(1. 江蘇省灌溉總渠管理處，江蘇 淮安 223200；2. 南京水利科學研究院，江蘇 南京 210029)

大超載比下深厚超軟地基處理效果分析

顧翔1龔麗飛2楊燕1

(1. 江蘇省灌溉總渠管理處，江蘇 淮安 223200；2. 南京水利科學研究院，江蘇 南京 210029)

隨著海峽西岸經(jīng)濟區(qū)、海上絲綢之路核心區(qū)建設(shè)，福建地區(qū)圍海、圍墾造地迎來新一輪發(fā)展。福建地區(qū)海相淤泥土具有顯著的地域特點，即含水率高達60%以上，局部可達80%，普遍高于我國其他沿海地區(qū)；沿海灘涂地海產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達，土壤生物質(zhì)富營養(yǎng)化對淤泥土性狀的影響十分顯著，因此，在該地區(qū)對深厚超軟地基類進行真空聯(lián)合堆載預壓處理時，針對性經(jīng)驗缺乏。本文通過福建地區(qū)大面積深厚超軟地區(qū)填海工程實例分析，綜合考慮技術(shù)和經(jīng)濟、時間和效益等因素，對深厚超軟地基真空預壓處理，提出工藝技術(shù)參數(shù)建設(shè)性建議。

大超載比；深厚超軟地基；處理

深厚超軟地基處理一直是軟基處理最為主要的難點之一，軟土深度普遍達到20～30m以上，軟土的物理力學性質(zhì)隨著區(qū)域、地質(zhì)成因等因素的不同，相互間差異性較大，也為深厚超軟土地基處理帶來了極大難度。國內(nèi)外軟基處理的方法很多，技術(shù)也較成熟，如攪拌樁、CFG樁等復合地基法，塑料排水板堆載預壓或真空預壓等排水固結(jié)法，但每個深厚超軟地基處理工程都有其特殊之處。

近十多年，隨著我國沿海區(qū)域經(jīng)濟的不斷發(fā)展，伴隨著海洋經(jīng)濟、灘涂經(jīng)濟的開發(fā)建設(shè)，產(chǎn)生了大量的、超大面積的圍海、圍墾等陸域形成工程。沿海大面積回填工程的軟基處理往往面臨著深厚、超軟兩大問題，也成為此類工程中需重點解決的問題之一。

1 工程概況

圖1 項目現(xiàn)場地貌特征

福建深厚超軟地基處理工程位于福建福州地區(qū)沿海，為上世紀人工圍墾形成的內(nèi)灘涂，此前多為海產(chǎn)品養(yǎng)殖地，地形高低起伏較大，塘底高程基本在-2.00～0m，塘埂縱橫交錯(工程區(qū)域現(xiàn)狀見圖1)。回填總面積5960畝，回填交地標高2.80m，回填總方量達3280萬m3。場地形成后主要用于建設(shè)煤制氫及合成氨聯(lián)合工廠、聚內(nèi)酰胺工廠、公用工程及化工碼頭等配套廠區(qū)設(shè)施。

2 工程地質(zhì)條件

該工程所屬地區(qū)淤泥土層在自然沉積形成過程中受海洋環(huán)境作用顯著；早期圍墾后，潮汐等海洋環(huán)境作用減弱，但受多年海產(chǎn)漁業(yè)養(yǎng)殖影響較大，工程地質(zhì)具有沿海地區(qū)軟土所特有的性質(zhì)(見圖2～圖3、表1～表2)。

a. 土層分布復雜，軟弱土多層分布。場地土層自上到下依次為素填土①、淤泥②、黏土③、泥質(zhì)角礫夾層③-1、淤泥質(zhì)土④、粉質(zhì)黏土⑤、泥質(zhì)角礫夾層⑤-1、淤泥質(zhì)土⑥、泥質(zhì)角礫⑦、黏土夾層⑦-1、粉質(zhì)黏土⑧、黏土夾層⑨-1、全風化花崗巖⑩等，上下存在多個淤泥、淤泥質(zhì)土等軟弱層，泥質(zhì)角礫夾層加大了淤泥土層處理難度。

b. 工程地質(zhì)條件差，具有超軟地基特性。主要淤泥②土層場地內(nèi)均有分布，土層深厚，厚度17.5～30.2m；淤泥土物理力學性質(zhì)極差，具有流塑、飽和、高壓縮性，平均含水率高達65.3%，最大含水率達70%以上，遠高于一般以陸地相沉積為主的淤泥土含水率，壓縮系數(shù)在1.60MPa-1以上。

c. 有機質(zhì)含量高。場地由海相土淤積而成，此前多為海產(chǎn)養(yǎng)殖塘地，含有腐殖質(zhì)，富營養(yǎng)化，有機質(zhì)含量平均值為1.64%。

d. 層淤泥為深厚、超軟軟(弱)土層，為全新世早中期濱?；蚝Ｏ喑练e軟土，是該場地回填工程的主要壓縮層。上述土層含水量超高，壓縮性高，靈敏度高，抗剪強度低，滲透性能差，承載力低，呈典型的超軟土特征，土力學性能差，為沉降控制的最主要層位。下部存在多個次軟弱層，為滿足地基處理要求，設(shè)計參數(shù)的選取十分重要。

圖2 1-1′工程地質(zhì)剖面

圖3 4-4′工程地質(zhì)剖面

表1 軟土層主要物理力學性質(zhì)指標(一)

表2 軟土層主要物理力學性質(zhì)指標(二)

3 深厚超軟地基處理特點分析

依照場地各分區(qū)對用地時間要求、使用條件要求的不同，一次性處理區(qū)域和范圍較大，從技術(shù)可行和經(jīng)濟合理角度綜合考慮，分別采用堆載預壓和真空聯(lián)合堆載預壓，但在技術(shù)與工藝參數(shù)的選擇上，針對該場地深厚、超軟特點，進行處理工藝的先導性試驗，為大面積深厚超軟地基處理提供優(yōu)化的設(shè)計參數(shù)。

a. 大面積分區(qū)處理。各真空聯(lián)合堆載預壓區(qū)分區(qū)面積控制在3萬～4萬m2，處理區(qū)形狀比(長寬比)控制在0.80左右[1]。

3.由主題開始，用粗線條表示主分支，將每一個主要的觀點或內(nèi)容與主題相連，并在線條上寫下可表示該觀點或內(nèi)容的一個關(guān)鍵詞。

b. 大超載比預壓。對采用真空聯(lián)合堆載預壓法處理的重要廠區(qū)，p預壓/p實際達到了1.25～1.4。

c. 加固周期合理優(yōu)化。將原設(shè)計的3個月恒載預壓期調(diào)整為4個月，確保達到工后沉降控制效果。

d. 快速化吹填加載。工程采用遠海采運卸+近海固定平臺吹填的加載方式，重點解決大面積預壓加載填筑量和填筑時間問題，實現(xiàn)場地回填與軟基預壓處理的有效結(jié)合。

4 深厚超軟地基處理效果分析

4.1 沉降分析

以真空聯(lián)合堆載區(qū)為例，該工程超軟淤泥層處理平均深度為20.80m，真空卸載時各區(qū)實測沉降平均值達275.50～332.40cm，平均沉降量為299.10cm，沉降速率均在5mm/d以下，大超載比下預壓期最大沉降量監(jiān)測值均在3m以上，工后沉降有效控制達到了基本預期。

真空卸載后，對場地進行連續(xù)3個月的觀測，場地沉降量在279.10～317.20cm，平均沉降量為298.60cm，最后60天平均沉降速率-0.51～0.29mm/d，場地總體表現(xiàn)為極小量沉降或反彈，沉降總體趨于穩(wěn)定(見表3)。

表3 A1區(qū)地表沉降數(shù)據(jù)統(tǒng)計

注卸載后實測沉降點位受損，統(tǒng)計樣本數(shù)部分缺失。

圖4為該工程典型沉降-荷載-時程曲線。從中可以看出，真空聯(lián)合堆載預壓滿載歷時時間相對較長，在實際施工中，受砂源影響，上部吹填砂加載期在100天左右，滿載預壓期在110天左右；在沉降發(fā)生過程中表現(xiàn)為沉降速率在早期快速增長后，中后期收斂速度極為緩慢，主要原因可能是在吹填砂填筑時，淺表層原狀淤泥產(chǎn)生擠淤等瞬時大變形，后期主要是淤泥性狀在沉降過程中發(fā)揮主導作用。目前，對擠淤等瞬時沉降很難合理計算分析，在深厚超軟地基處理設(shè)計過程中要充分考慮，這往往造成設(shè)計值與實測值偏差較大。

圖4 該工程典型沉降-荷載-時程曲線

固結(jié)度分析采用《真空預壓加固軟土地基技術(shù)規(guī)程》(JTS 147-2—2009)中的雙曲線法，表4給出了預壓期荷載下固結(jié)度計算值。

雙曲線法基本公式為

最終沉降為

上二式中S∞——最終沉降量，cm；

St——滿載t時間實測沉降量，cm；

t——滿載預壓時間，s，從滿載時刻算起；

S0——滿載開始時實測沉降量，cm；

α、β——待定系數(shù)，可根據(jù)實測資料確定。

各區(qū)預壓期荷載下固結(jié)度達到77.7%～85.9%，平均值在82.10%，滿足設(shè)計對預壓期固結(jié)度要求，考慮超載比，使用期荷載下固結(jié)度達到設(shè)計92%要求，使用期沉降量在預壓期得到消除，工后沉降得到有效控制。

表4 沉降及固結(jié)度分析

4.3 與不同地區(qū)沉降對比分析

表5給出了我國沿海幾個典型區(qū)域工程超軟地基處理情況，均采用真空預壓或真空聯(lián)合堆載預壓法處理。目前我國沿海地區(qū)灘涂圍墾軟基處理對象多為吹填淤泥和全新世后多年沉積海相淤泥或淤泥質(zhì)土，吹填淤泥多為新近吹填，隨處理前晾置的時間長短，含水率變化幅度較大，但普遍在100%以上，而多年沉積淤泥或淤泥質(zhì)土含水率以40%～60%為主。軟基處理效果與預壓加載量的絕對值、周期以及排水板設(shè)計參數(shù)等有極大關(guān)系，在參數(shù)經(jīng)濟合理、技術(shù)可行的前提下(即為達到滿足工程要求的合理性加固效果)，沉降量值與處理有效深度存在一定相關(guān)性，具有重要的經(jīng)驗性參考價值。從表中可以看出，平均沉降量和處理深度之比在10%左右(在合理性加固效果下)，該工程沉降量占淤泥層處理深度的13.50%～15.50%，在同類地區(qū)值得注意。初步分析主要原因如下：該工程所處區(qū)域為上世紀建設(shè)的圍墾區(qū)，且未圍墾前為灣內(nèi)水域，海相淤泥在多年沉積過程中受海洋作用與外海水域存在一定差異，造成其含水率水平要遠高于其他區(qū)域海相沉降淤泥土；受圍墾養(yǎng)殖影響，水體富營養(yǎng)化，淺表層淤泥有機質(zhì)含量極高，且有一定的埋深，淤泥性質(zhì)較差。

表5 不同地區(qū)軟基處理沉降對比

4.4 十字板效果評價

表6為該工程軟基處理后淤泥層頂以下6m范圍內(nèi)十字板強度統(tǒng)計情況，十字板強度平均值達到38.33kPa，提升幅度十分顯著。根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗公式f=3.14Cu，初步判斷淤泥土層上部6m范圍內(nèi)承載力達120kPa，完全滿足后續(xù)場地建設(shè)要求。

4.5 物理力學特性比較

地基處理前后土的淤泥土層的變化較大，從表4-5 可以看出，含水率減少了23%，孔隙比減少25.30%，強度指標黏聚力提高21%，壓縮模量提高20.40%，淤泥土物理力學性質(zhì)得到了明顯改善，在合理處理要求、工藝參數(shù)下，對此地區(qū)深厚、超高含水率海相淤泥土也具適應(yīng)性。

表6 A1十字板抗剪強度統(tǒng)計

表7 地基處理前后軟土層物理力學指標比較

5 結(jié) 語

福建深厚超軟地基處理工程所屬地區(qū)深厚超軟地基有其獨特的區(qū)域特點，在工程建設(shè)中要重點加以處理，從而有效控制沉降，確保工程質(zhì)量。

處理過程要慎重把握淤泥性狀：對特殊性狀的超軟淤泥地區(qū)進行處理工藝的先導性試驗具有一定的必要性；從控制工后沉降角度，大超載比能有效確保超軟地基的加固效果；超載比要結(jié)合使用期荷載、預壓周期綜合確定，使工程經(jīng)濟效益最優(yōu)；同類工程經(jīng)驗性技術(shù)參數(shù)在工程實踐中具有很重要的借鑒價值。

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AnalysisonDeepSoftFoundationTreatmentEffectunderLargeOverloadRatio

GU Xiang1, GONG Lifei2, YANG Yan1

(1.JiangsuIrrigationCanalManagementDepartment,Huaian223200,China; 2.NanjingHydraulicResearchinstitute,Nanjing210029,China)

A new round development has been made in the enclosing seas and reclamation areas of Fujian with construction of West Coast Economic Zone and core area of Maritime Silk Road. The marine muddy soil in Fujian has remarkable regional characteristics, namely the water content is up to 60%, which can reach 80% locally and is generally higher than other coastal areas in China. Marine aquaculture is developed in coastal wetland. Soil biomass eutrophication plays a surprisingly strong role to silt soil properties. Therefore, when vacuum combined pile load preloading processing is implemented on super-deep soft foundations in the area, the specific experience is deficient. In the paper, technology, economy, time, efficiency and other factors are comprehensively considered through case analysis on reclamation projects in Fujian large area deep super-soft area. Vacuum preloading treatment is implemented on deep super-soft foundation, and technology parameter constructive suggestions are put forward.

large overload ratio; deep super-soft foundation; treatment

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.010.007

TV223

B

1673-8241(2017)010-0022-07