排水板吹填陆域软基变形监测分析

2017-07-05江浩

福建交通科技 2017年3期

关键词：陆域排水板深层

排水板吹填陆域软基变形监测分析

江浩
（福建省交通科学技术研究所，福州，350004）

以宁德航标站吹填陆域软基工程为背景，对加固地基的表层沉降、土体分层沉降、深层水平位移进行动态监测。结果表明，塑料排水板堆载预压法在软土地基处理中加固效果较好，能有效控制吹填陆域的工后沉降和施工工期。

吹填陆域加固地基沉降水平位移塑料排水板

1 引言

近年来，随着港口建设的迅速发展，大量陆域需在软土地基上形成。软土一般具有天然强度低、压缩性高、透水性差、固结沉降时间长等特点，未经处理时地基承载力和沉降一般难以满足设计及规范要求[1]。目前，较为成熟的软基处理方法有三类[2]：垫层与浅层置换法（换填法），竖向排水结合预压的排水固结法（砂井、塑料排水板等），复合地基加固法（石灰桩法、强夯法、振冲法等）。

塑料排水板堆载预压法与其他软基处理方法相比具有施工简便、造价低等特点，在软基加固处理中效果显著，适用于大面积软基工程。该法通过打设排水板形成竖向通道，缩短排水距离，加快地基固结；在表层铺设砂垫层作为横向排水通道，在垫层上部堆载以增加土中附加应力，使土中孔隙水排出，孔隙体积减小，有效应力增加，土体抗剪强度提高，工后沉降大大降低，从而达到加固软土地基的目的[3]。

本文结合宁德航标站软土地基工程实例，基于现场实时变形监测数据，对塑料排水板堆载预压法处理软基的效果进行分析。

2 工程概况

上海海事局福州航标处宁德航标站建设工程位于福安市湾坞乡赛江东岸的马头船厂上游，工程新建1000吨级航标工作船泊位1个，码头由30m×16m的作业平台和40m×9m的趸船构成，引桥长257m。陆域总面积8666m2，陆域建设业务用房、灯浮标堆场、保养车间、航标器材仓库，辅助配套设施。

3 地质情况

根据钻孔揭露，分析场地岩土体成因，将各岩土体自上而下分述为：

淤泥①：深灰，流塑，饱和，污手，具腐臭味，断续见贝壳细片及少量腐叶，摇振反应较慢，切面光滑，干强度及韧性中等。为高灵敏性，高压缩性软土，层间偶夹薄层状粉细砂，均匀性差，局部相变为淤泥质土。场内各孔均有揭露，揭示厚度5.20～15.50m。

淤泥质土②：灰色，软塑，饱和，污手，摇振反应慢，切面较光滑，干强度及韧性中等，含腐植质，具腐臭味，含少量贝壳细片，局部含粉细砂，不均匀，为高压缩性软土。场内各孔均有揭露，揭示厚度11.50～18.90m。

粉质粘土③：浅黄色，软塑，用手捻摸稍有滑感，刀切面较光滑，无摇振反应，干强度较高，韧性中等。除K1、K3、K6、K10、K11孔外，其它各孔均有揭露，揭示厚度1.70～3.20m。

粉砂④：浅黄色，灰色，饱和，稍密为主，局部松散或中密，主要成份为石英颗粒，呈棱角状，粉、粘粒含量平均值约46%，＞0.25mm颗粒含量约20%～30%，级配较差，上部含泥量较高，局部相变为粉土，该层中下部局部含有少量砾卵石。均匀性差，场内各孔均有揭露，揭示厚度0.80～3.80m。

卵石⑤：黄褐色，饱和，中密-密实状。大于20mm颗粒含量约75%～85%，粒径以80～150mm为主，个别见300mm漂石，呈次圆状，成份主要为火山岩等，表面呈中-微风化状，较坚硬，级配一般，粒间以砂砾及泥质充填。场内各孔均有揭露，最大揭示厚度18.80m。

鉴于现场地质条件较差，淤泥层厚度较大，地基处理设计采用塑料排水板堆载预压法。先在淤泥地基表面铺排中粗砂垫层，打排水板形成排水通道，利用堤身堆载加快排水固结，提高地基土强度，待排水板插打完成后，在砂垫层上面铺设土工格栅保持上部结构的整体性，再进行抛石或回填砂；围堤堤身采用抛填堤心石，堤身上部挡土墙为现浇钢筋混凝土结构。

4 监测内容及数据分析

4.1 监测内容

为保证软基处理在施工期及使用期间的整体安全和稳定，需要在施工期和使用期对地基沉降和侧向位移等进行长时间、连续的现场技术监测和分析工作，以指导现场施工和优化设计，反馈和验证设计参数取值，提供质量检测和隐蔽验收数据，保证施工进程和质量，为制定、执行有关施工专项方案和调整设计提供详实的数据和技术支持，同时配合和支持工程竣工验收、工程投资后评价等工作。

各监测工作的内容和意义分述如下：

4.1.1 表层沉降观测

通过表层沉降观测可以监测软土层在堆载作用下的沉降量及其随时间的发展过程。一方面可用来评价加载速率的安全合理性，防止因加载速率过快而导致的软基失稳，另一方面可通过对观测结果的分析，计算出软基的实际固结度，推算出地基工后沉降值以及确定合理的卸载时间。沉降观测成果还可以作为填方工程施工决算的重要依据之一。

4.1.2 分层沉降观测

通过监测中不同层面的沉降随时间的发展过程，推算不同深度范围内的压缩量以及固结度随深度的变化情况，分析堆载预压效果。

4.1.3 深层位移观测

根据监测的土体深层位移速率提供合理的加载速率、分析软基整体稳定性，指导堆载预压施工。

现场软基变形原位监测典型断面如图1所示。

图1 典型断面监测示意图

4.2 数据分析

4.2.1 表层沉降

沉降标主要由底板、测杆组成，基本结构如图2所示。沉降板埋置于砂垫层之上，并在塑料排水板打设完成之前埋设完成。

本工程布置沉降板23个，于2015年4月25日开始正常采集数据，典型沉降盘累计沉降~时间曲线如图3。可以看出，累计沉降最大点为沉降板S11位置，累计沉降值为1351.2mm。S2、S3、S12、S21沉降板至2015年10月9日以后累计沉降变形增加很小，沉降速率约为1.3mm/ d，表明此处的地基变形趋于稳定；此时，S17的沉降速率最大为8.8mm/d，累计沉降量变化明显，应注意控制此处的堆载。

图2 沉降标示意图

图3 各个沉降盘累计沉降-时间曲线图

4.2.2 分层沉降

本工程布置了两组分层沉降监测仪器，根据实际地质情况，分层沉降T1布置8个磁环，分层沉降T2布置9个磁环，磁环间距为3m，分层沉降曲线变化见图4、图5。可以看出，在从地表算起，两个分层管都是第一磁环的位置分层沉降量最大，随深度增加磁环沉降量变小，T1-1累计沉降量为288.8mm，T2-1累计沉降量为573.5mm。T1分层沉降压缩量深度6.3~9.3土层最大，压缩量为125.0mm，T2分层沉降压缩量深度3.9~6.9土层最大，压缩量为207.0mm，通过分层沉降曲线可见，在陆域堆载形成过程中，从2015年10月12日开始，随着堆载的不断上升表现出较大的变形速率，随后压缩沉降速率有所减小，沉降速率明显收敛，开始出现缓慢的变化趋势，整体显示两处分层沉降位置沉降压缩效果明显。

4.2.3 深层水平位移

软土地基在失稳破坏前存在很大的塑性变形，地基内部某些点受剪达到极限破坏状态，产生很大剪切变形（水平位移），周围点相继破坏，最后延伸至表面。因此，软基内部水平位移能指示出土体的剪切变形状态，判断地基内部是否发生破坏。

按照监测方案，本工程布置两组深层水平位移监测管，CX1测斜管从2015年6月1日开始监测，CX2测斜管从2015年6月9日开始监测。深层水平位移变化曲线如图6、图7所示，所测位移正值为海侧方向。

可以看出，CX1测斜管最大水平位移为135.68mm，倾斜度（水平位移/测量深度）为0.45%，位于深度1.0m处；CX2测斜管最大水平位移为96.92mm，倾斜度为0.32%，位于深度8.5m处；CX1和CX2测斜管监测结果显示从2016年1月8日后，整体水平位移较小，地基较为稳定，无滑移趋势。