沿海淤泥質土真空預壓沉降規律研究

◎ 熊輝 李雪松

1.中交二航局第一工程有限公司；2.中交第二航務工程局有限公司

1.引言

廣州南沙區橫瀝島尖地層以飽和淤泥質土為主，適合采用真空預壓進行地基處理。大量沿海工程采用真空預壓法進行地基處理。王長法[1]結合數值模擬和實測分析長三角軟基真空預壓監測值，得到沉降及孔隙水壓力的變化規律。張明等[2]對比了三種真空預壓的預壓時間預測方法，并應用于深圳地區真空預壓工程，研究其適用性。孫立強等[3]、程琪等[4]分別研究了天津和連云港的軟基真空預壓插板期間沉降，得到插板期間地基沉降特性。何濤等[5]對比了三點法和雙曲線法，認為雙曲線法更適合珠海橫琴地區的真空預壓沉降分析。孔綱強等[6]、曹杰等[7]分析了真空預壓工程監測數據，發現真空預壓分層沉降和側向位移與預壓時間成正比，與深度成反比，總沉降速率減小。王國興等[8]分析威海地區真空預壓效果。廣州地區有南沙港真空預壓的相關研究[8-11]。

不同地區真空預壓地基變形曲線存在較大差異，表明不同地區的真空預壓效果存在差異。目前廣州南沙的軟基的研究并不多見，僅有關于本文分析橫瀝島尖真空預壓沉降特性。

2.工程概況

2.1 真空預壓區域

真空預壓區域位于橫瀝島尖，真空預壓面積26240m2。

真空預壓施工工序依次為密封溝施工、鋪砂墊層、插打塑料排水板、鋪密封膜、安裝水泵等。塑料排水板平均插入深度為18.2m。泵體采用水汽分離式真空泵。真空預壓區域四周鋪筑臨時擋水土袋圍堰，用于收集抽出的地下水，增大預壓荷載的同時保護真空膜。計算分析未考慮插板期間施工沉降。

2.2 地質與水文

真空預壓區域地層分布及地層的土層物理力學指標見表1。

表1 土層物理力學指標

3.監測結果分析

3.1 真空度變化

真空預壓真空泵啟動后，膜下真空度迅速升高，15天真空度從0kPa升至87.6kPa。真空度穩定在90kPa左右。

3.2 水位變化

現場水位監測結果顯示，前23d水位平均下降速率達到280mm/d，23d后水位下降速率迅速衰減至8.75mm/d。110d左右水位存在短期波動。

真空負壓從上向下傳遞是水位下降主要的主因，地下水在壓力差驅動下沿排水板向上流動。地表下6.5m處真空負壓與水壓達到平衡，地下水不再向上流動。

3.3 沉降變化

前20d真空預壓作用下的平均沉降速率達到40mm/d，20d之后，20d～78d沉降速度迅速衰減至較低速率，78d之后沉降速率衰減至1mm/d以下。

同一區域不同測點的實測沉降值離散性較大，最大最小分別為1 0 3 7.4 m m(D D 2 0-6)和755.6mm(DD21-5)。區域地層起伏及真空度損失不同可能是引起沉降變化的原因。

3.4 真空度、水位、沉降的關系

歸一化處理平均水位、平均真空度和平均沉降。水位、真空度和沉降變化趨勢基本一致，總體呈2階段變化：近乎線性的快速增長，拐點后基本保持水平。

表明橫瀝島尖含砂軟基對真空負壓較為敏感，沉降和水位的變化緊跟真空度，滯后時間非常短。該特性與其他工程[4,7,9]有所不同。

4.沉降預測對比

4.1 雙曲線法

雙曲線法的表達式為：

式中，St為t時刻的沉降(mm)；Si為i時刻的沉降(mm)；α、β為雙曲線的系數。

式(1)可寫為：

當t→∞，計算最終沉降量Sf為：

4.2 三點法

在沉降曲線上，取真空穩壓區域內時間間隔相同的三點沉降S1、S2和S3，使△t=t3-t2=t2-t1，計算沉降表達式為：

4.3 兩種方法計算結果比較

分析8組數據的結果表明，最終計算結果與計算參數的時間間隔成正比，即時間跨度越大，沉降計算值逐漸增大。同樣條件下，三點法計算結果小于雙曲線法計算結果。雙曲線法計算的最終沉降量大于實測沉降，為實測沉降的110%～120%。恒載的前2個月，三點法計算沉降量略小于實測沉降，恒載的后2個月，計算沉降量略大于實測沉降，計算沉降與實測沉降之比約為94%～110%。

真空穩壓3個月時，測點DD19-4三點法計算的沉降量與實測值之比達到230%，78d左右該測點沉降曲線的突變是導致該誤差的原因。公式（4）中令△S1=S2-S1，△S2=S3-S2，則公式（4）可寫為：

從式（5）可看出，△S2沉降突變，則計算沉降突變。

沉降變化較平順的情況下，三點法計算結果更精確。雙曲線法對沉降突變具有較好的適應性。

不同測點不同時間跨度計算沉降見表2，不同測點不同時間跨度計算沉降與實測沉降比見表3。

表2 不同測點不同時間跨度計算沉降

表3 不同測點不同時間跨度計算沉降與實測沉降比

三點法計算沉降顯示，卸載時的土體固結度均達到90%以上。雙曲線法計算沉降顯示，卸載時固結度不滿足90%的要求。雙曲線法推測結果，131天的加載期仍不能滿足固結度要求，不符合該工程實際情況。圖3的實際沉降速率顯示，78d之后的測點沉降速率均小于1mm/d，已達到卸載標準。

圖1 真空度、水位和沉降關系

圖2 八個測點沉降曲線

圖3 各個測點沉降速率

《建筑地基處理技術規范》規定，穩定真空度后預壓時間不宜低于90d。三點法預測的穩壓3個月后固結度達到95%，沉降速率均小于1mm/d，達到卸載條件。此后繼續抽真空，效果并不明顯。

5.結論與建議

（1）沿海橫瀝地區真空預壓下水位和沉降變化趨勢基本一致，即預壓前期快速變化，拐點后變化速率迅速衰減：20d內平均沉降速率高達40mm/d；沉降速率分布離散性較大；20d之后，平均沉降速率衰減至不足2mm/d；78d后的沉降速率進一步降低，趨近于0。

（2）采用雙曲線法和三點法計算預測沉降，最終計算沉降與參數的時間跨度成正比。數據較平順的前提下，三點法比雙曲線法更精確。雙曲線法對沉降突變的適應性更好。實際工程中，可結合雙曲線法和三點法的計算結果預測最終沉降。