深厚軟土地基工后沉降的影響及控制措施

何宗明

在珠三角地區(qū)，因軟土地基處理設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)管等原因引起的工后沉降過(guò)大的事件越來(lái)越常見，研究深厚軟土地基工后沉降的影響因素和控制措施具有重要的意義[1]。本文以珠海市的某住宅項(xiàng)目為背景，開展對(duì)深厚軟土地基工后沉降的計(jì)算分析，并結(jié)合問題提出建議。

1 插板排水固結(jié)加載預(yù)壓處理方法概述

排水固結(jié)法又稱插板排水固結(jié)加載預(yù)壓法，是基于太沙基固結(jié)理論發(fā)展而來(lái)的一種軟粘土處理方法，其基本思路是在軟土層中設(shè)置排水通道，縮短軟土孔隙水的排出路徑，進(jìn)而大大減小軟基的處理工期[2]。

最初的排水通道是在軟土層中設(shè)置砂井，讓土體孔隙水通過(guò)豎向的排水通道排出，從而達(dá)到加固軟土的目的。這種方法還需要施加適當(dāng)荷載。常用的加載方法有真空荷載、堆土荷載、水荷載、降水加載等，或者是這些加載方法的組合[3]。

插板排水固結(jié)加載預(yù)壓法有完善的理論基礎(chǔ)，施工工藝比較成熟，工程造價(jià)比較低，且在珠三角地區(qū)得到廣泛應(yīng)用。本文結(jié)合該方法和實(shí)際案例進(jìn)行深入分析。

2 珠海某住宅樓工后沉降調(diào)查分析

2.1 項(xiàng)目軟土層分布情況

人工填土：層厚1.00 ～6.10 m，層頂埋深0 m，層頂高程0.51～3.07 m。

淤 泥：層 厚23.10 ～43.00 m，層 頂 埋 深1.00 ～6.10 m， 層 頂 高程-4.09 ～0.04 m。

淤 泥 質(zhì) 粘 土： 層 厚3.80 ～11.20 m，層頂埋深36.00 ～49.70 m，層頂高程-47.95 ～-34.64 m。

粗 砂： 層 厚5.20 ～7.90 m，層頂埋深40.90 ～46.90 m，層頂高程-45.60 ～38.83 m[4]。

2.2 軟弱土層物理力學(xué)性質(zhì)

主要軟弱土層物理力學(xué)的指標(biāo)如表1 所示。從表1 可知，本項(xiàng)目的軟粘土含水量高、壓縮性大、抗剪強(qiáng)度低、滲透性低，易出現(xiàn)基坑開挖破壞、樁基偏移、工后沉降較大及差異沉降等工程問題。

表1 主要的軟弱土層物理力學(xué)指標(biāo)

2.3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)工后沉降

項(xiàng)目分為一期和二期2 個(gè)區(qū)，軟基均采用插板排水固結(jié)真空聯(lián)合堆載法處理，竣工至今已有5 ～7 a。現(xiàn)場(chǎng)典型位置工后沉降量如表2 所示。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查表明，竣工至今大部分地面已發(fā)生很大工后沉降，達(dá)200 ～750 mm并已導(dǎo)致較嚴(yán)重的管線開裂、散水和門前階梯下沉開裂、樓板下地面懸空等不良現(xiàn)象，給住戶和商戶的生活和經(jīng)營(yíng)帶來(lái)很多不便[5]。二期的工后沉降比一期小，為200 ～360 mm，沒有出現(xiàn)明顯的地面下沉、管線開裂。

表2 現(xiàn)場(chǎng)典型位置工后沉降量

2.4 工后沉降分析

2.4.1 基本條件

地面標(biāo)高：現(xiàn)狀標(biāo)高1.1 m，規(guī)劃標(biāo)高4.2 m。現(xiàn)狀土層：回填土層1.7 m，淤泥層30.4 m。使用期間荷載：69.2 kPa。

2.4.2 不處理的工后沉降

若項(xiàng)目不處理軟基，直接填土至規(guī)劃標(biāo)高面，在使用荷載作用下，軟基的總固結(jié)沉降量為2302 mm，30 a的次固結(jié)沉降約260 mm。在1 a 內(nèi)，軟基的沉降量可達(dá)236 mm；在5、10和20 a 的沉降量分別為650、921 和1283 mm。若不對(duì)該場(chǎng)地軟基進(jìn)行處理，在使用荷載作用下，軟基的平均固結(jié)度要達(dá)到60%需要34 a，要達(dá)到90%需要103 a。沉降分析結(jié)果如表3和圖1 所示。

圖1 不作軟基處理的沉降曲線（來(lái)源：作者自繪）

表3 不作軟基處理的沉降分析結(jié)果

由此可見，對(duì)于深厚軟弱土層，若不進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚瑢?huì)給上部的建構(gòu)筑物帶來(lái)很大的工后沉降和差異沉降，嚴(yán)重影響其正常使用[6]。

2.5 按設(shè)計(jì)要求處理后的工后沉降

設(shè)計(jì)參數(shù)：排水板間距0.7 m、入土深度28 m，排水板底以下仍然有約4.1 m 厚的淤泥；施工荷載143 kPa，其中真空荷載為80 kPa；滿載預(yù)壓時(shí)間為75 d，有排水板處理范圍的軟土層平均固結(jié)度為90%。分析結(jié)果表明，在施工荷載143 kPa 作用下，軟基處理施工期間沉降量可達(dá)2400 mm 以上。使用期間的荷載為69 kPa，有排水板處理范圍的軟土層屬超固結(jié)狀態(tài)，主固結(jié)沉降已全部完成，后續(xù)還有次固結(jié)沉降；無(wú)排水板處理的范圍，則還有主固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降。軟基處理完工后，約還需1 a 完成上部結(jié)構(gòu)和場(chǎng)地地面施工，在建筑物竣工后5、7、10、20 和30 a 的工后沉降分別為197、224、249、289 及312 mm。

若軟土層厚度小于26.4 m，即排水板可打穿軟土層，則建筑物竣工后5、7、10、20 及30 a 的工后沉降分別控制在90、109、129、168 及191 mm之內(nèi)。沉降分析結(jié)果如圖2和表4所示。

圖2 軟基處理的沉降曲線（來(lái)源：作者自繪）

表4 軟基處理后的沉降分析結(jié)果

2.6 工后沉降原因分析

項(xiàng)目竣工后，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果，地面已發(fā)生較大工后沉降。一期場(chǎng)地的工后沉降為500 ～750 mm，二期場(chǎng)地的工后沉降為200 ～350 mm。

項(xiàng)目軟基處理的實(shí)際工后沉降比不做軟基處理的計(jì)算工后沉降小，說(shuō)明軟基處理產(chǎn)生了積極效果。對(duì)照按設(shè)計(jì)條件進(jìn)行軟基處理的工后沉降分析結(jié)果可知，一期大部分場(chǎng)地的實(shí)際工后沉降明顯偏大，二期實(shí)際工后沉降與計(jì)算值基本相符。

對(duì)照上述分析，可以采用插板排水固結(jié)真空預(yù)壓聯(lián)合堆載預(yù)壓方案進(jìn)行處理可以達(dá)到較好的預(yù)期效果。而對(duì)于大部分場(chǎng)地，軟基處理后的工后沉降仍然較大，其影響因素很多，較為主要影響因素有以下3 點(diǎn)：第1，軟土層很厚，排水板難以打穿軟土層；第2，施工期間的排水系統(tǒng)沒有達(dá)到相應(yīng)的效果，如排水板的深度不夠、排水板的通水能力不夠、水平排水系統(tǒng)效果未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求；第3，因?yàn)闈M載預(yù)壓的時(shí)間不夠，軟土層的固結(jié)度未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3 軟基處理工后沉降的相關(guān)控制措施

控制措施具體為：第1，采用排水固結(jié)法處理軟基，排水板應(yīng)盡可能打穿軟土層，以確保完成軟土層范圍的主固結(jié)沉降。施工中可采用材料總量控制、標(biāo)記刻度、埋設(shè)金屬絲、安裝施工記錄儀等方式監(jiān)控排水板的實(shí)際深度。第2，保證軟基處理密封效果，若發(fā)現(xiàn)密封膜有漏氣點(diǎn)應(yīng)及時(shí)補(bǔ)漏。嚴(yán)格控制粘土密封墻的滲透性、泥漿比重，長(zhǎng)度和寬度應(yīng)足夠，并有效隔斷軟土層上部滲透性較好的土層，形成密封閉環(huán)。第3，抽真空環(huán)節(jié)，選擇高效節(jié)能的真空泵。在排水固結(jié)真空預(yù)壓法中有2 大類真空泵―射流泵和水氣分離泵。水氣分離泵能耗不到射流泵的50%，且單泵預(yù)壓面積是射流泵的5 ～10 倍。因此，在真空預(yù)壓施工中，盡量采用水氣分離泵，保證真空泵的開泵率，避免施工過(guò)程中出現(xiàn)荷載不足的情況。第4，在真空荷載穩(wěn)定且恒載后方可填筑堆載土，避免填料中摻入較大石塊等堅(jiān)硬堆載料，防止堆載料砸破或刺破密封膜。土方水平分層填筑并碾壓密實(shí)，減少新填土范圍的工后沉降和差異沉降。第5，預(yù)留足夠的沉降量。計(jì)算時(shí)除了考慮軟基施工期間的沉降量，還應(yīng)考慮地面結(jié)構(gòu)層施工至驗(yàn)收階段的沉降量，以便在施工階段以最大荷載進(jìn)行軟基處理，減少工后沉降。第6，施工過(guò)程應(yīng)進(jìn)行科學(xué)有效的監(jiān)測(cè)，完整記錄真空荷載、地表沉降、孔隙水壓力等內(nèi)容，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并采取補(bǔ)救措施。第7，根據(jù)實(shí)測(cè)的地表沉降結(jié)果判斷軟基處理效果，在確定其滿足設(shè)計(jì)要求后，再卸除真空荷載。宜采用多指標(biāo)控制，如固結(jié)度＞90%，或者連續(xù)10 d 沉降速率＜5 mm/d，當(dāng)軟基處理效果達(dá)到要求時(shí)，可以卸載。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于珠海地區(qū)的深厚軟土地基，若不進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸烫幚恚鋱?chǎng)地將會(huì)產(chǎn)生很大的工后沉降。對(duì)于局部區(qū)域需要較高的承載力或者對(duì)工后沉降要求非常嚴(yán)格的情況，可以根據(jù)具體要求對(duì)該區(qū)域進(jìn)行二次處理。在項(xiàng)目投入使用后，建議設(shè)置若干測(cè)點(diǎn)繼續(xù)測(cè)量一段時(shí)間，利用這些數(shù)據(jù)推算該區(qū)域后續(xù)的沉降情況，為后續(xù)開展維修工作提供依據(jù)。