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        深厚軟土地基工后沉降的影響及控制措施

        2023-11-11 06:05:18何宗明
        中國建筑裝飾裝修 2023年20期
        關鍵詞:分析施工

        何宗明

        在珠三角地區(qū),因軟土地基處理設計、施工、監(jiān)管等原因引起的工后沉降過大的事件越來越常見,研究深厚軟土地基工后沉降的影響因素和控制措施具有重要的意義[1]。本文以珠海市的某住宅項目為背景,開展對深厚軟土地基工后沉降的計算分析,并結(jié)合問題提出建議。

        1 插板排水固結(jié)加載預壓處理方法概述

        排水固結(jié)法又稱插板排水固結(jié)加載預壓法,是基于太沙基固結(jié)理論發(fā)展而來的一種軟粘土處理方法,其基本思路是在軟土層中設置排水通道,縮短軟土孔隙水的排出路徑,進而大大減小軟基的處理工期[2]。

        最初的排水通道是在軟土層中設置砂井,讓土體孔隙水通過豎向的排水通道排出,從而達到加固軟土的目的。這種方法還需要施加適當荷載。常用的加載方法有真空荷載、堆土荷載、水荷載、降水加載等,或者是這些加載方法的組合[3]。

        插板排水固結(jié)加載預壓法有完善的理論基礎,施工工藝比較成熟,工程造價比較低,且在珠三角地區(qū)得到廣泛應用。本文結(jié)合該方法和實際案例進行深入分析。

        2 珠海某住宅樓工后沉降調(diào)查分析

        2.1 項目軟土層分布情況

        人工填土:層厚1.00 ~6.10 m,層頂埋深0 m,層頂高程0.51~3.07 m。

        淤 泥:層 厚23.10 ~43.00 m,層 頂 埋 深1.00 ~6.10 m, 層 頂 高程-4.09 ~0.04 m。

        淤 泥 質(zhì) 粘 土: 層 厚3.80 ~11.20 m,層頂埋深36.00 ~49.70 m,層頂高程-47.95 ~-34.64 m。

        粗 砂: 層 厚5.20 ~7.90 m,層頂埋深40.90 ~46.90 m,層頂高程-45.60 ~38.83 m[4]。

        2.2 軟弱土層物理力學性質(zhì)

        主要軟弱土層物理力學的指標如表1 所示。從表1 可知,本項目的軟粘土含水量高、壓縮性大、抗剪強度低、滲透性低,易出現(xiàn)基坑開挖破壞、樁基偏移、工后沉降較大及差異沉降等工程問題。

        表1 主要的軟弱土層物理力學指標

        2.3 現(xiàn)場實測工后沉降

        項目分為一期和二期2 個區(qū),軟基均采用插板排水固結(jié)真空聯(lián)合堆載法處理,竣工至今已有5 ~7 a?,F(xiàn)場典型位置工后沉降量如表2 所示?,F(xiàn)場調(diào)查表明,竣工至今大部分地面已發(fā)生很大工后沉降,達200 ~750 mm并已導致較嚴重的管線開裂、散水和門前階梯下沉開裂、樓板下地面懸空等不良現(xiàn)象,給住戶和商戶的生活和經(jīng)營帶來很多不便[5]。二期的工后沉降比一期小,為200 ~360 mm,沒有出現(xiàn)明顯的地面下沉、管線開裂。

        表2 現(xiàn)場典型位置工后沉降量

        2.4 工后沉降分析

        2.4.1 基本條件

        地面標高:現(xiàn)狀標高1.1 m,規(guī)劃標高4.2 m?,F(xiàn)狀土層:回填土層1.7 m,淤泥層30.4 m。使用期間荷載:69.2 kPa。

        2.4.2 不處理的工后沉降

        若項目不處理軟基,直接填土至規(guī)劃標高面,在使用荷載作用下,軟基的總固結(jié)沉降量為2302 mm,30 a的次固結(jié)沉降約260 mm。在1 a 內(nèi),軟基的沉降量可達236 mm;在5、10和20 a 的沉降量分別為650、921 和1283 mm。若不對該場地軟基進行處理,在使用荷載作用下,軟基的平均固結(jié)度要達到60%需要34 a,要達到90%需要103 a。沉降分析結(jié)果如表3和圖1 所示。

        圖1 不作軟基處理的沉降曲線(來源:作者自繪)

        表3 不作軟基處理的沉降分析結(jié)果

        由此可見,對于深厚軟弱土層,若不進行適當?shù)奶幚?,將會給上部的建構(gòu)筑物帶來很大的工后沉降和差異沉降,嚴重影響其正常使用[6]。

        2.5 按設計要求處理后的工后沉降

        設計參數(shù):排水板間距0.7 m、入土深度28 m,排水板底以下仍然有約4.1 m 厚的淤泥;施工荷載143 kPa,其中真空荷載為80 kPa;滿載預壓時間為75 d,有排水板處理范圍的軟土層平均固結(jié)度為90%。分析結(jié)果表明,在施工荷載143 kPa 作用下,軟基處理施工期間沉降量可達2400 mm 以上。使用期間的荷載為69 kPa,有排水板處理范圍的軟土層屬超固結(jié)狀態(tài),主固結(jié)沉降已全部完成,后續(xù)還有次固結(jié)沉降;無排水板處理的范圍,則還有主固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降。軟基處理完工后,約還需1 a 完成上部結(jié)構(gòu)和場地地面施工,在建筑物竣工后5、7、10、20 和30 a 的工后沉降分別為197、224、249、289 及312 mm。

        若軟土層厚度小于26.4 m,即排水板可打穿軟土層,則建筑物竣工后5、7、10、20 及30 a 的工后沉降分別控制在90、109、129、168 及191 mm之內(nèi)。沉降分析結(jié)果如圖2和表4所示。

        圖2 軟基處理的沉降曲線(來源:作者自繪)

        表4 軟基處理后的沉降分析結(jié)果

        2.6 工后沉降原因分析

        項目竣工后,據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果,地面已發(fā)生較大工后沉降。一期場地的工后沉降為500 ~750 mm,二期場地的工后沉降為200 ~350 mm。

        項目軟基處理的實際工后沉降比不做軟基處理的計算工后沉降小,說明軟基處理產(chǎn)生了積極效果。對照按設計條件進行軟基處理的工后沉降分析結(jié)果可知,一期大部分場地的實際工后沉降明顯偏大,二期實際工后沉降與計算值基本相符。

        對照上述分析,可以采用插板排水固結(jié)真空預壓聯(lián)合堆載預壓方案進行處理可以達到較好的預期效果。而對于大部分場地,軟基處理后的工后沉降仍然較大,其影響因素很多,較為主要影響因素有以下3 點:第1,軟土層很厚,排水板難以打穿軟土層;第2,施工期間的排水系統(tǒng)沒有達到相應的效果,如排水板的深度不夠、排水板的通水能力不夠、水平排水系統(tǒng)效果未能達到設計要求;第3,因為滿載預壓的時間不夠,軟土層的固結(jié)度未達到設計要求。

        3 軟基處理工后沉降的相關控制措施

        控制措施具體為:第1,采用排水固結(jié)法處理軟基,排水板應盡可能打穿軟土層,以確保完成軟土層范圍的主固結(jié)沉降。施工中可采用材料總量控制、標記刻度、埋設金屬絲、安裝施工記錄儀等方式監(jiān)控排水板的實際深度。第2,保證軟基處理密封效果,若發(fā)現(xiàn)密封膜有漏氣點應及時補漏。嚴格控制粘土密封墻的滲透性、泥漿比重,長度和寬度應足夠,并有效隔斷軟土層上部滲透性較好的土層,形成密封閉環(huán)。第3,抽真空環(huán)節(jié),選擇高效節(jié)能的真空泵。在排水固結(jié)真空預壓法中有2 大類真空泵―射流泵和水氣分離泵。水氣分離泵能耗不到射流泵的50%,且單泵預壓面積是射流泵的5 ~10 倍。因此,在真空預壓施工中,盡量采用水氣分離泵,保證真空泵的開泵率,避免施工過程中出現(xiàn)荷載不足的情況。第4,在真空荷載穩(wěn)定且恒載后方可填筑堆載土,避免填料中摻入較大石塊等堅硬堆載料,防止堆載料砸破或刺破密封膜。土方水平分層填筑并碾壓密實,減少新填土范圍的工后沉降和差異沉降。第5,預留足夠的沉降量。計算時除了考慮軟基施工期間的沉降量,還應考慮地面結(jié)構(gòu)層施工至驗收階段的沉降量,以便在施工階段以最大荷載進行軟基處理,減少工后沉降。第6,施工過程應進行科學有效的監(jiān)測,完整記錄真空荷載、地表沉降、孔隙水壓力等內(nèi)容,以便及時發(fā)現(xiàn)問題并采取補救措施。第7,根據(jù)實測的地表沉降結(jié)果判斷軟基處理效果,在確定其滿足設計要求后,再卸除真空荷載。宜采用多指標控制,如固結(jié)度>90%,或者連續(xù)10 d 沉降速率<5 mm/d,當軟基處理效果達到要求時,可以卸載。

        4 結(jié)語

        對于珠海地區(qū)的深厚軟土地基,若不進行適當?shù)募庸烫幚恚鋱龅貙a(chǎn)生很大的工后沉降。對于局部區(qū)域需要較高的承載力或者對工后沉降要求非常嚴格的情況,可以根據(jù)具體要求對該區(qū)域進行二次處理。在項目投入使用后,建議設置若干測點繼續(xù)測量一段時間,利用這些數(shù)據(jù)推算該區(qū)域后續(xù)的沉降情況,為后續(xù)開展維修工作提供依據(jù)。

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