排水板吹填陸域軟基變形監(jiān)測(cè)分析

江浩
（福建省交通科學(xué)技術(shù)研究所，福州，350004）

以寧德航標(biāo)站吹填陸域軟基工程為背景，對(duì)加固地基的表層沉降、土體分層沉降、深層水平位移進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。結(jié)果表明，塑料排水板堆載預(yù)壓法在軟土地基處理中加固效果較好，能有效控制吹填陸域的工后沉降和施工工期。

吹填陸域加固地基沉降水平位移塑料排水板

1 引言

近年來，隨著港口建設(shè)的迅速發(fā)展，大量陸域需在軟土地基上形成。軟土一般具有天然強(qiáng)度低、壓縮性高、透水性差、固結(jié)沉降時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，未經(jīng)處理時(shí)地基承載力和沉降一般難以滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求[1]。目前，較為成熟的軟基處理方法有三類[2]：墊層與淺層置換法（換填法），豎向排水結(jié)合預(yù)壓的排水固結(jié)法（砂井、塑料排水板等），復(fù)合地基加固法（石灰樁法、強(qiáng)夯法、振沖法等）。

塑料排水板堆載預(yù)壓法與其他軟基處理方法相比具有施工簡(jiǎn)便、造價(jià)低等特點(diǎn)，在軟基加固處理中效果顯著，適用于大面積軟基工程。該法通過打設(shè)排水板形成豎向通道，縮短排水距離，加快地基固結(jié)；在表層鋪設(shè)砂墊層作為橫向排水通道，在墊層上部堆載以增加土中附加應(yīng)力，使土中孔隙水排出，孔隙體積減小，有效應(yīng)力增加，土體抗剪強(qiáng)度提高，工后沉降大大降低，從而達(dá)到加固軟土地基的目的[3]。

本文結(jié)合寧德航標(biāo)站軟土地基工程實(shí)例，基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)塑料排水板堆載預(yù)壓法處理軟基的效果進(jìn)行分析。

2 工程概況

上海海事局福州航標(biāo)處寧德航標(biāo)站建設(shè)工程位于福安市灣塢鄉(xiāng)賽江東岸的馬頭船廠上游，工程新建1000噸級(jí)航標(biāo)工作船泊位1個(gè)，碼頭由30m×16m的作業(yè)平臺(tái)和40m×9m的躉船構(gòu)成，引橋長(zhǎng)257m。陸域總面積8666m2，陸域建設(shè)業(yè)務(wù)用房、燈浮標(biāo)堆場(chǎng)、保養(yǎng)車間、航標(biāo)器材倉(cāng)庫(kù)，輔助配套設(shè)施。

3 地質(zhì)情況

根據(jù)鉆孔揭露，分析場(chǎng)地巖土體成因，將各巖土體自上而下分述為：

淤泥①：深灰，流塑，飽和，污手，具腐臭味，斷續(xù)見貝殼細(xì)片及少量腐葉，搖振反應(yīng)較慢，切面光滑，干強(qiáng)度及韌性中等。為高靈敏性，高壓縮性軟土，層間偶夾薄層狀粉細(xì)砂，均勻性差，局部相變?yōu)橛倌噘|(zhì)土。場(chǎng)內(nèi)各孔均有揭露，揭示厚度5.20～15.50m。

淤泥質(zhì)土②：灰色，軟塑，飽和，污手，搖振反應(yīng)慢，切面較光滑，干強(qiáng)度及韌性中等，含腐植質(zhì)，具腐臭味，含少量貝殼細(xì)片，局部含粉細(xì)砂，不均勻，為高壓縮性軟土。場(chǎng)內(nèi)各孔均有揭露，揭示厚度11.50～18.90m。

粉質(zhì)粘土③：淺黃色，軟塑，用手捻摸稍有滑感，刀切面較光滑，無搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度較高，韌性中等。除K1、K3、K6、K10、K11孔外，其它各孔均有揭露，揭示厚度1.70～3.20m。

粉砂④：淺黃色，灰色，飽和，稍密為主，局部松散或中密，主要成份為石英顆粒，呈棱角狀，粉、粘粒含量平均值約46%，＞0.25mm顆粒含量約20%～30%，級(jí)配較差，上部含泥量較高，局部相變?yōu)榉弁?，該層中下部局部含有少量礫卵石。均勻性差，場(chǎng)內(nèi)各孔均有揭露，揭示厚度0.80～3.80m。

卵石⑤：黃褐色，飽和，中密-密實(shí)狀。大于20mm顆粒含量約75%～85%，粒徑以80～150mm為主，個(gè)別見300mm漂石，呈次圓狀，成份主要為火山巖等，表面呈中-微風(fēng)化狀，較堅(jiān)硬，級(jí)配一般，粒間以砂礫及泥質(zhì)充填。場(chǎng)內(nèi)各孔均有揭露，最大揭示厚度18.80m。

鑒于現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件較差，淤泥層厚度較大，地基處理設(shè)計(jì)采用塑料排水板堆載預(yù)壓法。先在淤泥地基表面鋪排中粗砂墊層，打排水板形成排水通道，利用堤身堆載加快排水固結(jié)，提高地基土強(qiáng)度，待排水板插打完成后，在砂墊層上面鋪設(shè)土工格柵保持上部結(jié)構(gòu)的整體性，再進(jìn)行拋石或回填砂；圍堤堤身采用拋填堤心石，堤身上部擋土墻為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

4 監(jiān)測(cè)內(nèi)容及數(shù)據(jù)分析

4.1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

為保證軟基處理在施工期及使用期間的整體安全和穩(wěn)定，需要在施工期和使用期對(duì)地基沉降和側(cè)向位移等進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間、連續(xù)的現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)監(jiān)測(cè)和分析工作，以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工和優(yōu)化設(shè)計(jì)，反饋和驗(yàn)證設(shè)計(jì)參數(shù)取值，提供質(zhì)量檢測(cè)和隱蔽驗(yàn)收數(shù)據(jù)，保證施工進(jìn)程和質(zhì)量，為制定、執(zhí)行有關(guān)施工專項(xiàng)方案和調(diào)整設(shè)計(jì)提供詳實(shí)的數(shù)據(jù)和技術(shù)支持，同時(shí)配合和支持工程竣工驗(yàn)收、工程投資后評(píng)價(jià)等工作。

各監(jiān)測(cè)工作的內(nèi)容和意義分述如下：

4.1.1 表層沉降觀測(cè)

通過表層沉降觀測(cè)可以監(jiān)測(cè)軟土層在堆載作用下的沉降量及其隨時(shí)間的發(fā)展過程。一方面可用來評(píng)價(jià)加載速率的安全合理性，防止因加載速率過快而導(dǎo)致的軟基失穩(wěn)，另一方面可通過對(duì)觀測(cè)結(jié)果的分析，計(jì)算出軟基的實(shí)際固結(jié)度，推算出地基工后沉降值以及確定合理的卸載時(shí)間。沉降觀測(cè)成果還可以作為填方工程施工決算的重要依據(jù)之一。

4.1.2 分層沉降觀測(cè)

通過監(jiān)測(cè)中不同層面的沉降隨時(shí)間的發(fā)展過程，推算不同深度范圍內(nèi)的壓縮量以及固結(jié)度隨深度的變化情況，分析堆載預(yù)壓效果。

4.1.3 深層位移觀測(cè)

根據(jù)監(jiān)測(cè)的土體深層位移速率提供合理的加載速率、分析軟基整體穩(wěn)定性，指導(dǎo)堆載預(yù)壓施工。

現(xiàn)場(chǎng)軟基變形原位監(jiān)測(cè)典型斷面如圖1所示。

圖1 典型斷面監(jiān)測(cè)示意圖

4.2 數(shù)據(jù)分析

4.2.1 表層沉降

沉降標(biāo)主要由底板、測(cè)桿組成，基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。沉降板埋置于砂墊層之上，并在塑料排水板打設(shè)完成之前埋設(shè)完成。

本工程布置沉降板23個(gè)，于2015年4月25日開始正常采集數(shù)據(jù)，典型沉降盤累計(jì)沉降~時(shí)間曲線如圖3?？梢钥闯?，累計(jì)沉降最大點(diǎn)為沉降板S11位置，累計(jì)沉降值為1351.2mm。S2、S3、S12、S21沉降板至2015年10月9日以后累計(jì)沉降變形增加很小，沉降速率約為1.3mm/ d，表明此處的地基變形趨于穩(wěn)定；此時(shí)，S17的沉降速率最大為8.8mm/d，累計(jì)沉降量變化明顯，應(yīng)注意控制此處的堆載。

圖2 沉降標(biāo)示意圖

圖3 各個(gè)沉降盤累計(jì)沉降-時(shí)間曲線圖

4.2.2 分層沉降

本工程布置了兩組分層沉降監(jiān)測(cè)儀器，根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況，分層沉降T1布置8個(gè)磁環(huán)，分層沉降T2布置9個(gè)磁環(huán)，磁環(huán)間距為3m，分層沉降曲線變化見圖4、圖5?？梢钥闯觯趶牡乇硭闫?，兩個(gè)分層管都是第一磁環(huán)的位置分層沉降量最大，隨深度增加磁環(huán)沉降量變小，T1-1累計(jì)沉降量為288.8mm，T2-1累計(jì)沉降量為573.5mm。T1分層沉降壓縮量深度6.3~9.3土層最大，壓縮量為125.0mm，T2分層沉降壓縮量深度3.9~6.9土層最大，壓縮量為207.0mm，通過分層沉降曲線可見，在陸域堆載形成過程中，從2015年10月12日開始，隨著堆載的不斷上升表現(xiàn)出較大的變形速率，隨后壓縮沉降速率有所減小，沉降速率明顯收斂，開始出現(xiàn)緩慢的變化趨勢(shì)，整體顯示兩處分層沉降位置沉降壓縮效果明顯。

4.2.3 深層水平位移

軟土地基在失穩(wěn)破壞前存在很大的塑性變形，地基內(nèi)部某些點(diǎn)受剪達(dá)到極限破壞狀態(tài)，產(chǎn)生很大剪切變形（水平位移），周圍點(diǎn)相繼破壞，最后延伸至表面。因此，軟基內(nèi)部水平位移能指示出土體的剪切變形狀態(tài)，判斷地基內(nèi)部是否發(fā)生破壞。

按照監(jiān)測(cè)方案，本工程布置兩組深層水平位移監(jiān)測(cè)管，CX1測(cè)斜管從2015年6月1日開始監(jiān)測(cè)，CX2測(cè)斜管從2015年6月9日開始監(jiān)測(cè)。深層水平位移變化曲線如圖6、圖7所示，所測(cè)位移正值為海側(cè)方向。

可以看出，CX1測(cè)斜管最大水平位移為135.68mm，傾斜度（水平位移/測(cè)量深度）為0.45%，位于深度1.0m處；CX2測(cè)斜管最大水平位移為96.92mm，傾斜度為0.32%，位于深度8.5m處；CX1和CX2測(cè)斜管監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示從2016年1月8日后，整體水平位移較小，地基較為穩(wěn)定，無滑移趨勢(shì)。

圖4 T1分層沉降曲線變化圖

圖5 T2分層沉降曲線變化圖

圖6 CX1深層水平位移變化曲線圖

圖7 CX2深層水平位移變化曲線圖

5 結(jié)論

本文以寧德航標(biāo)站吹填陸域軟基工程為背景，對(duì)加固地基的表層沉降、土體分層沉降、深層水平位移進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，得出以下主要結(jié)論：

（1）塑料排水板處理的軟基變形主要以沉降變形為主，截至2015年10月9日S2、S3、S12、S21處表層沉降變化已趨于收斂；S7、S17、S11處表層沉降仍穩(wěn)定增加，最大沉降速率為8.8mm/d；觀測(cè)期內(nèi)未見沉降速率陡增，表明地基不會(huì)發(fā)生整體失穩(wěn)情況。

（2）分層沉降觀測(cè)結(jié)果表明，2個(gè)分層管距地表最近磁環(huán)的位置分層沉降量最大，隨深度增加磁環(huán)沉降量變??；堆載過程中，開始時(shí)變形速率上升明顯，隨后有所減小，沉降速率明顯收斂，整體顯示兩處分層沉降位置沉降壓縮效果明顯。

（3）兩組測(cè)斜管測(cè)得最大水平位移為135.68mm，傾斜度為0.45%，表明整體水平位移較小，表明軟基內(nèi)部無較大剪切變形和連續(xù)的塑性滑動(dòng)帶，地基較為穩(wěn)定。

[1]鄧禮久，金亮星，羅嘉金.塑料排水板堆載預(yù)壓法處理軟基的固結(jié)效果[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2013，10（3）∶68-72.

[2]《地基處理手冊(cè)》編委會(huì).地基處理手冊(cè)[M].北京∶中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1998∶8-13.

[3]趙家成.堆載預(yù)壓法在處理軟基中的工程應(yīng)用[J].三峽大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，27（5）∶420-423.