張小泉

(華城建設(shè)集團(tuán)有限公司， 福建 泉州 362011)

濱海防洪堤海相軟土地基固結(jié)特性研究

張小泉

(華城建設(shè)集團(tuán)有限公司， 福建 泉州 362011)

本文通過對惠安下坑海堤軟土地基現(xiàn)場監(jiān)測研究發(fā)現(xiàn)：填土過程中沉降量隨時間逐漸增大，軟基沉降與填土進(jìn)程密切相關(guān)； 軟基總沉降量與填土高度呈強(qiáng)相關(guān)，填土高度越大，總沉降量越大； 主要沉降發(fā)生深度與軟土層深度基本一致； 伴隨填土荷載增大，超孔壓逐漸增大，填土結(jié)束后超孔壓持續(xù)增長近1個月，主要由填土上機(jī)械施工引起； 填土結(jié)束后，軟基不排水抗剪強(qiáng)度提高21%～37%。

大面積堆載； 軟土； 沉降

1 引 言

中國東南沿海地區(qū)分布有厚度較大、面積較廣的軟土，在軟土地基上修建防洪堤，地基沉降變形特性是控制工程施工進(jìn)程的重要參數(shù)之一，為了掌握堆載作用下軟土的固結(jié)特性，埋設(shè)儀器進(jìn)行監(jiān)測是主要也是最可靠的手段，是水利工程建設(shè)中必不可少的一種應(yīng)用技術(shù)。監(jiān)測內(nèi)容包括沉降變形、分層沉降及孔隙水壓力等，目前已有許多研究報道了軟土地區(qū)防洪堤地基的沉降變形特征[1-3]，但大都集中在沉降變形特征，對于分層沉降及孔隙水壓力變化過程的監(jiān)測研究相對較少，本文通過對某工程防洪堤軟土地基進(jìn)行監(jiān)測，掌握填土堆載的影響深度和地基土隨時間的固結(jié)沉降規(guī)律，對后續(xù)工程施工提供指導(dǎo)。

2 工程概況

福建省惠安下坑海堤工程位于灘涂區(qū)域，結(jié)構(gòu)形式為斜坡式，由附近山體開挖運(yùn)來的花崗巖風(fēng)化殘積土填筑碾壓而成，迎水面坡度為1∶2.0，背水面坡度為1∶1.5，其中迎水面采用砌石進(jìn)行坡面防護(hù)，背水面采用植被進(jìn)行防護(hù)。該防洪堤長約3.8km，西南為潮間帶灘涂，東北為淺海，存在一海溝，地勢整體上由西南向東北方向逐次傾斜，地面高程約為0.95～3.05m。根據(jù)工程地質(zhì)勘查報告，該工程地層結(jié)構(gòu)較為簡單，從上至下分別為?淤泥及砂層，全場地分布，灰色～深灰色，流塑～軟塑，含砂和貝殼，根據(jù)含砂量的多少可分為淤泥、淤泥混砂、淤泥夾薄層粉砂和砂混淤泥，土層均勻性較差。從整體上看，含砂量從上向下逐漸增大。該土層厚度為3.1～9.5m，平均厚度約為6.3m，東北方向的一條海溝淤泥厚度在4m左右，淤泥和淤泥含砂層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見下表；?殘積粉質(zhì)黏土，全場地分布，黃褐色，可塑，由黏性土、石英顆粒和少量云母組成，母巖為花崗巖。中等壓縮性，力學(xué)性質(zhì)較好，但具有浸水后易軟化的特點，厚度達(dá)10m以上。

為縮短建設(shè)工期，減少工后沉降，經(jīng)多方論證軟基打設(shè)塑料排水板進(jìn)行加速排水，然后分層填土、碾壓、直至設(shè)計高程?？偟奶钪穸葹?.0～8.0m，填土高度為1.2～3.5m時開始埋設(shè)總沉降、分層沉降觀測儀和孔壓計，埋設(shè)完畢后，填土高度為4.1～9.3m。

淤泥、淤泥含砂層主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計表

3 沉降變形特征及分析

3.1 軟土地基沉降與時間的關(guān)系

總沉降量采用沉降盤的方法進(jìn)行監(jiān)測，在沉降盤的中間打設(shè)一根豎向標(biāo)桿，為了防止標(biāo)桿產(chǎn)生沉降，標(biāo)桿的底部坐落在下部不動的地層上。該工程中，放置在下部的強(qiáng)風(fēng)化花崗巖上。通過定期測量沉降盤與標(biāo)桿頂部的距離，換算出地基的沉降量。選取了三個有代表性的沉降觀測點數(shù)據(jù)(S1、S3和S8)，如圖1所示。從圖1中可以看出，沉降量隨著時間逐漸增大，在填土的前3個月內(nèi)，填土速率較慢，填土速率為0.01～0.02m/d，沉降速率也較慢，大約位于0.18～0.22mm/d；在3～9個月內(nèi)，填設(shè)速率較快，為0.02～0.04m/d，沉降速率也較大，位于0.32～0.47mm/d；9個月后，沉降速率減小，沉降量逐漸趨于穩(wěn)定。表明該軟基的沉降與填土進(jìn)程有密切的關(guān)系。

圖1 軟土地基沉降量隨著時間的變化關(guān)系

3.2 軟基沉降量與填土高度的關(guān)系

該場地內(nèi)共布設(shè)了18個總沉降量監(jiān)測點，將最后一次沉降觀測點數(shù)據(jù)與相應(yīng)位置的填土高度繪制于圖2中?？梢钥闯?，該軟基的總沉降量與填土高度呈現(xiàn)較強(qiáng)的相關(guān)性，填土高度越大，總沉降量也越大，最大填土厚度為9.2m，最后一次觀測的沉降量達(dá)到了210mm，兩者之間可以近似用線性公式表示。地表填土高度越大，在軟基內(nèi)部產(chǎn)生的附加應(yīng)力也越大，因此引起的豎向沉降量也越大。

圖2 軟基沉降量與填土高度的關(guān)系

3.3 軟土地基的分層沉降特性

為了掌握該軟基不同深度處的沉降量和不同土層的壓縮量，采用分層沉降磁性環(huán)的方法監(jiān)測該軟基的分層沉降量。在監(jiān)測點處，打設(shè)一根PVC測桿，測桿底端同樣位于下部的強(qiáng)風(fēng)化花崗巖不動層上。磁性環(huán)每隔2m深度設(shè)置一個，共布設(shè)了6個。以最后一次觀測時間為例，不同深度處的沉降量監(jiān)測結(jié)果如圖3所示?？梢钥闯?，S1監(jiān)測點處的沉降量主要在8.0m深度以內(nèi)，10.0m以下基本沒有觀測到沉降量；S2和S3監(jiān)測點處的沉降量主要在6.0m深度內(nèi)。通過對比這些監(jiān)測點處的地層條件，S1監(jiān)測點處的軟土層深度為7.4m，S2和S3處的軟土層深度為6.3m，發(fā)現(xiàn)主要沉降發(fā)生的深度與軟土層的厚度基本一致，表明該軟基的沉降主要發(fā)生在軟土層內(nèi)。

圖3 軟基的分層沉降量

3.4 軟土地基的孔隙水壓力變化過程

該軟土地基在S1監(jiān)測點附近5m距離處埋設(shè)了三個孔隙水壓力探頭，深度分別為3m、6m和9m。由于孔壓探頭監(jiān)測的是總孔隙水壓力，扣除相應(yīng)深度處的靜水壓力得到超孔壓，上述三個深度處的超孔壓監(jiān)測結(jié)果繪制于圖4中?？梢钥闯觯S著填土荷載的增大，超孔壓逐漸也增大；填土荷載在約9個月時填設(shè)完畢，但超孔壓仍在增長，大約在10個月達(dá)到峰值，然后逐漸衰減?？讐簻笥谔钔梁奢d1個月仍在增長，究其原因，是由于填土完畢后，填土上部仍有部分重型車輛在行駛和施工，在軟基內(nèi)引起了循環(huán)附加應(yīng)力，導(dǎo)致孔壓繼續(xù)上升。在1個月后，車輛行駛量迅速減小。軟基內(nèi)打設(shè)的塑料排水板起到較快的排水作用，超孔壓減小。從深度上看，3m深度處的超孔壓最大，6m深度的居中，而9m深度處超孔壓較小，表明9m深度處已基本沒有超孔壓，即不會發(fā)生固結(jié)沉降，這與分層沉降量監(jiān)測結(jié)果基本一致。

圖4 軟基超孔壓監(jiān)測結(jié)果

3.5 固結(jié)過程對土體強(qiáng)度的影響規(guī)律

為了檢驗塑料排水板打設(shè)后對該軟基的加速排水性能，以及地基土強(qiáng)度的變化情況，填土施工前后采用十字板剪切儀測試了該軟基的十字板不排水抗剪強(qiáng)度。其中，S1監(jiān)測點處填土前后的不排水抗剪強(qiáng)度試驗結(jié)果如圖5所示，其中填土后的結(jié)果為填土536天時測試的結(jié)果。從圖中可以看出，填土荷載預(yù)壓與塑料排水板聯(lián)合作用后，該軟基的不排水抗剪強(qiáng)度提高的幅度位于21%～37%。軟土地基強(qiáng)度的提高可以采用下式進(jìn)行解釋：

限于篇幅，式中各符號物理意義詳見《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ 79—2002)。

圖5 軟基在填土前后的不排水抗剪強(qiáng)度變化情況

4 結(jié) 論

惠安下坑海堤工程打設(shè)塑料排水板加速排水處理，現(xiàn)場埋設(shè)試驗裝置對總沉降量、分層沉降、孔隙水壓力、填土前后的不排水抗剪強(qiáng)度進(jìn)行了監(jiān)測與測試，通過研究發(fā)現(xiàn)：

a.填土過程中，沉降量隨著時間逐漸增大，在填土的前3個月內(nèi)，填土速率較慢，填土速率為0.01～0.02m/d，沉降速率也較慢，大約位于0.18～0.22mm/d之間；在3～9個月內(nèi)，填設(shè)速率較快，為0.02～0.04m/d，沉降速率也較大，位于0.32～0.47mm/d；9個月后，沉降速率減小，逐漸趨于穩(wěn)定，表明該軟基的沉降與填土進(jìn)程有密切的關(guān)系。

b.軟基的總沉降量與填土高度呈較強(qiáng)的相關(guān)性，填土高度越大，總沉降量也越大。

c.主要沉降發(fā)生的深度與軟土層所在的深度基本一致，表明該軟基的沉降主要發(fā)生在軟土層內(nèi)。

d.隨著填土荷載的增大，超孔壓逐漸也增大，填土結(jié)束后1個月內(nèi)超孔壓仍在增長，主要是由于填土上方的機(jī)械施工引起的。

e.填土荷載預(yù)壓與塑料排水板聯(lián)合作用后，該軟基的不排水抗剪強(qiáng)度提高的幅度位于21%～37%。

[1] 喻華瑾，夏為.鹽倉防洪堤沉降觀測的設(shè)計與實施[J].浙江水利水電?？茖W(xué)校學(xué)報，2009,21(3):19-20.

[2] 沈金榮，張寶明，許世豐，等.對淤泥質(zhì)軟土地基填筑防洪堤沉降成果的分析和運(yùn)用[J].江蘇水利，2005(9):15-17.

[3] 劉文杰.淺析堤防工程沉降觀測[J].城市建筑，2015(20):260-260.

Research on consolidation characteristics of coastal floodwall marine faces soft soil foundation

ZHANG Xiaoquan

(HuachengConstructionGroupCo.,Ltd.,Quanzhou362011,China)

In the paper, it is discovered in field monitoring and study on Hui’an Xiakeng seawall soft soil foundation that: the settlement is increased with time gradually in the soil filling process, and the soft foundation settlement is closely related to the soil filling process. Total settlement of soft foundation is strongly related to the soil filling height. The soil filling height is higher, and the total settlement is larger. Main settlement depth is roughly the same as the depth of the soft soil layer. The hyperpore pressure is gradually increased with the increase of the soil filling load. The superpore pressure is continuously increased by nearly one month after soil filling is completed, which is mainly caused by mechanical construction on filled soil. After soil filling is completed, the soft foundation no-drainage shear strength is increased by 21% to 37%.

large area heap load; soft soil; settlement

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.07.007

P64

B

1005-4774(2017)07- 0023- 04