塑料排水板堆載預壓沉降預測方法研究

軟土地基廣泛分布于我國沿海地區，其具有高壓縮性、低透水性、不均勻性等特點，為保證上部構筑物的安全，軟基需經過處理后方可進行后續的施工，評價軟基處理效果的重要指標之一為地基沉降量，因此對于地基沉降的計算顯得尤為重要。本文結合某跨海通道人工島地基處理工程，基于現場實測數據，利用三種沉降預測方法分析其地基沉降量和固結度，并探討堆載預壓法處理軟基的固結效果。

1.塑料排水板堆載預壓法機理研究

某跨海通道西人工島采用大直徑直插式鋼圓筒快速成島技術，島內原海相軟土層地基采用降水聯合堆載預壓處理法，該方法由排水系統和加壓系統兩部分組成。排水系統分為豎向排水通道和水平向排水墊層，可改善地基先前的排水邊界，減小排水距離。加壓系統通過堆載使土體的應力增加，迫使土體水滲流，從而形成固結。根據固結理論，孔隙水壓力承擔著地基上的載荷，有效應力不變；在孔隙水壓力差的作用下，孔隙水流向排水邊界，隨后有效應力全部替代孔隙水壓力。孔隙水從土體內排出增加了土體有效應力，造成土體壓縮，孔隙比減少。塑料排水板堆載預壓法的橫斷面示意圖如圖1。

圖1 堆載預壓法橫斷面圖

2.塑料排水板堆載預壓沉降預測方法分析

地基承載力是影響上部建筑物的安全和穩定的重要指標，通過計算地基沉降可以分析地基土固結情況、評價地基加固效果及地基承載力的穩定性，因此對塑料排水板堆載預壓沉降的研究具有重要意義。以往一些學者根據室內試驗獲得參數，借助壓縮固結理論去計算地基沉降，而室內試驗形成的擾動會影響土體的結構性，據此得到的參數去計算沉降會出現較大的偏差。基于現場實測數據，構建時間和沉降的關系，通過沉降計算方法預測該跨海通道人工島地基的沉降，可降低各類因素對沉降計算的影響。本文采用淺崗法、雙曲線法和三點法對沉降進行預測分析，對比三種方法預測沉降的差異，并給出各自的優缺點。

2.1 三種預測方法原理

2.1.1 淺崗法預測原理

淺崗法是通過一維線性方程模擬一維條件下的固結過程，使用該表達式并利用圖解的方法來求解最終沉降值，表達式如2-1所示。

淺崗法推算過程如下：

（1）從現場實測數據中選取一系列沉降值S1、S2...，Si，其中Si表示i時刻地基沉降值。

2.1.2 雙曲線法沉降預測原理

雙曲線方程為：

式中：St時間t時的沉降量；

SO初期沉降量（t=0）；

沉降計算順序：選取初始時間（t=0），以堆載完工日為t=0，依據現場實測數據計算，繪制t與的關系圖，并確定系數，計算St。

2.1.3 三點法沉降預測原理

根據固結度定義：

2.2 三種方法沉降預測計算

本文采用某跨海通道西人工島A-6區的三個監測點的實測數據進行沉降預測，三個監測點分別為CJ-33、CJ-34、CJ-35。

2.2.1 淺崗法沉降預測計算

選取A-6區三個監測點的實測沉降數據作為樣本進行分析，時間間隔取7天左右，如表1所示。

表1 各測點沉降值與時間關系

表2 淺崗法工后沉降和固結度計算

通過淺崗法對A-6區三個監測點進行沉降預測，各監測點直線擬合決定系數R2均在0.94以上，表明數據存在明顯的線性相關，淺崗法求解的結果具有一定的可靠性，在沉降預測的同時還對各監測點的工后沉降和固結度進行了計算，見表2。

經分析可知，三個監測點的固結度皆在95%以上，其中CJ-33、CJ-34兩個監測點的固結度超100%，預測的工后沉降值為負值，這種情況有悖于常理，表明這兩個監測點預測的工后沉降值偏小，實際固結度存在虛高現象，實際地基加固效果可能并未達到推算出的固結度。

2.2.2 雙曲線法沉降預測計算

A-6區堆載完工時間為2018年5月7日，因此選取5月7日作為起點時間t0，A-6區沉降數據見表3～表5。

監測點CJ-33經擬合相關曲線得α=0.14185，β=0.00136，經計算得最終沉降S∞=1146.29mm。

監測點CJ-34經擬合相關曲線得α=0.25583，β=0.000465，經計算得最終沉降S∞=2571.54mm。

監測點CJ-35經擬合相關曲線得α=0.28511，β=0.00179，經計算得最終沉降S∞=903.66mm。

利用雙曲線法預測最終沉降的同時，還對工后沉降和固結度進行了分析，分析結果見表6。

從表6可看出，A-6區三個監測點中CJ-34點推算出的固結度僅為34.3%，固結效果不明顯，其余兩個監測點的固結效果總體良好，仍有一定的上升空間。

2.2.3 三點法沉降預測計算

從A-6區三個監測點各選取三個點對最終沉降進行預測，其中=30d，選取的時間和沉降值見表7。

表3 監測點CJ-33沉降數據處理表

表4 監測點CJ-34沉降數據處理表

表6 雙曲線法工后沉降和固結度計算

表7 各監測點沉降值與時間選取表

表8 三點法工后沉降和固結度計算

CJ-33監測點的最終沉降

CJ-34監測點的最終沉降

CJ-35監測點的最終沉降

本文還借助三點法對三個監測點的工后沉降和固結度進行了計算，計算結果如表8所示。

從表8可看出，CJ-33 與CJ-34監測點的固結度分別達到77.8%和86.1%，總體固結效果良好，而CJ-35固結度僅為58.3%，固結效果一般。

3.結論

本文通過淺崗法、雙曲線法和三點法分別對A-6區三個監測點的最終沉降值進行預測，并對工后沉降和固結度作出分析，結果表明，雙曲線法的預測較為保守，淺崗法預測的工后沉降存在負值，表明工后沉降預測值較小，固結度超出100%，與現場實際情況不符。采用三點法對A-6區三個監測點的幾個時刻的沉降進行預測后，發現預測沉降值都較為吻合。在實際工程中，可通過現場實測沉降數據，采用三種方法分別進行沉降預測，根據預測的結果，選擇合適本工程的的預測方法，為后續的施工提供有力的幫助。