真空堆载预压法下饱和淤泥质土的实际固结时间分析

2012-11-14卢书强徐平波

土木与环境工程学报 2012年2期

卢书强，徐平波

（三峡大学土木与建筑学院，湖北宜昌 443002）

20世纪八十年代中国开始把真空－堆载预压[1]作为国家科技攻关项目，通过试验得出真空预压的加固机理[2，3]是通过降低土体中孔隙水压力，也就是使加固区内（真空膜所覆盖区域）形成负的超静孔隙水压力，使加固区内部与地基表层存在水头差，形成渗流所需要的水力梯度。堆载预压是由于堆载产生正的超静孔隙水压力，土的有效应力不变，堆载应力全部由孔隙水承担，与排水边界形成一个水势差，使土体中产生一个向排水边界的渗流场[4]，通过排水使得孔压消散达到土体固结，强度得到提高。真空联合堆载预压法通过抽真空同时进行堆载的方法，二者联合作用，使得土体与排水边界间的孔隙水压力的压差增大，即增加水头差，从而提高土体内孔隙水的渗透速率，使孔隙水压力消散更快，加快土体固结速率，提高加固效果。真空堆载联合预压的有效应力为真空预压引起的有效应力与堆载预压引起的有效应力的线性叠加。而真空预压所产生的负压会“中和”堆载预压所产生的侧向挤压力，不会使加固地基因侧向变形过大而产生失稳问题。简言之，土体压缩固结取决于土中有效应力的变化，而有效应力的变化取决于土中静水压力的变化，土中静水压力的变化取决于土体排水的快慢，它是时间的函数。而这个时间从实际上来说，跨度是比较长的，并不是理论上所说的3月左右。时间的长短与加固地基淤泥质土层的厚度有很明显的联系。

1 固结度计算法

从加固土层特性以及实际工程应用两方面考虑，主要采用指数曲线配合法和Asaoka法这两种经验公式来计算固结度，采用的主要指标就是地基沉降量和时间。

1.1 指数曲线配合法

真空－堆载预压法下的地基沉降是由地基土层三向压缩固结引起的，其沉降由瞬时沉降、主固结沉降和次固结沉降三部份构成。固结过程通常指主固结过程，指数曲线配合法正是按主固结的理论解求出的，它的计算过程没有考虑次固结沉降。由排水条件下土层平均固结度的理论解为：

Ut为固结度，α、β为与沉降量St有关的待定参数。在时间沉降曲线上取恒载时期的三点沉降量S1、S2、S3，且t3＝t2，t2＝t1。根据传统固结度Ut＝St／S∞可得最终沉降量：

此法在原理上遵循了太沙基固结理论，但是在实际应用中要求实测沉降曲线在拟合后处于收敛阶段才有意义，由于应力和应变关系是非线性的，所以线性化的假定会产生一定误差，因此在预估沉降量时与起始时间t0以及Δt的选择有直接关系。

1.2 Asaoka法

Asaoka法也叫做浅岗法[5]，是Asaoka提出的一种以等时间间隔所对应的沉降量来计算最终沉降的方法：

假设

计算步骤：

1）按等时间间隔（Δt、2Δt、3Δt...）读取所对应点的沉降量（S1、S2、S3…）；

2）作出Si－Si－1曲线；

3）通过线性回归得出β0、β1（tanθ）；

4）描出Si－Si－1曲线（沉降完成），找出沉降焦点；

此法在实际运用中也是主要考虑主固结沉降而忽略了次固结沉降。

2 工程实例分析

该工程地处珠海横琴岛，场地内揭露土层主要有：人工成因耕植土；第四纪滨海相沉积土层，主要由软弱土组成；冲洪积形成的土层，主要由粘性土及砂土组成；残积成因的砂质粘性土或砾质粘性土；其基岩为燕山期花岗岩。土层性质为饱和淤泥质土，呈流塑状，厚度由10.5～45.3m。表层有50公分厚的新近吹填土。监测区域有多个，我们选取其中一个淤泥质土层厚度大约为35m的区域监测指标进行分析：