珊瑚砂地基沉降特征研究

師登宇 蔣恒

摘 要：珊瑚砂具有不同于普通硅砂的工程力學(xué)特性，馬爾代夫維拉納國(guó)際機(jī)場(chǎng)改擴(kuò)建工程需要研究珊瑚砂地基的沉降變形特征，通過(guò)在淺吹填區(qū)與原有陸域區(qū)地基布置分層沉降與表層沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行珊瑚砂地基沉降變形特性研究。結(jié)果表明：珊瑚砂地基在壓實(shí)施工完成后5個(gè)月內(nèi)會(huì)出現(xiàn)回彈現(xiàn)象，而后持續(xù)沉降1至3個(gè)月區(qū)域穩(wěn)定，且由珊瑚砂地基吹填厚度對(duì)最終沉降量影響較大，原有陸域在壓實(shí)施工完成1個(gè)月內(nèi)地基沉降可達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：珊瑚砂;地基;沉降;變形特征

中圖分類(lèi)號(hào)：TU433 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）04-0135-02

0 引言

隨著各國(guó)紛紛在鈣質(zhì)島礁上進(jìn)行工程建設(shè)，工程沉降及地表變形研究已引起越來(lái)越多工程研究人注意。鈣質(zhì)島礁主要由珊瑚砂堆積形成，珊瑚砂瑚礁、死亡的珊瑚和貝殼等被海水沖擊破碎后的碎屑物，而珊瑚礁和死珊瑚的礦物成分主要為文石和高鎂方解石，化學(xué)成分主要為碳酸鈣，其具有顆粒形狀不規(guī)則、易破碎、高內(nèi)摩擦角、高孔隙比等特性。

目前在鈣質(zhì)砂作為地基填筑的沉降特征方面已取得一定研究進(jìn)展，李洋洋等[1]認(rèn)為珊瑚砂地基的沉降量隨密實(shí)度增大而減小，并對(duì)比采用經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)珊瑚砂地基預(yù)測(cè)沉降與實(shí)際沉降發(fā)現(xiàn)，實(shí)際沉降量為經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算值的50%～67%;蘭恒星等[2]利用永久散射體干涉測(cè)量技術(shù)，對(duì)我國(guó)典型鈣質(zhì)島礁的沉降變形過(guò)程進(jìn)行準(zhǔn)確反演，并進(jìn)行數(shù)值模擬分析，結(jié)果表明鈣質(zhì)島礁的沉降變形存在明顯的時(shí)空分異特征，島礁邊緣沉降速率略大于其內(nèi)部沉降速率，與其他吹填材料的區(qū)域相比，質(zhì)島礁沉降速率偏小，但鈣質(zhì)島礁未來(lái)的沉降變形仍然存在一定的不確定性;王寶風(fēng)等[3]通過(guò)地質(zhì)勘察分析、沉降監(jiān)測(cè)、結(jié)構(gòu)驗(yàn)算等詳細(xì)的實(shí)例分析認(rèn)為，珊瑚砂易擾動(dòng)的地質(zhì)特性可能對(duì)上部建筑構(gòu)成長(zhǎng)期的沉降影響。

1 工程概況

維拉納國(guó)際機(jī)場(chǎng)是馬爾代夫最重要的國(guó)際機(jī)場(chǎng)，位于北馬累環(huán)礁瑚湖爾島，年旅客量吞吐量約230萬(wàn)人次。隨著馬爾代夫旅游資源深度開(kāi)發(fā)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展，未來(lái)幾年客流量將大幅增加，馬爾代夫機(jī)場(chǎng)公司開(kāi)展該機(jī)場(chǎng)的改擴(kuò)建工程。新擴(kuò)建場(chǎng)地采用珊瑚砂作為地基填筑料吹填后，對(duì)跑道、滑行道、停機(jī)坪等區(qū)域地基進(jìn)行承載力檢測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)得出反應(yīng)模量及CBR不能滿足規(guī)范要求，屬于軟弱地基。為提高軟弱地基承載力，本工程采用局部換填+表層碾壓處理方式進(jìn)行地基加固，并在軟基處理前后及施工期間對(duì)地基重要部位實(shí)施沉降監(jiān)測(cè)工作用以評(píng)定施工期間工程的安全性及施工對(duì)周邊環(huán)境的影響，并對(duì)可能發(fā)生危及環(huán)境安全的隱患或事故提供及時(shí)、準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)，以便采取有效措施，避免事故發(fā)生。

2 沉降監(jiān)測(cè)方案

2.1 沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

沉降監(jiān)測(cè)主要包括改擴(kuò)建工程內(nèi)地表沉降監(jiān)測(cè)及分層監(jiān)測(cè)沉降監(jiān)測(cè)。地表沉降監(jiān)測(cè)是指當(dāng)填筑體填筑至設(shè)計(jì)高程時(shí)，測(cè)量填筑體的總沉降量，目的是監(jiān)測(cè)土石方完后，道槽區(qū)不同填筑體厚度的沉降及差異沉降情況，為確定道面鋪設(shè)時(shí)間提供靠依據(jù)。分層沉降主要目的是監(jiān)測(cè)填筑體內(nèi)部在施工過(guò)程中和施工完成后不同部位、不同時(shí)間、不同深度出填筑體的沉降特性。

根據(jù)原有陸域及淺吹填區(qū)地層情況不同，對(duì)不同區(qū)域地基采用不同的監(jiān)測(cè)頻率，每個(gè)區(qū)域在特征位置布置若干個(gè)沉降點(diǎn)，監(jiān)測(cè)頻率統(tǒng)計(jì)如表1。

2.2 沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)

（1）地表沉降監(jiān)測(cè)。地表沉降觀測(cè)點(diǎn)埋設(shè)應(yīng)穿透地表結(jié)構(gòu)層，將其埋設(shè)在較結(jié)實(shí)的地層中（通常深度不小于120cm）。先用鋼筋混凝土工程水鉆在地表鉆孔，然后將制作好的監(jiān)測(cè)標(biāo)志（直徑10～20m的鋼筋）埋入，四周再用粗砂填實(shí)，同時(shí)設(shè)保護(hù)套及蓋板。

（2）分層沉降監(jiān)測(cè)。本工程采用JTM-H8800A型沉降磁環(huán)及配套分層沉降儀進(jìn)行土體分層沉降。分層沉降儀所用傳感器根據(jù)電磁感應(yīng)原理設(shè)計(jì)，將磁感應(yīng)沉降環(huán)預(yù)先通過(guò)鉆孔方式埋入地下待測(cè)的各點(diǎn)位，當(dāng)傳感器通過(guò)磁感應(yīng)環(huán)時(shí)，產(chǎn)生電磁感應(yīng)信號(hào)送至地面儀表顯示，同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警。讀取孔口標(biāo)記點(diǎn)上對(duì)應(yīng)鋼尺的刻度數(shù)值，即為沉降環(huán)的深度。每次觀測(cè)時(shí)用精密水準(zhǔn)儀測(cè)出沉降管的管口高程，再測(cè)出沉降環(huán)到管口的深度，即可換算出沉降環(huán)的高程，與前期和首期的高程求差，即可得到相鄰沉降量和累計(jì)沉降量。

3 珊瑚砂地基沉降特征分析

3.1 淺填區(qū)沉降特征分析

（1）分層沉降。選取跑道道肩外側(cè)位置的分層沉降點(diǎn)FC2進(jìn)行分析，該點(diǎn)位于碾壓實(shí)驗(yàn)結(jié)束2017年2月23日開(kāi)始監(jiān)測(cè)，自上而下共埋設(shè)分層沉降環(huán)3個(gè)，F(xiàn)C2-1標(biāo)高為-0.46555m，F(xiàn)C2-2標(biāo)高為-2.45655m，F(xiàn)C2-3標(biāo)高為-4.14505m，監(jiān)測(cè)頻率為碾壓結(jié)束后前3天每天記錄一次沉降量，后期每7天記錄一次沉降量。地基施工完成后5個(gè)月內(nèi)，各土層出現(xiàn)回彈現(xiàn)象;1號(hào)沉降環(huán)所在表層地基土在2017年7月23日至2017年9月23日期間出現(xiàn)較大幅度沉降，平均沉降速率0.5mm/d，至2017年12月16日地基土仍然不穩(wěn)定，而后地基土沉降基本保持穩(wěn)定，平均沉降速率0.04mm/d;2號(hào)及3號(hào)沉降環(huán)所在土層于2017年7月23日至2017年9月23日沉降基本保持穩(wěn)定，平均沉降速率0.02mm/d左右，至2017年12月23日出現(xiàn)小幅沉降，沉降速率在0.1～0.15mm/d之間，而后2號(hào)及3號(hào)沉降環(huán)所在深層地基土沉降保持穩(wěn)定。

（2）表層沉降。淺填區(qū)地基沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)MJ5、MJ6、MJ7、MJ8、MJ9、MJ14表層沉降曲線。監(jiān)測(cè)點(diǎn)MJ5與MJ7地基出現(xiàn)異常大沉降現(xiàn)象，總沉降量分別為7.49mm、17.87mm，MJ5沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)所在地基碾壓完成后出現(xiàn)了回彈現(xiàn)象，隨后在一個(gè)月內(nèi)地基表層發(fā)生較大幅度的沉降，平均沉降速率為0.37mm/d，從2017年9月9日開(kāi)始地基沉降基本保持穩(wěn)定，MJ7所在地基碾壓完成沉降保持穩(wěn)定，平均沉降速率為0.015mm/d，但在2017年8月31日至2017年10月5日，沉降量達(dá)15.06mm，平均沉降量達(dá)0.4mm/d，而后沉降逐漸趨于穩(wěn)定;MJ6、MJ8、MJ9、MJ14沉降特征相似，地基碾壓施工完成后沉降隨即保持穩(wěn)定，總沉降量分別為3.57mm、4.36mm、 4.49mm及3.9mm。

3.2 原有陸域沉降特征分析

（1）分層沉降。選取原有陸域區(qū)跑道道肩外側(cè)位置的分層沉降點(diǎn)FC8進(jìn)行分析，該點(diǎn)于碾壓實(shí)驗(yàn)結(jié)束后2017年5月7日開(kāi)始監(jiān)測(cè)，自上而下共埋設(shè)分層沉降環(huán)3個(gè)：FC8-1， FC8-2及FC8-3，監(jiān)測(cè)頻率為碾壓結(jié)束后前3天每天記錄一次沉降量，后期每7天記錄一次沉降量。地基施工完成后2個(gè)月內(nèi)，各土層出現(xiàn)回彈現(xiàn)象;2號(hào)沉降環(huán)及3號(hào)沉降環(huán)所在表層地基土在2017年8月1日至2017年9月16日期間出現(xiàn)較大幅度沉降，平均沉降速率0.5mm/d，而后土基呈現(xiàn)持續(xù)沉降趨勢(shì)，2017年9月23日至2017年12月16日沉降速率保持在0.33mm/d;由1號(hào)沉降環(huán)數(shù)據(jù)可知，沉降觀測(cè)5個(gè)月后至2017年10月21日，淺層土層的沉降基本趨于穩(wěn)定。

（2）表層沉降。原有陸域地基沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)MJ0、MJ2、MJ3、MJ4表層沉降曲線。四個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的地基沉降特征基本相似，碾壓施工完后出現(xiàn)少量回彈現(xiàn)象，而后持續(xù)沉降20天后保持穩(wěn)定。MJ0、MJ2、MJ3及MJ4的總沉降量分別為15mm、4.38mm、6.31mm、16.77mm，MJ0及MJ4的沉降量較大，可能是由于其位于原有陸域地基與淺吹填地基交界處，受到工程建設(shè)和海洋水動(dòng)力影響明顯。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）對(duì)于淺填區(qū)地基，施工完成后5個(gè)月內(nèi)，分層沉降出現(xiàn)不穩(wěn)定回彈現(xiàn)象，6個(gè)月后沉降趨于穩(wěn)定，深層土基的沉降量比表層土基的沉降量要大，記錄的表層沉降由于點(diǎn)位不同，珊瑚砂吹填厚度不同最終沉降量差異較大。

（2）對(duì)于原有陸域地基，地基施工完成后2個(gè)月內(nèi)，各土層出現(xiàn)回彈現(xiàn)象，在監(jiān)測(cè)期內(nèi)較深層的土基沉降未表現(xiàn)出穩(wěn)定，淺層土基在沉降監(jiān)測(cè)5個(gè)月后開(kāi)始區(qū)域穩(wěn)定;地基各表層沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)在施工完成1個(gè)月后基本穩(wěn)定，原有陸域與吹填分界線的沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)最終沉降量較大。

參考文獻(xiàn)

[1] 李洋洋，方祥位，黃雪峰，等.珊瑚砂地基平板載荷模型試驗(yàn)研究[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2017（10）：114-121.

[2] 蘭恒星，趙曉霞，伍宇明，等.鈣質(zhì)島礁沉降變形過(guò)程分析[J].中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2017.

[3] 王寶風(fēng)，陳亮.某瀕海珊瑚砂建筑地基沉降實(shí)例研究[J].工程質(zhì)量，2016，34（8）：78-81.