工后沉降分析結果可知，一期大部分場地的實際工后沉降明顯偏大，二期實際工后沉降與計算值基本相符。

對照上述分析，可以采用插板排水固結真空預壓聯合堆載預壓方案進行處理可以達到較好的預期效果。而對于大部分場地，軟基處理后的工后沉降仍然較大，其影響因素很多，較為主要影響因素有以下3 點：第1，軟土層很厚，排水板難以打穿軟土層；第2，施工期間的排水系統沒有達到相應的效果，如排水板的深度不夠、排水板的通水能力不夠、水平排水系統效果未能達到設計要求；第3，因為滿載預壓的時間不夠，軟土層的固結度未達到設計要求。

3 軟基處理工后沉降的相關控制措施

控制措施具體為：第1，采用排水固結法處理軟基，排水板應盡可能打穿軟土層，以確保完成軟土層范圍的主固結沉降。施工中可采用材料總量控制、標記刻度、埋設金屬絲、安裝施工記錄儀等方式監控排水板的實際深度。第2，保證軟基處理密封效果，若發現密封膜有漏氣點應及時補漏。嚴格控制粘土密封墻的滲透性、泥漿比重，長度和寬度應足夠，并有效隔斷軟土層上部滲透性較好的土層，形成密封閉環。第3，抽真空環節，選擇高效節能的真空泵。在排水固結真空預壓法中有2 大類真空泵―射流泵和水氣分離泵。水氣分離泵能耗不到射流泵的50%，且單泵預壓面積是射流泵的5 ～10 倍。因此，在真空預壓施工中，盡量采用水氣分離泵，保證真空泵的開泵率，避免施工過程中出現荷載不足的情況。第4，在真空荷載穩定且恒載后方可填筑堆載土，避免填料中摻入較大石塊等堅硬堆載料，防止堆載料砸破或刺破密封膜。土方水平分層填筑并碾壓密實，減少新填土范圍的工后沉降和差異沉降。第5，預留足夠的沉降量。計算時除了考慮軟基施工期間的沉降量，還應考慮地面結構層施工至驗收階段的沉降量，以便在施工階段以最大荷載進行軟基處理，減少工后沉降。第6，施工過程應進行科學有效的監測，完整記錄真空荷載、地表沉降、孔隙水壓力等內容，以便及時發現問題并采取補救措施。第7，根據實測的地表沉降結果判斷軟基處理效果，在確定其滿足設計要求后，再卸除真空荷載。宜采用多指標控制，如固結度＞90%，或者連續10 d 沉降速率＜5 mm/d，當軟基處理效果達到要求時，可以卸載。

4 結語

對于珠海地區的深厚軟土地基，若不進行適當的加固處理，其場地將會產生很大的工后沉降。對于局部區域需要較高的承載力或者對工后沉降要求非常嚴格的情況，可以根據具體要求對該區域進行二次處理。在項目投入使用后，建議設置若干測點繼續測量一段時間，利用這些數據推算該區域后續的沉降情況，為后續開展維修工作提供依據。