1.劉曉彬 2.許傳坤

1.青島科建工程檢測(cè)鑒定加固有限公司 2.濟(jì)南鐵路局青島供電段

青島前灣港飽和吹填土真空預(yù)壓法工程實(shí)例分析

1.劉曉彬 2.許傳坤

1.青島科建工程檢測(cè)鑒定加固有限公司 2.濟(jì)南鐵路局青島供電段

吹填土具有強(qiáng)度低，承載力小，靈敏度高，壓縮性高，滲透性小等特點(diǎn)，采用真空預(yù)壓法可使吹填土地基產(chǎn)生排水固結(jié)，提高地基承載力，減小沉降量。本文通過(guò)總結(jié)已有的固結(jié)變形計(jì)算方法，利用太沙基的一維線彈性固結(jié)理論，采用CSRG程序計(jì)算固結(jié)度和最終沉降量，與實(shí)測(cè)值基本一致，為吹填土地基沉降量預(yù)測(cè)和施工過(guò)程控制提供了依據(jù)。

吹填土；真空預(yù)壓法；固結(jié)度；CSRG程序

1 前言

吹填土成分以粘粒為主，有機(jī)質(zhì)含量較高，具有強(qiáng)度很低，承載力很小，靈敏度很高，壓縮性很高，沉降量很大，滲透性小，沉降速度慢等特點(diǎn)，不能直接用于工程建設(shè)，需要進(jìn)行地基處理。

真空預(yù)壓法是在軟黏土地基中設(shè)置排水通道，上面形成一不透氣層，進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間不斷抽氣抽水，在地基中形成負(fù)壓區(qū)，而使軟黏土地基產(chǎn)生排水固結(jié)，達(dá)到提高地基承載力，減小沉降量。日本的小林正樹(shù)用有限元方法求解二維問(wèn)題的最終效果[1]。在國(guó)內(nèi)，婁炎(1988)根據(jù)工程實(shí)踐的孔壓和真空度等實(shí)測(cè)資料，對(duì)負(fù)壓條件下軟土地基的孔隙水壓力的形成、負(fù)壓與砂井內(nèi)真空度及土中真空度的關(guān)系、負(fù)壓與地基加固特征、負(fù)壓對(duì)地基變形的影響等問(wèn)題進(jìn)行了分析[2]。固結(jié)理論研究方面，太沙基的一維線彈性固結(jié)理論雖然不能全面考慮土體固結(jié)特性，但因其模型簡(jiǎn)單，參數(shù)易確定，因而被廣泛應(yīng)用。Biot飽水彈性三維固結(jié)理論反映了孔壓消散與士體骨架變形之間的關(guān)系，可求解孔壓和位移，但其參數(shù)復(fù)雜，難以確定，很少應(yīng)用于工程實(shí)踐。

本文根據(jù)青島前灣港吹填土真空預(yù)壓法工程實(shí)例，在總結(jié)關(guān)于真空預(yù)壓處理軟土地基理論的研究基礎(chǔ)上，根據(jù)太沙基一維固結(jié)理論和CSRG程序計(jì)算軟土固結(jié)度，能很好預(yù)測(cè)工后沉降及固結(jié)度，為大面積工程應(yīng)用提供借鑒。

2 工程概況

場(chǎng)地位于青島前灣港南側(cè)，場(chǎng)地吹填了約13.4m厚的淤泥、淤泥質(zhì)土，吹填時(shí)間約3年。吹填土的含水量高達(dá)97%；包括吹填土在內(nèi)，場(chǎng)地表層覆蓋有約20m厚的軟土。自上而下依次為：吹填土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土組成，下伏基巖為流紋斑巖。場(chǎng)地要求地基固結(jié)度≥85%；連續(xù)5～10天的實(shí)測(cè)平均沉降速率不大于2mm/d；十字板剪切強(qiáng)度處理深度均值不小于10kPa。進(jìn)行表層沉降監(jiān)測(cè)、孔隙水壓力監(jiān)測(cè)、分層沉降監(jiān)測(cè)、水位觀測(cè)、深層位移監(jiān)測(cè)，評(píng)價(jià)加固效果。

3 真空預(yù)壓法固結(jié)計(jì)算分析

3.1 計(jì)算原理

CSRG程序計(jì)算固結(jié)度依據(jù)太沙基一維固結(jié)理論，通過(guò)BASIC語(yǔ)言編制，計(jì)算沉降量采用分層總和法，求得加固區(qū)中心點(diǎn)和肩點(diǎn)的沉降量。天然地基設(shè)砂墊層時(shí)基底面為排水面，不考慮井阻和豎向排水影響。

對(duì)于塑料排水板加固的地基，采用太沙基固結(jié)方程：

①不考慮塑料排水板作用的單向固結(jié)線性加載時(shí)的固結(jié)度按式(1)計(jì)算

T工后沉降按式(2)計(jì)算

式中：ti為路堤分級(jí)數(shù)(不包括路面和超載)，T為大修期時(shí)間(一般取15年計(jì)算)， 為第i級(jí)加載的最終沉降量。

②考慮砂井(塑料排水板)作用的線性加載時(shí)的固結(jié)度改按式(3)計(jì)算

這里ti'和Ti同前，泊松比v近似取0.4，kh為水平向滲透系數(shù)，計(jì)算時(shí)取豎向滲透系數(shù)。

3.2 計(jì)算過(guò)程及結(jié)果分析

3.2.1 土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)確定

根據(jù)場(chǎng)地巖土勘察報(bào)告，軟基加固區(qū)各土層的物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1所示。

3.2.2 步驟設(shè)計(jì)

計(jì)算方法采用分層總和法，根據(jù)CSRG程序，有關(guān)參數(shù)和工況參數(shù)選擇如下：

①地基天然分層數(shù)：根據(jù)各區(qū)具體工程地質(zhì)狀況選取；

表1 各土層的物理力學(xué)指標(biāo)

②確實(shí)壓縮層埋深方法；

③工后沉降計(jì)算時(shí)間個(gè)數(shù)：對(duì)本工程，選22個(gè)時(shí)間個(gè)數(shù)，實(shí)際加固時(shí)間作為沉降計(jì)算時(shí)間，15年后作為最終沉降量計(jì)算時(shí)間；④荷載分級(jí)數(shù)：按各區(qū)實(shí)際加荷過(guò)程選取。3.2.3 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)表1參數(shù)，由CSRG程序得到計(jì)算固結(jié)度和計(jì)算最終沉降量，實(shí)測(cè)沉降量與計(jì)算最終沉降量之比即為實(shí)際固結(jié)度。截止120天預(yù)壓期，各沉降板(試驗(yàn)區(qū)12個(gè))觀測(cè)沉降量的平均值為1286mm，各預(yù)壓期實(shí)測(cè)沉降量與CSRG程序計(jì)算沉降量的對(duì)比關(guān)系如圖1所示，加載初期有所差異，預(yù)壓中后期，沉降量發(fā)展基本一致。由此，計(jì)算最終沉降量為1458mm，固結(jié)度計(jì)算值為88.2%。

真空預(yù)壓120d后，現(xiàn)場(chǎng)十字板剪切試驗(yàn)測(cè)得抗剪強(qiáng)度22kPa，土體含水率23.7%～41.5%之間，壓縮模量3.24～5.26MPa，較之前的含水率34.9～96.8%、壓縮模量0.79～4.93MPa，土體強(qiáng)度有了較大提高。

4 結(jié)論

通過(guò)青島前灣港吹填土地基加固的應(yīng)用實(shí)踐，利用真空預(yù)壓法加固，吹填土土體強(qiáng)度得到較大提高，現(xiàn)已成熟應(yīng)用于大面積吹填土地基處理。依據(jù)太沙基的一維線彈性固結(jié)理論，采用CSRG程序計(jì)算固結(jié)度和最終沉降量，與實(shí)測(cè)值基本一致。應(yīng)用CSRG程序計(jì)算真空預(yù)壓吹填土地基沉降量，為吹填土地基沉降量預(yù)測(cè)和施工過(guò)程控制提供了依據(jù)。

[1]小林正樹(shù)，土田孝，錦海灣真空壓密工法現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，港灣技術(shù)資料，No 476.1984.

[2]婁炎，真空排水預(yù)壓法加固軟土技術(shù)[M]，北京：人民交通出版社，2002.

[3]施建勇， 雷國(guó)輝， 艾英缽等. 關(guān)于真空預(yù)壓沉降計(jì)算的研究[J]. 巖土力學(xué)， 2006，27(3)：365-368.

[4]陳振平. 淺談?wù)婵疹A(yù)壓沉降監(jiān)測(cè)方法及固結(jié)度計(jì)算[J]. 中國(guó)水運(yùn)，2012， 12(7)：253-254.