濱海防洪堤海相軟土地基固結特性研究

張小泉

(華城建設集團有限公司， 福建 泉州 362011)

濱海防洪堤海相軟土地基固結特性研究

張小泉

(華城建設集團有限公司， 福建 泉州 362011)

本文通過對惠安下坑海堤軟土地基現場監測研究發現：填土過程中沉降量隨時間逐漸增大，軟基沉降與填土進程密切相關； 軟基總沉降量與填土高度呈強相關，填土高度越大，總沉降量越大； 主要沉降發生深度與軟土層深度基本一致； 伴隨填土荷載增大，超孔壓逐漸增大，填土結束后超孔壓持續增長近1個月，主要由填土上機械施工引起； 填土結束后，軟基不排水抗剪強度提高21%～37%。

大面積堆載； 軟土； 沉降

1 引 言

中國東南沿海地區分布有厚度較大、面積較廣的軟土，在軟土地基上修建防洪堤，地基沉降變形特性是控制工程施工進程的重要參數之一，為了掌握堆載作用下軟土的固結特性，埋設儀器進行監測是主要也是最可靠的手段，是水利工程建設中必不可少的一種應用技術。監測內容包括沉降變形、分層沉降及孔隙水壓力等，目前已有許多研究報道了軟土地區防洪堤地基的沉降變形特征[1-3]，但大都集中在沉降變形特征，對于分層沉降及孔隙水壓力變化過程的監測研究相對較少，本文通過對某工程防洪堤軟土地基進行監測，掌握填土堆載的影響深度和地基土隨時間的固結沉降規律，對后續工程施工提供指導。

2 工程概況

福建省惠安下坑海堤工程位于灘涂區域，結構形式為斜坡式，由附近山體開挖運來的花崗巖風化殘積土填筑碾壓而成，迎水面坡度為1∶2.0，背水面坡度為1∶1.5，其中迎水面采用砌石進行坡面防護，背水面采用植被進行防護。該防洪堤長約3.8km，西南為潮間帶灘涂，東北為淺海，存在一海溝，地勢整體上由西南向東北方向逐次傾斜，地面高程約為0.95～3.05m。根據工程地質勘查報告，該工程地層結構較為簡單，從上至下分別為?淤泥及砂層，全場地分布，灰色～深灰色，流塑～軟塑，含砂和貝殼，根據含砂量的多少可分為淤泥、淤泥混砂、淤泥夾薄層粉砂和砂混淤泥，土層均勻性較差。從整體上看，含砂量從上向下逐漸增大。該土層厚度為3.1～9.5m，平均厚度約為6.3m，東北方向的一條海溝淤泥厚度在4m左右，淤泥和淤泥含砂層的物理力學性質指標見下表；?殘積粉質黏土，全場地分布，黃褐色，可塑，由黏性土、石英顆粒和少量云母組成，母巖為花崗巖。中等壓縮性，力學性質較好，但具有浸水后易軟化的特點，厚度達10m以上。

為縮短建設工期，減少工后沉降，經多方論證軟基打設塑料排水板進行加速排水，然后分層填土、碾壓、直至設計高程。總的填筑厚度為3.0～8.0m，填土高度為1.2～3.5m時開始埋設總沉降、分層沉降觀測儀和孔壓計，埋設完畢后，填土高度為4.1～9.3m。

淤泥、淤泥含砂層主要物理力學性質指標統計表

3 沉降變形特征及分析

3.1 軟土地基沉降與時間的關系

總沉降量采用沉降盤的方法進行監測，在沉降盤的中間打設一根豎向標桿，為了防止標桿產生沉降，標桿的底部坐落在下部不動的地層上。該工程中，放置在下部的強風化花崗巖上。通過定期測量沉降盤與標桿頂部的距離，換算出地基的沉降量。選取了三個有代表性的沉降觀測點數據(S1、S3和S8)，如圖1所示。從圖1中可以看出，沉降量隨著時間逐漸增大，在填土的前3個月內，填土速率較慢，填土速率為0.01～0.02m/d，沉降速率也較慢，大約位于0.18～0.22mm/d；在3～9個月內，填設速率較快，為0.02～0.04m/d，沉降速率也較大，位于0.32～0.47mm/d；9個月后，沉降速率減小，沉降量逐漸趨于穩定。表明該軟基的沉降與填土進程有密切的關系。

圖1 軟土地基沉降量隨著時間的變化關系

3.2 軟基沉降量與填土高度的關系

該場地內共布設了18個總沉降量監測點，將最后一次沉降觀測點數據與相應位置的填土高度繪制于圖2中。可以看出，該軟基的總沉降量與填土高度呈現較強的相關性，填土高度越大，總沉降量也越大，最大填土厚度為9.2m，最后一次觀測的沉降量達到了210mm，兩者之間可以近似用線性公式表示。地表填土高度越大，在軟基內部產生的附加應力也越大，因此引起的豎向沉降量也越大。

圖2 軟基沉降量與填土高度的關系

3.3 軟土地基的分層沉降特性

為了掌握該軟基不同深度處的沉降量和不同土層的壓縮量，采用分層沉降磁性環的方法監測該軟基的分層沉降量。在監測點處，打設一根PVC測桿，測桿底端同樣位于下部的強風化花崗巖不動層上。磁性環每隔2m深度設置一個，共布設了6個。以最后一次觀測時間為例，不同深度處的沉降量監測結果如圖3所示。可以看出，S1監測點處的沉降量主要在8.0m深度以內，10.0m以下基本沒有觀測到沉降量；S2和S3監測點處的沉降量主要在6.0m深度內。通過對比這些監測點處的地層條件，S1監測點處的軟土層深度為7.4m，S2和S3處的軟土層深度為6.3m，發現主要沉降發生的深度與軟土層的厚度基本一致，表明該軟基的沉降主要發生在軟土層內。

圖3 軟基的分層沉降量

3.4 軟土地基的孔隙水壓力變化過程

該軟土地基在S1監測點附近5m距離處埋設了三個孔隙水壓力探頭，深度分別為3m、6m和9m。由于孔壓探頭監測的是總孔隙水壓力，扣除相應深度處的靜水壓力得到超孔壓，上述三個深度處的超孔壓監測結果繪制于圖4中。可以看出，隨著填土荷載的增大，超孔壓逐漸也增大；填土荷載在約9個月時填設完畢，但超孔壓仍在增長，大約在10個月達到峰值，然后逐漸衰減。孔壓滯后于填土荷載1個月仍在增長，究其原因，是由于填土完畢后，填土上部仍有部分重型車輛在行駛和施工，在軟基內引起了循環附加應力，導致孔壓繼續上升。在1個月后，車輛行駛量迅速減小。軟基內打設的塑料排水板起到較快的排水作用，超孔壓減小。從深度上看，3m深度處的超孔壓最大，6m深度的居中，而9m深度處超孔壓較小，表明9m深度處已基本沒有超孔壓，即不會發生固結沉降，這與分層沉降量監測結果基本一致。

圖4 軟基超孔壓監測結果

3.5 固結過程對土體強度的影響規律

為了檢驗塑料排水板打設后對該軟基的加速排水性能，以及地基土強度的變化情況，填土施工前后采用十字板剪切儀測試了該軟基的十字板不排水抗剪強度。其中，S1監測點處填土前后的不排水抗剪強度試驗結果如圖5所示，其中填土后的結果為填土536天時測試的結果。從圖中可以看出，填土荷載預壓與塑料排水板聯合作用后，該軟基的不排水抗剪強度提高的幅度位于21%～37%。軟土地基強度的提高可以采用下式進行解釋：

限于篇幅，式中各符號物理意義詳見《建筑地基處理技術規范》(JGJ 79—2002)。

圖5 軟基在填土前后的不排水抗剪強度變化情況

4 結 論

惠安下坑海堤工程打設塑料排水板加速排水處理，現場埋設試驗裝置對總沉降量、分層沉降、孔隙水壓力、填土前后的不排水抗剪強度進行了監測與測試，通過研究發現：

a.填土過程中，沉降量隨著時間逐漸增大，在填土的前3個月內，填土速率較慢，填土速率為0.01～0.02m/d，沉降速率也較慢，大約位于0.18～0.22mm/d之間；在3～9個月內，填設速率較快，為0.02～0.04m/d，沉降速率也較大，位于0.32～0.47mm/d；9個月后，沉降速率減小，逐漸趨于穩定，表明該軟基的沉降與填土進程有密切的關系。

b.軟基的總沉降量與填土高度呈較強的相關性，填土高度越大，總沉降量也越大。

c.主要沉降發生的深度與軟土層所在的深度基本一致，表明該軟基的沉降主要發生在軟土層內。

d.隨著填土荷載的增大，超孔壓逐漸也增大，填土結束后1個月內超孔壓仍在增長，主要是由于填土上方的機械施工引起的。

e.填土荷載預壓與塑料排水板聯合作用后，該軟基的不排水抗剪強度提高的幅度位于21%～37%。

[1] 喻華瑾，夏為.鹽倉防洪堤沉降觀測的設計與實施[J].浙江水利水電專科學校學報，2009,21(3):19-20.

[2] 沈金榮，張寶明，許世豐，等.對淤泥質軟土地基填筑防洪堤沉降成果的分析和運用[J].江蘇水利，2005(9):15-17.

[3] 劉文杰.淺析堤防工程沉降觀測[J].城市建筑，2015(20):260-260.

Research on consolidation characteristics of coastal floodwall marine faces soft soil foundation

ZHANG Xiaoquan

(HuachengConstructionGroupCo.,Ltd.,Quanzhou362011,China)

In the paper, it is discovered in field monitoring and study on Hui’an Xiakeng seawall soft soil foundation that: the settlement is increased with time gradually in the soil filling process, and the soft foundation settlement is closely related to the soil filling process. Total settlement of soft foundation is strongly related to the soil filling height. The soil filling height is higher, and the total settlement is larger. Main settlement depth is roughly the same as the depth of the soft soil layer. The hyperpore pressure is gradually increased with the increase of the soil filling load. The superpore pressure is continuously increased by nearly one month after soil filling is completed, which is mainly caused by mechanical construction on filled soil. After soil filling is completed, the soft foundation no-drainage shear strength is increased by 21% to 37%.

large area heap load; soft soil; settlement

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.07.007

P64

B

1005-4774(2017)07- 0023- 04