堆載預(yù)壓法在溫州深厚軟土地基處理中的應(yīng)用

◎ 章途鑫 溫州市交通工程管理中心

1.引言

我國沿海地區(qū)分布著大范圍的淤泥質(zhì)軟土，隨著城市的快速發(fā)展，對這些淤泥質(zhì)軟土進(jìn)行處理進(jìn)而對這些區(qū)域充分利用成為沿海地區(qū)開拓空間的迫切需求。這些軟土多處于超飽和狀態(tài)，含水率可達(dá)到100%～200%，壓縮性大，水滲透性差，處理難度大。

20 世紀(jì)50 年代初，瑞典學(xué)者Kjellmen提出的真空預(yù)壓法，成為軟基處理研究的里程碑[1]。近年來，國內(nèi)的眾多學(xué)者對軟基處理方法進(jìn)行了總結(jié)和研究，取得了快速發(fā)展。盛煥明等對真空預(yù)壓負(fù)壓力在地下水位線上、下傳遞規(guī)律，提出真空壓力在地下水位線以下也會傳遞[2]；曹建勇、姜建芳、劉賀等研究了先淺層、再深層真空預(yù)壓二次加固方法在道路區(qū)軟基處理的案例，結(jié)果標(biāo)明效果較好，能夠滿足使用要求[3,4,5]；朱森林、賈敏才、周波等在潮汕機場、上海港、廣州南沙等地深厚軟土處理項目中分別研究了堆載預(yù)壓法、二次真空預(yù)壓法、真空預(yù)壓法加固效果，結(jié)果表明加固后地基承載力有較大幅度提交，土體物理力學(xué)性能指標(biāo)也得到了較大提高[6,7,8]。

溫州市地處浙江省南部，沿海約有530平方公里的灘涂。作為“七山二水一分田”的少地城市，這些灘涂區(qū)域的建設(shè)開發(fā)，對溫州市的發(fā)展顯得尤為重要。溫州地區(qū)灘涂軟土含水量高、孔隙比大，部分區(qū)域軟土層厚度甚至超過30m，這些軟土層普遍表現(xiàn)為透水性差、抗剪強度低、靈敏度大，地基處理難度很大。本文以溫州某項目為例，對堆載預(yù)壓法處理該地區(qū)深厚軟土地基進(jìn)行了研究，該項目自2017年9月開始，2020年6月完工，地基處理取得了較好效果。

2.工程地質(zhì)條件

根據(jù)勘察資料，項目場地劃分為5個工程地質(zhì)層，9個工程地質(zhì)亞層，地層自上而下簡述如下：

①層：素填土，層厚0.3～0.5m。②1層：淤泥，層厚1.4～11.5m。②2層：淤泥，層厚7.2～11.1m。②3層：淤泥，層厚6.7～14.2m，層頂高程-20.7～-15.8m。③1層：淤泥質(zhì)黏土，層厚5.3～9.5m。③2層：黏土，層厚2.0～16.0m。④2層:黏土夾粉砂，層厚4.8～16.6m。④3層:粉砂夾黏土，層厚4.7～12.2m。④3’層:粉砂夾粉土，層厚1.3～6.4m。⑤2’層：卵石層厚大于6m。

3.地基處理及監(jiān)測方案

3.1 地基處理主要方案

地基加固采用打設(shè)塑料排水板進(jìn)行固結(jié)排水，主要施工步驟如下。

測量放線→鋪設(shè)兩層沖灌袋裝砂墊層→打設(shè)塑料排水板→鋪設(shè)一層砂被、覆蓋土工布、軟體排→拋石棱體、回填開山石至-5.0→間歇2個月→拋石棱體、回填開山石至-2.0m→間歇2個月→拋石棱體、回填開山石至+1.0m→+1.0m平臺護(hù)面→間歇2個月→回填開山石至+4.0m→+2.0m平臺護(hù)面→間歇2個月→上部結(jié)構(gòu)+6.5m。

3.2 監(jiān)測方案

通過對地基處理的跟蹤監(jiān)測不僅可以確保施工的安全順利進(jìn)行，還可以根據(jù)監(jiān)測效果及時提供一些具有價值的信息，對施工過程中可能出現(xiàn)的各種不利現(xiàn)象，及時調(diào)整施工參數(shù)、施工工序以及是否要采取應(yīng)急措施等提供技術(shù)依據(jù)。

在本項目的實施過程中，布置了表層沉降、深層分層沉降、深層水平位移孔隙水壓力等監(jiān)測參數(shù)，監(jiān)測設(shè)備埋設(shè)位置示意圖如圖1所示。

圖1 監(jiān)測點布置斷面圖

4.監(jiān)測結(jié)果與分析

試驗斷面設(shè)計監(jiān)測內(nèi)容為表層沉降4個、深層分層沉降1組、深層水平位移3組、孔隙水壓力1組。

4.1 表層沉降

在斷面軸線內(nèi)側(cè)29.5m處布置一組表層沉降觀測點編號C-1，在軸線內(nèi)側(cè)4.5m處布置一組表層沉降觀測點編號C-2，在軸線外海側(cè)23m處布置一組沉降觀測點C-3，在堤軸線外海側(cè)63m處布置測點C-4。測試數(shù)據(jù)曲線見圖2、圖3。

圖2 表層累計沉降量監(jiān)測曲線圖

圖3 表層沉降速率監(jiān)測曲線圖

表層沉降盤沉降監(jiān)測自2018年9月5日開始，至2020年7月12日結(jié)束。其中C-1和C-4由于在施工過程中不斷損壞，未能恢復(fù)，從而在后續(xù)中斷了兩點監(jiān)測。在施工過程中，表層沉降盤發(fā)生了較大沉降，監(jiān)測期內(nèi)最大累計沉降量為5277mm，發(fā)生在C-2沉降盤。C-3測點處于一級平臺上，和C-2位置沉降盤標(biāo)高差5.5m，最終沉降量為3476mm，沉降量較C-4小1830mm。

表1 土體物理力學(xué)參數(shù)表

監(jiān)測過程中，沉降速率出現(xiàn)13次超標(biāo)情況（控制標(biāo)準(zhǔn)15mm/d），沉降速率最大值為34mm/d，發(fā)生在施工初期加載過程中。由圖2可見，在施工過程中，該斷面表層沉降速率一直處于波動狀態(tài)，在加載過程中沉降速率變化無收斂趨勢，但在停止加載后速率明顯收斂，逐漸穩(wěn)定，至施工結(jié)束時，沉降速率為1～2mm/d，地基處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

4.2 深層分層沉降

在軸線內(nèi)側(cè)4.5m處布置了一組深層分層沉降觀測點，測試曲線圖4。

圖4 深層沉降標(biāo)累計沉降量監(jiān)測曲線圖

該組深層分層沉降監(jiān)測自2018年8月25日開始，2020年4月7日結(jié)束。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，該點最大分層沉降為3763mm，監(jiān)測過程中，深層分層沉降未發(fā)生超過控制標(biāo)準(zhǔn)（15mm/d）的情況。各土層壓縮量情況見表2。

表2 深層沉降標(biāo)監(jiān)測各土層壓縮量統(tǒng)計表

根據(jù)分層沉降曲線，該監(jiān)測點主要沉降發(fā)生在-29.5m以上區(qū)域，其他地層相對較小。

4.3 孔隙水壓力

在軸向上布置一組孔隙水壓力測點，測試曲線如圖5。

圖5 超靜孔隙水壓力監(jiān)測曲線圖

孔隙水壓力觀測自2018年8月16日開始，至2020年7月5日結(jié)束。根據(jù)觀測數(shù)據(jù)，施工加載過程中該斷面產(chǎn)生的超靜孔壓相對較大，最大值為129.5kPa，發(fā)生在KY-10點，即埋設(shè)高程-10m位置監(jiān)測點。至監(jiān)測結(jié)束，該斷面KY-7、KY-10、KY-13、KY-22監(jiān)測點超靜孔壓仍然較大，分別為105.6kPa、121.1kPa、105.5kPa、93.5kPa，消散結(jié)果不甚理想。

由圖5超靜孔壓變化曲線可見，施工加載過程中，埋設(shè)于各深度位置的孔壓監(jiān)測傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)均有增大，在間歇期內(nèi)均有所下降，尤其在間歇期較長的時間內(nèi)孔壓下降趨勢明顯，表明深層土體內(nèi)的水能夠通過排水板排出，排水板在本項目超深軟土地基處理中發(fā)揮了明顯作用，使深層軟土發(fā)生排水固結(jié)。

4.4 深層水平位移

在該監(jiān)測斷面布置深層水平位移測點3組，分別是軸線內(nèi)側(cè)24.5m位置編號Q-1，在堤軸線外海側(cè)28m處布置測點Q-2，在外海側(cè)68m處布置Q-3。測試曲線見圖6～圖8。

圖6 Q-1深層水平位移監(jiān)測曲線圖

圖7 Q-2深層水平位移監(jiān)測曲線圖

圖8 Q-3深層水平位移監(jiān)測曲線圖

深層水平位移監(jiān)測自2018年8月15日開始，至2020年7月18日結(jié)束，監(jiān)測到深層水平位移速率最大值為19.0mm/d，發(fā)生在2018年11月29日Q-3測斜孔-2.5m高程位置；累計位移量最大值為844.6mm，方向為向圍堤外側(cè)，發(fā)生在Q-2測斜孔-12.0m高程位置；監(jiān)測過程中發(fā)生42次變形速率超標(biāo)情況（控制標(biāo)準(zhǔn)5mm/d）。至施工結(jié)束時，該斷面深層水平位移變化速率為0～0.2mm/d，地基處于穩(wěn)定狀態(tài)。

由監(jiān)測結(jié)果可見，在施工加載過程中地基深層土體發(fā)生了較大位移，變形主要發(fā)生在-10m～ -25m土層。隨著深度增加，原狀土的物理力學(xué)性質(zhì)逐漸變好，發(fā)生的變形越來越小，在-40m以下發(fā)生的變形可以忽略不計。

根據(jù)三組深層水平位移曲線，表明地基深層土體變形規(guī)律符合堤身受力特點，Q-1主要表現(xiàn)為向堤身陸側(cè)的變形，主要是受主堤堆載影響，-9m～-43m為向陸側(cè)變形，最大累積位移量為-83.8mm。Q-2表現(xiàn)為向海側(cè)的變形，最大累積量為844.6mm，位于-2.5m；Q-3位于堤軸線外側(cè)二級平臺，表現(xiàn)為向海側(cè)的變形，最大變形量為136.8mm，發(fā)生在-19.0m高程位置。

5.加固效果

5.1 鉆孔取土

在地基處理完成后，對加固區(qū)進(jìn)行取土及室內(nèi)土工試驗檢測。因處理區(qū)加固前未進(jìn)行相關(guān)檢測，故將本次檢測結(jié)果與勘察資料進(jìn)行對比。本次檢測鉆孔“ZK6、ZK7、ZK4、ZK5”分別與勘察資料中鉆孔“K8、K10、K15、K16”位置接近，因此將其試驗結(jié)果分別對比，取本次加固處理深度范圍內(nèi)（約-24m）各項數(shù)據(jù)的平均值進(jìn)行統(tǒng)計分析，結(jié)果見表3。結(jié)果表明，加固后土體在含水量、孔隙比、壓縮系數(shù)等均有較明顯的減小，土體強度有明顯增長。

5.2 載荷板試驗檢測

施工結(jié)束后，進(jìn)行載荷板試驗3組，檢測結(jié)果見表4檢測結(jié)果表明，試驗最大加載至240kPa，最終沉降量分別為7.93mm、11.75mm、16.74mm，地基均未出現(xiàn)破壞狀態(tài)，1/2滿載即120kPa沉降量分別為6.10mm、6.04mm、6.48mm，均未超過0.01b即15mm，試驗數(shù)據(jù)正常，根據(jù)規(guī)范，判定以上各檢測點承載力容許值不小于120kPa，陸域地基處理區(qū)承載力特征值不小于120kPa。

表4 載荷板試驗檢測結(jié)果統(tǒng)計表

6.結(jié)論

經(jīng)過現(xiàn)場長達(dá)兩年多的施工及監(jiān)測，表明排水板+分級堆載預(yù)壓法在溫州深厚軟土地基處理中效果明顯，可基本滿足使用需求。

監(jiān)測結(jié)果可見，在該項目中，排水板在本項目深厚軟土地基處理中發(fā)揮了較明顯的排水效果，施工加載過程中超孔壓消散相對較好。在施工過程中，地基發(fā)生了較大的沉降變形，監(jiān)測斷面最大沉降量達(dá)到5277mm，至施工結(jié)束時沉降速率仍然在1～3mm/d，后期的殘余沉降量仍然較大。施工初期及出水加載階段，深層水平位移均出現(xiàn)了多次超標(biāo)情況，表明該階段施工風(fēng)險較大，至施工結(jié)束時，深層水平位移速率為0.1mm/d，地基橫向變形處于穩(wěn)定狀態(tài)。

根據(jù)深層分層沉降監(jiān)測結(jié)果，土層壓縮主要沉降發(fā)生在-29.5m以上區(qū)域，其他地層相對較小。由深層水平位移監(jiān)測結(jié)果可見，在施工加載過程中地基深層土體變形主要發(fā)生在-10m～-25m土層，由此可見，該深度段土層縱向、橫向變形均較大，在施工過程中應(yīng)作為最不利土層引起重視，監(jiān)測中也應(yīng)重點關(guān)注該層土體的變形情況，出現(xiàn)異常及時排除風(fēng)險。

綜合監(jiān)測及檢測結(jié)果，堆載預(yù)壓法在溫州地區(qū)深厚軟土地基處理中，分層加載中容易出現(xiàn)變形速率過大的情況，施工工期較長，但地基處理效果較好，達(dá)到了預(yù)期加固目標(biāo)。