陳維家，劉維正，林震宇

真空?堆載預(yù)壓聯(lián)合管樁?土工格室在堆場(chǎng)深厚軟基處理中的應(yīng)用

陳維家1，劉維正2，林震宇3

(1. 珠海交通集團(tuán)有限公司，廣東 珠海 519000；2. 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410075；3. 廣東省地質(zhì)工程公司，廣東 廣州 510000)

以珠海某堆場(chǎng)深厚軟土地基處理工程為依托，針對(duì)傳統(tǒng)的地基處理方法難以滿足該重載堆場(chǎng)工程對(duì)深厚軟土地基處理的高承載力與穩(wěn)定性、高標(biāo)準(zhǔn)工后與差異沉降控制、大面積快速高效經(jīng)濟(jì)處理的要求，提出先對(duì)整個(gè)場(chǎng)地進(jìn)行真空聯(lián)合堆載預(yù)壓，再采用“預(yù)應(yīng)力管樁?土工格室加筋土”處理料條區(qū)、采用土工格柵加筋土處理堆取料機(jī)區(qū)的綜合處治方案。通過(guò)承載力、沉降和側(cè)向位移現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)對(duì)處治效果進(jìn)行分析，深入探討綜合處治技術(shù)的加固機(jī)理：管樁樁頂上部加筋土的“土拱效應(yīng)”可有效擴(kuò)散應(yīng)力，同時(shí)土工格室起到水平向約束管樁、協(xié)調(diào)不均勻沉降作用，充分發(fā)揮樁筏基礎(chǔ)中的柔性筏板作用。研究結(jié)果表明：真空?堆載預(yù)壓聯(lián)合預(yù)應(yīng)力管樁?土工格室能夠大幅度提升地基承載力、限制地基水平位移和減小地基不均勻沉降，有效解決堆場(chǎng)軟基過(guò)量沉降與穩(wěn)定性不足的問(wèn)題。研究結(jié)果可為類似工程的深厚軟基處理借鑒和利用。

深厚軟土；大面積堆場(chǎng)；管樁?土工格室復(fù)合地基；真空?堆載預(yù)壓；處治效果

隨著近年來(lái)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，在沿海深厚軟基地區(qū)修建的大面積堆場(chǎng)逐漸增多。當(dāng)軟基加固方法不當(dāng)時(shí)，堆場(chǎng)的重載會(huì)使地基產(chǎn)生較大沉降和側(cè)向位移，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致地基失穩(wěn)[1?3]，因此工程上常需采取一些有效的加固措施對(duì)堆場(chǎng)軟土地基進(jìn)行處理[4?7]。其中“樁+土工材料”雙向增強(qiáng)復(fù)合地基，因其集成了豎向樁體能夠承擔(dān)較大荷載、減小地基沉降以及水平向土工材料能夠承受拉壓應(yīng)力，減小不均勻沉降的特點(diǎn)，在軟土地基處治中應(yīng)用廣泛。詹樂(lè)斌等[8]對(duì)大面積堆載作用下水泥土攪拌樁+土工格柵砂石墊層處理的深厚軟土地基效果進(jìn)行分析，得出該種處理方法既可以提升地基承載力，又能改善回填土的不均勻沉降。楊魏[9]通過(guò)有限元分析得到CFG樁?網(wǎng)復(fù)合地基在限制路堤的沉降和側(cè)向位移方面優(yōu)于加筋土地基和CFG樁復(fù)合地基。曹文昭等[10]通過(guò)對(duì)樁承地基中的土工格室墊層和土工格柵墊層分別進(jìn)行數(shù)值模擬，得出：土工格室加筋墊層因其提兜效應(yīng)和柔性筏板效應(yīng)，在提高樁土應(yīng)力比、減小樁間土沉降和樁?土差異沉降上比土工格柵效果更好。張玲等[11]通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn)得出土工格室?碎石樁雙向增強(qiáng)復(fù)合地基減小地基沉降量的優(yōu)于采用單一增強(qiáng)方法處理的地基。Sujit等[12]對(duì)“土工格室+碎石樁”復(fù)合地基進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其承載力比天然地基提高了10.2倍?，F(xiàn)階段對(duì)于雙向增強(qiáng)復(fù)合地基的研究工程應(yīng)用還多集中在“剛性樁+土工格柵”、“柔性樁+土工格柵”和“柔性樁+土工格室”等方面[13?14]，關(guān)于“剛性樁+土工格室”的加固機(jī)理和工程應(yīng)用的研究較少。本文基于珠海裕嘉礦產(chǎn)品有限公司二期球團(tuán)料場(chǎng)地基處理工程，分析“真空?堆載預(yù)壓聯(lián)合預(yù)應(yīng)力管樁?土工格室”處理技術(shù)在深厚軟土地基重載堆場(chǎng)中的加固機(jī)理和實(shí)施效果，以期為今后類似工程提供借鑒和指導(dǎo)。

1 工程概況

珠海裕嘉礦產(chǎn)品有限公司球團(tuán)二期地基處理工程位于珠海高欄港經(jīng)濟(jì)區(qū)，施工場(chǎng)地地形平坦，原始地形為淺海地形，經(jīng)人工圍海造地而成，場(chǎng)地面積為40 477 m2。緊鄰本擬建場(chǎng)地的西北側(cè)有已投入使用的面積為24 104 m2一期球團(tuán)料場(chǎng)，該場(chǎng)地僅采用砂石樁復(fù)合地基進(jìn)行簡(jiǎn)易處理，堆料能力有限。正北側(cè)有與一期工程面積相當(dāng)?shù)闹鲝S房區(qū)，后期要在此處進(jìn)行基坑開(kāi)挖。圖1為該料場(chǎng)地基處理工程周邊環(huán)境以及地基使用功能分布情況示意圖。

圖1 料場(chǎng)地基周邊環(huán)境及使用功能分布示意圖

根據(jù)鉆探結(jié)果，擬建場(chǎng)地自上而下的地層及其平均厚度如下：素填土(0.6 m)，沖填土(1.5 m)，淤泥(26.4 m)，粉細(xì)砂(1.5 m)，可塑狀態(tài)黏土(12.3 m)，軟塑狀態(tài)黏土(3.8 m)和強(qiáng)風(fēng)化砂巖(10.5 m)。典型地質(zhì)剖面圖如圖2所示，各土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

圖2 典型地質(zhì)剖面圖

表1 不同土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

為了提高二期堆場(chǎng)的地基承載能力以擴(kuò)大工廠生產(chǎn)規(guī)模，避免在堆料不規(guī)則情況下造成地基不均勻沉降或失穩(wěn)，以及保證一、二期場(chǎng)地不相互影響，減少后期北面主廠房區(qū)基坑開(kāi)挖對(duì)本場(chǎng)地的影響。特根據(jù)本場(chǎng)地不同區(qū)域的使用功能對(duì)地基處理提出以下設(shè)計(jì)要求：堆場(chǎng)3個(gè)料條區(qū)(1，2和3)地基承載力特征值要求達(dá)到250 kPa，堆取料機(jī)及輔助設(shè)施區(qū)地基承載力特征值要求達(dá)到150 kPa，工后沉降小于200 mm。

2 加固機(jī)理分析

本工程由于地基承載力及工后沉降要求高，采用換填、強(qiáng)夯、預(yù)壓排水固結(jié)等單純改良土質(zhì)的地基處理方法均無(wú)法滿足要求。地基中淤泥層深厚，采用振沖碎石樁、水泥土攪拌樁、砂石樁、CFG樁等復(fù)合地基處理法無(wú)法穿透深厚的淤泥層，工后沉降要求無(wú)法滿足。高壓噴射注漿雖可以穿透淤泥層，但高壓旋噴樁抗彎抗剪能力低，無(wú)法滿足料場(chǎng)不均勻堆載時(shí)地基穩(wěn)定要求。若采用單純的剛性樁處理淤泥土地基時(shí)，復(fù)合地基需要較大的變形量才能發(fā)揮樁間土較小的承載力，得不償失，且容易導(dǎo)致較大的不均勻沉降；此外，剛性樁的水平承載力有限，難以抵抗堆載產(chǎn)生的側(cè)向壓力。若采用樁筏基礎(chǔ)，上部荷載將全部由樁承擔(dān)，不能發(fā)揮樁間土的承載作用，且筏板造價(jià)高，總體性價(jià)比低。

綜合剛性樁復(fù)合地基及樁筏基礎(chǔ)的優(yōu)缺點(diǎn)，以及該工程不同區(qū)域的性能要求，本工程采用先對(duì)整個(gè)場(chǎng)地鋪設(shè)塑料排水板并進(jìn)行真空?堆載(水池)聯(lián)合預(yù)壓處理，再采用“預(yù)應(yīng)力管樁+土工格室加筋土”處理料條區(qū)(1，2和3)，采用土工格柵加筋土處理堆取料機(jī)區(qū)。下述為是該軟基綜合處理措施的加固機(jī)理。

2.1 真空?堆載聯(lián)合預(yù)壓法的加固機(jī)理

在真空?堆載聯(lián)合預(yù)壓法作用下，地基土中的孔隙水因受到真空作用產(chǎn)生的負(fù)壓力和上部堆載作用產(chǎn)生的正壓力而逐漸排出，使孔隙體積減小，地基土產(chǎn)生固結(jié)變形，有效應(yīng)力逐漸提高，從而達(dá)到了提升地基承載力，減小工后沉降的效果。

2.2 預(yù)應(yīng)力管樁復(fù)合地基加固機(jī)理

剛性樁的加固機(jī)理主要表現(xiàn)為2個(gè)方面：支撐作用和擠密作用。支撐作用是指剛性樁在樁端阻力和樁側(cè)摩阻力的共同作用下起到支撐上部荷載，提高承載力的作用；擠密作用是指剛性樁在施工過(guò)程中對(duì)樁周土體產(chǎn)生一定的擠密作用，改良土體性能，并在一定程度上提升樁側(cè)摩阻力，從而使管樁復(fù)合地基的承載力得到進(jìn)一步提升。

2.3 土工格室加筋體的加固機(jī)理

土工格室加筋墊層的加固機(jī)理具體表現(xiàn)為側(cè)向約束效應(yīng)、拉膜效應(yīng)、柔性筏板效應(yīng)、應(yīng)力擴(kuò)散效應(yīng)等。示意圖如圖4所示。

圖3 土工格室加固作用機(jī)理

側(cè)向約束效應(yīng)可以通過(guò)土工格室與地基之間的摩擦作用來(lái)約束地基土體變形；拉膜效應(yīng)是產(chǎn)生的張拉力會(huì)分擔(dān)一定的上部荷載；柔性筏板效應(yīng)則會(huì)使上部集中荷載通過(guò)土工格室加筋墊層向兩側(cè)轉(zhuǎn)移，緩解地基的不均勻沉降；而應(yīng)力擴(kuò)散效應(yīng)則可以增大墊層的應(yīng)力擴(kuò)散角來(lái)降低地基頂面的應(yīng)力水平，從而保證地基的穩(wěn)定性。

2.4 土工格室+預(yù)應(yīng)力管樁相互作用機(jī)理

在“預(yù)應(yīng)力管樁+土工格室”雙向增強(qiáng)復(fù)合地基中，土工格室與內(nèi)部填料形成具有一定厚度與剛度的墊層結(jié)構(gòu)。一方面，土工格室可以將彼此分離的樁體聯(lián)系起來(lái)，共同承擔(dān)上部荷載，相當(dāng)于擴(kuò)展了原始樁帽的尺寸，從而降低了樁間土所承擔(dān)的荷載，起到減小樁土間的差異沉降的作用，同時(shí)土工格室加筋墊層與剛性樁之間的連接作用可以有效地防止樁頂向上刺入，減小樁土間的差異沉降。另一方面，土工格室是格—格結(jié)構(gòu)，上下是連通的，中間填充的砂性填料存在一定的流動(dòng)性，在荷載作用下土工格室墊層可以通過(guò)樁頂砂性填料的流動(dòng)補(bǔ)償性調(diào)整樁、土應(yīng)力分配和復(fù)合地基變形，使加筋墊層?復(fù)合地基共同作用，有效增加協(xié)調(diào)變形的能力，使荷載均勻傳至管樁上。此外，土工格室加筋墊層還可以有效地約束地基的淺層位移，抑制管樁傾斜，保證管樁垂直度，使得管樁的單樁承載力能夠充分發(fā)揮，進(jìn)而保證了地基整體的穩(wěn)定性[15]。

剛性樁則可改善深層軟土的承載性能，提高地基的承載能力，從而起到支撐土工格室加筋墊層，避免其在堆載作用下產(chǎn)生較大的變形，保證了其性能的發(fā)揮。

3 加固方法與實(shí)施工藝

基于上述處治措施的機(jī)理分析，并根據(jù)堆料場(chǎng)地不同區(qū)域的使用功能和技術(shù)要求，其詳細(xì)的設(shè)計(jì)方案如下：先對(duì)整個(gè)場(chǎng)地鋪設(shè)塑料排水板并進(jìn)行真空?堆載(水池)聯(lián)合預(yù)壓處理，再采用“預(yù)應(yīng)力管樁+土工格室加筋土”處理料條區(qū)(1，2和3)，采用土工格柵加筋土處理堆取料機(jī)區(qū)。塑料排水板按0.85 m×0.85 m正方形布置，長(zhǎng)度為20～25 m，真空壓力為85 kPa，水池高度為3 m，設(shè)計(jì)剖面圖為圖4。預(yù)應(yīng)力管樁采用PHCΦ400×95A型樁，按照2.0 m×2.2 m矩形布置，樁長(zhǎng)36~44 m，管樁樁頂鋪一層20 cm的高強(qiáng)土工格室，石粉填充，采用鋼筋砼與管樁連接，土工格室頂部鋪設(shè)土工格柵加筋墊層，每300 mm鋪設(shè)一層土工格柵，分層鋪設(shè)、填筑、壓實(shí)。圖5為管樁與土工格室加筋土的剖面圖及其接頭連接示意圖。堆取料機(jī)區(qū)在土工格柵加筋土的基礎(chǔ)上鋪設(shè)道渣形成路基，然后再鋪設(shè)枕軌結(jié)構(gòu)供機(jī)具的移動(dòng)，其地基處理剖面圖如圖6所示。

圖4 真空?堆載(水池)聯(lián)合預(yù)壓示意圖

圖5 管樁與土工格室加筋土剖面圖及接頭連接圖

圖6 堆取料機(jī)區(qū)地基處理剖面圖

工程施工工序?yàn)閳?chǎng)地整平→鋪設(shè)砂墊層→打設(shè)塑料排水板(圖8(a))→排水管道布置及密封膜的鋪設(shè)→抽真空及覆水預(yù)壓(圖8(b))→預(yù)應(yīng)力管樁施工(圖8(c))→土工格室鋪設(shè)(圖8(d))→土工格柵加筋土鋪設(shè)。施工流程和詳細(xì)的施工工藝如圖7所示。

圖7 施工流程和施工工藝圖

圖8 施工現(xiàn)場(chǎng)

4 加固效果評(píng)價(jià)與沉降分析

4.1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容及測(cè)點(diǎn)布置

為了檢查和評(píng)判工程的施工質(zhì)量，工程人員采用平板載荷試驗(yàn)對(duì)真空?堆載(水池)聯(lián)合預(yù)壓后以及“預(yù)應(yīng)力管樁+土工格室加筋墊層”處理后的地基承載力分別進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，并在場(chǎng)地內(nèi)布置相應(yīng)的測(cè)點(diǎn)對(duì)真空?堆載(水池)聯(lián)合預(yù)壓期間以及工程竣工后堆料期間地基的沉降和側(cè)向位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)。真空?堆載預(yù)壓期間，水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)有9個(gè)，均布在料場(chǎng)地基的南、北、西邊緣；沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)有23個(gè)，均布在每個(gè)料條區(qū)中心線上及料場(chǎng)地基的南邊緣。堆料期間，水平位移觀測(cè)點(diǎn)有14個(gè)，依次分布在料場(chǎng)地基的西邊緣和料條區(qū)與堆取料機(jī)區(qū)相交地帶；沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)有30個(gè)，依次分布在料場(chǎng)地基的南、北、西邊緣和料條區(qū)與堆取料機(jī)區(qū)相交地帶。真空?堆載預(yù)壓期和堆料期典型測(cè)點(diǎn)的分布如圖9所示。

圖9 沉降和側(cè)向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖

4.2 真空?堆載(水池)聯(lián)合預(yù)壓效果分析

本工程采用真空?堆載(水池)聯(lián)合預(yù)壓的方法旨在提高地基的整體承載力，減小工后沉降量，使堆取料機(jī)區(qū)地基在在經(jīng)真空?堆載聯(lián)合預(yù)壓之后，采用土工格柵加筋土處理后就可以達(dá)到承載力的要求，同時(shí)也為料條區(qū)管樁和土工格室的施工提供良好的條件。圖10為真空?堆載期間部分時(shí)段地基沉降隨時(shí)間的變化曲線，由圖10可知：地基在真空?堆載預(yù)壓初期的沉降量大，沉降速率快，起始監(jiān)測(cè)日期的平均日均沉降速率達(dá)到了54.63 mm/d。這主要是因?yàn)樵谡婵?堆載預(yù)壓的初期，軟土地基的孔隙率大、含水量高，地基土真空壓力和堆載壓力的綜合作用下排水固結(jié)速率較快，進(jìn)而在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生較大的沉降。到了真空?堆載預(yù)壓的后期，地基土的沉降速率逐漸放緩，累計(jì)沉降量基本趨于穩(wěn)定，最后一次沉降監(jiān)測(cè)得到的平均日沉降速率已經(jīng)下降到2.25 mm/d。這主要是因?yàn)檐浲恋鼗?jīng)過(guò)前期數(shù)月的堆載預(yù)壓，地基土的孔隙率和含水量都有了明顯的降低，固結(jié)度顯著提高，因此在相同的堆載壓力下產(chǎn)生的沉降量逐漸減小，沉降速率逐漸降低。由于本設(shè)計(jì)方案僅需將地基在堆載預(yù)壓期間的固結(jié)度達(dá)到80%，所以最終沉降速率并未明顯接近于0。真空?堆載預(yù)壓結(jié)束后，監(jiān)測(cè)顯示地基平均累計(jì)沉降量達(dá)到2.2 m，承載力達(dá)到115 kPa，相比于珠海地區(qū)天然軟土地基45 kPa的特征值提升了1.56倍。說(shuō)明真空?堆載預(yù)壓法處理軟土地基對(duì)提升地基固結(jié)度、提高承載力的有效性。

圖10 真空?堆載期地基累計(jì)沉降時(shí)程變化曲線

從圖11真空?堆載(水池)預(yù)壓期間典型測(cè)點(diǎn)在不同預(yù)壓天數(shù)的側(cè)向位移變化曲線來(lái)看，預(yù)壓初期地基側(cè)向位移增加較快，起始側(cè)向位移速率的最大值為7.13 mm/d。到了預(yù)壓后期，側(cè)向位移增加緩慢，側(cè)移速率的最大值已經(jīng)降低到了0.54 mm/d，說(shuō)明地基側(cè)移變形已基本趨于穩(wěn)定。這種現(xiàn)象的主要原因在于真空?堆載初期，因水池加載，天然軟基承受的豎向荷載增大，進(jìn)而導(dǎo)致土體產(chǎn)生側(cè)向位移。在預(yù)壓后期，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的排水固結(jié)作用后，地基土體的強(qiáng)度逐漸提高，固結(jié)度提高，上部豎向荷載作用逐步由加固土體承擔(dān)，從而使得側(cè)向位移逐漸減小，地基變形逐漸趨于穩(wěn)定。從側(cè)移的深度來(lái)看，地基在較大深度范圍內(nèi)均有較大的側(cè)向位移，這主要是因?yàn)闇y(cè)斜儀監(jiān)測(cè)的19 m深度范圍內(nèi)的地基土都是淤泥，天然的淤泥層在上部荷載的作用下側(cè)向位移的影響深度較大，但隨著預(yù)壓時(shí)間的增長(zhǎng)，不同深度處的側(cè)移速率均逐漸收斂，說(shuō)明真空?堆載預(yù)壓法能夠從較大深度范圍內(nèi)改善地基的性能。

圖11 真空?堆載期典型測(cè)點(diǎn)不同預(yù)壓天數(shù)的側(cè)向位移曲線

4.3 “預(yù)應(yīng)力管樁+土工格室”復(fù)合地基承載力

“預(yù)應(yīng)力管樁+土工格室加筋墊層”施工結(jié)束后，采用平板載荷試驗(yàn)對(duì)復(fù)合地基豎向抗壓承載力進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表2所示。結(jié)果顯示：所測(cè)5個(gè)點(diǎn)的豎向承載力檢測(cè)值達(dá)到試驗(yàn)荷載300 kPa時(shí)，荷載~沉降曲線均近似為線性，表明仍處在線性加載階段；且最終沉降最大為12.11 mm，最小僅4.00 mm，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)要求的工后沉降200 mm；卸荷回彈率也均大于35%。可保守得出最大試驗(yàn)荷載300 kPa為比例界限荷載，承載力達(dá)到設(shè)計(jì)方案中要求的料條區(qū)地基承載力特征值250 kPa?？紤]到堆載1 200 kN時(shí)堆荷已很大，不再進(jìn)一步堆載至荷載~沉降曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)的破壞階段?！邦A(yù)應(yīng)力管樁+土工格室”復(fù)合地基與“真空?堆載(水池)聯(lián)合預(yù)壓”后的地基承載力特征值(115 kPa)相比至少提升了1.6倍。說(shuō)明采用“預(yù)應(yīng)力管樁+土工格室加筋土”的處治方法能夠顯著提高軟土地基的承載力，滿足實(shí)際工程的需要。

表2 平板載荷試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果匯總

4.4 堆料期地基沉降分析

工程竣工后，為了保證原料廠的安全工作且減少對(duì)臨近區(qū)域產(chǎn)生的不良影響，故在料場(chǎng)堆料期間對(duì)3個(gè)料條區(qū)進(jìn)行了后期沉降監(jiān)測(cè)，以及時(shí)掌握地基處理效果及周圍環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化。圖12為3個(gè)料條區(qū)內(nèi)不同測(cè)點(diǎn)在堆料期間的累計(jì)沉降隨時(shí)間的變化曲線，測(cè)點(diǎn)分布如圖9所示。從沉降發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，所有測(cè)點(diǎn)在堆載之前的沉降基本保持不變，隨著堆載的進(jìn)行，各測(cè)點(diǎn)的沉降量均有所增加，且堆載的荷載水平越大，沉降增大的速率越快，但是隨著荷載水平的逐漸穩(wěn)定，各測(cè)點(diǎn)的沉降速率均表現(xiàn)出明顯的收斂趨勢(shì)，說(shuō)明該處治方式能夠保證軟土地基在不均勻堆載作用下的穩(wěn)定性。從不同區(qū)域之間的累計(jì)沉降水平來(lái)看，1，2和33個(gè)料條區(qū)在堆載期間的最大沉降量分別為22.90 mm(測(cè)點(diǎn)5，距離料條區(qū)1左邊緣60 m)，50.30 mm(測(cè)點(diǎn)17，距離料條區(qū)2右邊緣60 m)，69.90(測(cè)點(diǎn)25，距離料條區(qū)3左邊緣120 m)，總體沉降量均在容許的范圍內(nèi)。比較相鄰料條區(qū)在同一直線上2測(cè)點(diǎn)之間的沉降差，料條區(qū)2(測(cè)點(diǎn)17)與1(測(cè)點(diǎn)7)在同一直線上的最大差異沉降量為31.4 mm，料條區(qū)3(測(cè)點(diǎn)24)與2(測(cè)點(diǎn)14)之間在同一直線上的最大差異沉降量為30.9 mm。根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007—2011)中規(guī)定：工業(yè)與民用建筑相鄰樁基的沉降差容許指為0.0010.001×42 000=42 mm(為相鄰樁基之間的距離(mm))，由此可得：相鄰料條區(qū)的沉降差均小于規(guī)范規(guī)定值，此外，區(qū)域間的差異沉降與荷載水平和堆載速率有關(guān)，由圖12可知，料條區(qū)3開(kāi)始堆載的時(shí)間較晚，堆載速率快，初期堆載的荷載水平高，因此可能導(dǎo)致其在堆載后沉降速率較大，累計(jì)沉降量相對(duì)較大；料條區(qū)2雖然堆載的荷載水平不高，但因其同時(shí)受到左右兩側(cè)料條區(qū)較高荷載水平的影響，因此產(chǎn)生的累計(jì)沉降量也相對(duì)偏大；料條區(qū)1的沉降發(fā)展趨勢(shì)總體穩(wěn)定。因此可以看出采用土工格室加筋墊層能夠?qū)浕诓痪鶆蚨演d作用下產(chǎn)生的不均勻沉降起到一定的緩解作用。

圖12 堆料期不同測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降的時(shí)程變化曲線

4.5 側(cè)向位移

堆料期間，工程人員對(duì)料場(chǎng)不同測(cè)點(diǎn)處的地基側(cè)向位移進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示：最大的側(cè)向位移出現(xiàn)在測(cè)點(diǎn)3，為10.79 mm。圖13為3個(gè)典型測(cè)點(diǎn)3，8和13不同深度處的側(cè)向位移在不同時(shí)間的變化曲線，由圖13可以看出：側(cè)向位移曲線在8 m處有明顯轉(zhuǎn)折，8 m以下側(cè)向位移較小，8 m以上側(cè)向位移較大，說(shuō)明地基側(cè)向位移主要發(fā)生在軟弱的淤泥層中部至地面范圍。側(cè)向位移主要發(fā)生在堆料期間，但隨著堆料時(shí)間的增長(zhǎng)以及堆料荷載的穩(wěn)定，側(cè)移速率很快趨向收斂，累計(jì)側(cè)移量逐漸趨于穩(wěn)定，基本在5 mm左右，這主要是因?yàn)橥凉じ袷壹咏顗|層的應(yīng)力擴(kuò)散效應(yīng)以及柔性筏板效應(yīng)，使得樁間土承擔(dān)的荷載較小，土體不易被壓縮。且土工格室加筋墊層和預(yù)應(yīng)力管樁復(fù)合地基都對(duì)土體側(cè)向位移起到了較大的限制作用。因此，“預(yù)應(yīng)力管樁+土工格室加筋墊層”的處理方法對(duì)于抑制地基土體在不均勻堆載作用下的側(cè)向位移效果顯著。

圖13 典型測(cè)點(diǎn)在不同深度處側(cè)向位移的時(shí)程變化曲線

5 結(jié)論

1) 針對(duì)深厚軟土地區(qū)重載不均勻堆場(chǎng)，綜合考慮剛性樁復(fù)合地基和樁筏基礎(chǔ)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，提出“真空?堆載預(yù)壓聯(lián)合預(yù)應(yīng)力管樁?土工格室”的地基處理方案，其中樁與土工格室復(fù)合地基具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、承載能力高、穩(wěn)定性能好等特點(diǎn)，克服了現(xiàn)有單一技術(shù)的不足。

2) 真空?堆載聯(lián)合預(yù)壓技術(shù)能夠加快天然地基的排水固結(jié)速率，增大地基的固結(jié)度，提高天然地基的整體承載力，為高含水率軟土地基采用預(yù)應(yīng)力管樁和土工格室加筋墊層的施工加固創(chuàng)造了良好的條件。

3) 采用“預(yù)應(yīng)力管樁+土工格室加筋墊層”的處治方法，能有效地將地基的工后沉降量和相鄰樁基的差異沉降控制在規(guī)定范圍內(nèi)；土工格室加筋墊層的應(yīng)力擴(kuò)散效應(yīng)和側(cè)向約束效應(yīng)能夠降低地基頂面的應(yīng)力水平，約束地基土體的側(cè)向位移，使得復(fù)合地基最大側(cè)向位移僅為10.79 mm，并加快側(cè)移速率的收斂。

4) 真空?堆載聯(lián)合預(yù)壓可以使天然深厚軟基的承載力提升1.56倍；“預(yù)應(yīng)力管樁+土工格室加筋墊層”的處理方法能夠使地基的承載力提高至少1.6倍，2種處理方法綜合作用保證了復(fù)合地基大面積不均勻堆載作用下的穩(wěn)定性。

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Mechanism and application of vacuum-surcharge preloading combined with prestressed pipe pile-geocell in deep soft foundation treatment of storage yard

CHEN Weijia1, LIU Weizheng2, LIN Zhenyu3

(1. Zhuhai Communications Group Co., Ltd, Zhuhai 519000, China;2. School of Civil Engineering, Central South University, Changsha 410075, China; 3. Guangdong Geological Engineering Company, Guangzhou 510000, China)

A deep soft soil foundation treatment project of a storage yard in Zhuhai, China was studied. Traditional foundation treatment countermeasures cannot meet the requirements of this storage yard project, such as high bearing capacity and stability, high-standard post-construction settlement and differential settlement control, and rapid, efficient and cost-effective treatment of wide areas. A comprehensive solution was thus proposed where the vacuum-surcharge was used to preload the entire yard foundation, and the prestressed pipe piles in combination with geocell reinforcement were then used to treat the sacking areas and geogrid reinforcement to treat the stacker and reclaimer areas. The strengthening mechanism of this comprehensive treatment technology was investigated. It is found that the soil arching effect of reinforced soils on the top of pipe piles can effectively transfer the stress, and that the geocell reinforcement plays a role in restraining the pipe piles horizontally, coordinating the uneven settlements, and producing a remarked effect of flexible raft slabs in pile-raft foundation. Then the treatment performance was analyzed by using in-situ monitoring data of bearing capacity, settlement, and lateral displacement responses. The field data indicate that the solution of vacuum-surcharge preloading combined with prestressed pipe pile-geocell can greatly improve the bearing capacity of soft foundation, control the horizontal displacement of soft foundation and reduce differential settlement of soft foundation. Therefore, the engineering problems of excessive settlement and instability of the storage yard in soft foundation were solved effectively. The results could provide technical reference and guidance for similar projects in deep soft foundation treatment.

deep and soft soil; large storage yard; pipe pile-geocell composite foundation; vacuum-surcharge preloading; treatment performance

10.19713/j.cnki.43?1423/u.T20200114

TU470

A

1672 ? 7029(2020)07 ? 1699 ? 11

2020?02?14

珠海交通集團(tuán)有限公司科技研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃資助項(xiàng)目(JT-KT202001)；湖南省自然科學(xué)基金面上資助項(xiàng)目(2019JJ40344)

劉維正(1982?)，男，湖南邵陽(yáng)人，副教授，博士，從事特殊土路基穩(wěn)定與加固研究；E?mail：liuwz2011@csu.edu.cn

(編輯 蔣學(xué)東)