軟土地基沉降規律研究

潘 松

(中交天航濱海環保浚航工程有限公司，天津 300456)

堆載預壓法是排水預壓法的一種，是軟土地基常用處理方法，通過預壓荷載產生的附加應力使地基產生超孔壓，然后孔隙水通過排水板排出，地基產生固結壓縮。排水板為豎向排水通道，可以加速地基固結，對于工程來說，準確預測地基各個時期沉降量及固結度對工程施工及設計非常重要，而對于砂井地基或排水板處理地基常用固結理論為太沙基理論，巴隆固結解。

1 固結原理

土是由固、液、氣三相組成，土體的固結過程也就是液體、氣體的排出過程，土體骨架發生錯動的結果，因此，土體固結的快慢與土體中液體、氣體的排出速率有關，在1925年，太沙基建立了單向固結的基本微分方程，按太沙基單向固結理論計算固結過程，在某一壓力作用下，飽和土的固結過程，就是土體中各點的超孔隙水應力不斷消散，地基有效應力逐漸增加的過程。根據巴隆固結解析解得出以下結論。

瞬時加荷下砂井地基固結度。

豎向排水平均固結度:

橫向排水平均固結度:

砂井地基總的平均固結度:

其中，Tv為豎向固結時間因素，Tv=cvt/H2;Th為橫向固結時間因素，分別為豎向和徑向固結系數，cm2/s;n為井徑比，n=de/dv;t為時間，s;h為土層的豎向排水距離，m，雙向排水時H為土層厚度的一半，單面排水時H為土層厚度;de，dw分別為砂井距、砂井直徑。

逐漸加荷下砂井地基固結度:

其中，Ut為多級等速加荷下，t時刻修正后的平均固結度;Urz為瞬時加荷下的平均固結度;tn－1，tn分別為每級等速加荷的起點和終點時間;Δpn為第n級荷載增重;∑為第n級荷載起始和終止的時間。

考慮砂井(塑料排水板)作用的線性加載時的固結度改按下式計算:

巴隆解:

其中，ti為歷時;Ti為i級荷載加載歷時，泊松比v近似取0.4;Ch為水平向固結系數，計算時取豎向固結系數，考慮涂抹影響，近似取s=1.2，β =7.0。

2 工程概況

大連某工程位于大連灣南岸，通過挖泥，大開挖段地基內存留約12m厚淤泥質土，打設排水板后，拋填碎石層和中塊層整平后，安裝大圓筒，圓筒為鋼筋混凝土結構，上部外徑8.0m，內徑7.3m，高度7.6m，底部外徑9.0m，內徑 6.3m。外形見圖 1，圓筒安裝后常年受海浪影響。圓筒滿載后上部建設胸墻，因為圓筒高度一定，為了防止圓筒高低不平，影響景觀工程效果，必須較準確預測圓筒加載沉降量以及固結時間，為上部胸墻設計以及施工時間提供理論及實踐指導。

3 地質條件

圖1 大圓筒外形構造圖

根據勘查報告及經過挖泥后，基床內存在軟土為:

土體物理力學性質詳見表1。

軟土層厚度約12m，施工過程中打設了塑料排水板SPB-B型排水板，換算成砂井直徑74mm，正方形布置，間距1.0m。圓筒回填一般1d完成。軟基處理斷面圖見圖2。

表1 軟土層物理力學性質匯總表

圖2 軟基處理斷面圖

根據式(1)～式(5)通過電算的方式，計算結果并與實測數據進行比較，見圖3。

圖3 實測沉降與理論擬合曲線

由圖3實測沉降曲線和理論計算結果對比曲線可知，在加載初期理論計算沉降值比實測值較小，但隨著觀測時間的延伸，到一定時間后實測沉降值開始比理論計算值偏小，且兩者最終趨于一致的變形特性，在土上表現為兩條曲線基本重合。且從圖3中可見，在完成全部荷載施加后約30d地基固結度達到90%。

以上現象主要是因為初期地基排水效果較好，且地基側向擠出，地基產生較大塑性變形引起的，而理論計算是建立在達西定律的基礎上，且整個過程滲透系數為常數，且地基只發生豎向壓縮，因此，初期實測沉降量較理論計算值大，且隨著地基變形逐漸增加，土體滲透系數逐漸減小，而計算中沒有考慮這一特點，因此，后期出現實測沉降量略小于理論計算值現象。但隨著時間因素的影響，最終趨于一致。

4 結語

根據以上計算分析，得出以下結論:

1)砂井地基固結理論計算地基沉降及地基固結度與實測值有較好的一致性。2)理論計算沉降量與實測值由初期實測沉降值略大于理論計算值，到一定時間又表現出略小的特點，后期則基本一致。3)在全部荷載施加完成后，約30d后，地基固結度可以達到90%。

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