堆載預壓排水固結法在軟基加固過程中的沉降量和固結度推算分析

裴偉民 廖德華 何文潤

摘要：文章基于沿海吹填區域軟基加固處理工程實例，對地基加固過程中的沉降量和固結度計算分析方法進行了探討，并結合現場沉降監測數據，分別采用三點法、Asaoka法、雙曲線法對地基最終沉降量及固結度進行了預測計算。結果表明：塑料排水板堆載預壓法對沿海吹填的軟基加固效果較好;經驗雙曲線法的推算結果較大，固結度較小，較三點法和Asaoka法的計算結果偏于保守，對實際工程偏于安全。

關鍵詞：排水固結法;軟基處理;表層沉降;固結度

0 引言

對于港口碼頭等沿海工程的建設，常面臨大量軟土地基處理問題。通常在水域上進行填筑造陸時所吹填的多為淤泥性軟土，后續需對其進行吹砂填淤，并采取相應措施對軟基進行加固處理，才能滿足荷載對地基的要求。軟土地基工程性質特殊，其特點一般有流變性、觸變性、透水性低、壓縮性高和抗剪強度低等，在荷載作用下，有著緩慢的排水固結、較差的地基穩定性和沉降難以控制等現象[1]。

吹填區域地基處理常以真空預壓或堆載預壓工藝為主[2]。其中，堆載預壓排水固結法具有使地基穩定性顯著提高、工期縮短、工程造價低、工藝簡單等優點[3]，是一種有效的軟土地基加固處理方法。

如何準確計算地基沉降和固結度是軟基處理工程中要解決的關鍵問題[4]。目前軟基處理工程中應用較多的地基沉降預測方法有雙曲線法、三點法、淺崗法、星野法、沉降速率法等[5]，而采用單一的方法進行地基沉降量預測，往往缺乏可比性和可信度。

為了提高地基沉降量及固結度推算預測水平，本文結合北海郵輪碼頭工程港區軟土地基處理工程實例，探討塑料排水板堆載預壓法的沉降量和固結度的計算。基于現場軟基沉降監測實測數據，采用“三點法”“Asaoka法”“雙曲線法”對加固后的軟土地基沉降進行預測，通過對比分析地基的最終沉降量及固結度計算結果，對各計算方法間的差別及其適用性和局限性進行了分析。

1 工程概況

北海郵輪碼頭建設工程位于廣西北海石步嶺港區、冠頭嶺國家森林公園西側海岸。根據地勘資料，項目區域內主要地層有以下幾種：（1）人工回填土層，主要包含吹填細砂及吹填中粗砂層;（2）第四系海相沉積第三層淤泥（Qm-3），灰色，灰黑色，軟塑，局部含貝殼殘骸，底部含少量粗砂;（3）第四系海相沉積第二層粗砂（Qm-2），灰色，灰黑色，稍密，部分為中密狀態，成分以石英為主，棱角狀，分選性較好，無膠結，大部分地段粒間為軟塑黏土充填，局部黏粒含量大，而相變為淤泥混砂;（4）第四系海相沉積第一層礫砂（Qm-1），灰白色，灰黃色，中密，部分為密實狀態，粒間部分為黏土充填，無膠結，局部含淤泥及貝殼殘骸;（5）第三系（D1）砂巖夾泥巖、粉砂巖碼頭區下伏基巖為泥盆系下統（D1）砂巖夾泥巖、粉砂巖。

整個場地均采用堆載預壓排水固結法對軟土進行加固，具體技術方案如下：

（1）中、粗砂墊層：在陸域形成至高程6.3m后鋪設70cm厚砂墊層。

（2）插打塑料排水板：采用SPB-B型原生質直接測深式塑料排水板。平面上按正方形布置，間距為1.0m。

（3）堆載：堆載料采用中、細砂（海砂）。堆載厚度為2.5m，分2級加載，第一級堆載厚度為1.3m，第二級堆載厚度1.2m。為保證邊坡穩定，每級堆載需分層回填，最大松鋪厚度按每層≤50cm控制，并控制加載速率。

（4）卸載：滿載預壓接近60d時，根據實測沉降推算固結度達到90%以上后卸載，平整場地至交工高程6.3m。

2 結果分析

本文選取碼頭后方陸域為研究對象，該區域面積約為6800m2，共埋設3個觀測點測量地基表層沉降，采用塑料排水板堆載預壓法進行地基加固，塑料排水板插至淤泥混砂層底。該區域的堆載時間從2019-05-01開始至2019-08-11結束，堆載厚度為2.5m，分2級加載。各表層沉降觀測點的填土高度、沉降量隨時間的變化曲線如圖1所示。

2.1 最終沉降量

對實測監測點的表層沉降數據進行最終沉降量和固結度推算，常用方法有三點法、經驗雙曲線法、Asaoka法等。本文分別采用這三種方法進行地基最終沉降量和固結度的推算，并進一步比較分析各方法所得結果。

根據1#～3#號測點的實測沉降曲線，t1以5d遞增，通過多次平均計算，得到地基最終沉降量，計算結果如表1～3所示。由表1～3可知，推算所得的1#測點的地基最終沉降量最大，3#測點最小;采用不同時間間隔計算得到的地基最終沉降量差異較大，通過多次平均計算可提高計算結果的可靠性。

2.1.2 雙曲線法

依據《港口工程地基規范》（JTS147-1-2010）[8]采用“經驗雙曲線法”，根據已擬合的累計沉降時間曲線，預測推算地基最終沉降量的公式見式（2）、式（3）：

采用“經驗雙曲線法”推算的地基沉降量及各測點的計算擬合參數如表4所示。由推算結果可知，1#測點的最終沉降量最大，3#測點最終沉降量最小，與采用“三點法”進行推算的規律一致。對同樣位置的最終沉降量，該方法得到的最終沉降量結果偏大。

2.1.3 Asaoka法

Asaoka法是根據應變表示的固結偏微分方程推導得出等時間間隔的沉降量之間存在下列關系，如式（4）所示：

由圖2可知，1#～3#測點的最終沉降量分別為208.96mm、201.98mm、190.95mm。不同測點位置的沉降值大小規律與前面兩種方法的推算結果一致。對于相同位置測點，采用Asaoka法推算的最終沉降固結量最大，其與三點法預測結果相近。

2.2 固結度的計算

某時刻累計沉降量與推算得到的地基的最終沉降量的比值表示該時刻的地基固結度。經計算分析，各測點在堆載結束時刻的固結度的計算結果如后頁表5所示。

本工程利用塑料排水板堆載預壓法加固軟基，在堆載結束時，其固結度均達到90%以上，固結效果較好，滿足設計要求。利用不同推測方法得到地基最終沉降量，計算得到的固結度結果存在一定的差異，通過比較分析得到：利用經驗雙曲線法進行計算得到的固結度偏小，而利用三點法和Asaoka法得到結果接近，對應的固結度偏大。

3 結語

本文基于堆載預壓固結法的軟基加固工程，結合三個測點的實測地基表層沉降數據，利用三點法、經驗雙曲線法以及Asaoka法對地基最終沉降量及固結度進行了推算分析。結果表明：三種方法中Asaoka法、三點法計算簡單，但推算結果受不同時間段數據的影響存在一定差別。相比之下經驗雙曲線法的推算結果偏大，相應的固結度偏小，結果較三點法和Asaoka法對工程偏于安全。本文可為類似工程的地基沉降相關監測工作提供參考。

參考文獻：

[1]李彰明.軟土地基加固理論、設計與施工[M].北京：中國電力出版社，2006.

[2]黃金保.多種軟基處理技術在錦州港碼頭工程中的應用[J].水運工程，2019（AO1）：44-47.

[3]黃建華，張建勛.飽和軟土地基堆載預壓排水固結沉降特性研究[J].貴州大學學報：自然科學版，2011（6）：87-93.

[4]李 術，李海亮.堆載預壓排水固結地基處理施工質量控制[J].港工技術，2018，55（5）：100-103.

[5]楊林松，袁 程，許曉剛.不同預測方法在真空預壓固結度計算中的分析研究[J].中國水運：下半月，2019（9）：221-222.

[6]JTS147-1-2010，港口工程地基規范[S].

[7]丁江澍.塑料板排水堆載預壓法處理軟基的結固沉降研究[D].廣州：廣東工業大學，2005.