浅层平板载荷试验在河湖疏浚土处理工程中的应用

2018-10-08沈文强汤德意

浙江水利科技 2018年5期

沈文强，汤德意，沈杰

（1.浙江省嘉善县太浦河管理所，浙江嘉善 314100；2.浙江广川工程咨询有限公司，浙江杭州 310020；3.杭州市地铁集团有限公司，浙江杭州 310003）

1 问题的提出

近几年，为改善水环境、提高防洪排涝能力，浙江省实施大量的河湖疏浚工程。河湖疏浚期间会产生大量的高含水率软黏土，因此需要对疏浚底泥进行快速妥善处理。淤泥快速处置是一种可以将高含水率淤泥在短时间内进行泥水分离的技术[1]，真空预压法造价较低、设备简单，是常用的淤泥处置方法之一。但是抽真空过程中一些细小颗粒在负压作用下可能会发生径向移动导致排水板周围局部淤堵，从而影响真空预压的处理效果[2-4]，因此需要通过检测来判断疏浚土经真空预压处理后的地基承载力是否满足设计指标要求。地基承载力检测的方法一般包括室内土工试验、十字板强度测试、浅层平板载荷试验等[5]。室内土工试验法需要大量的土力学参数且计算公式复杂，结果易受土力学指标试验的影响；十字板强度测试法则适用于易受扰动的软黏土；而浅层平板载荷试验法操作简易便捷，数据基本可靠，较适用于河湖疏浚土地基处理等后期开发要求不高的地基承载力检测。

2 工程概况

某湖漾清淤排泥场淤泥固化工程2#排泥场共划分为9个区块，吹填区总面积11.34万m2，吹填土平均厚度4.15 m，吹填土主要物理力学指标及颗粒组成见表1。地基处理采用无砂垫层真空预压法，加固范围为吹填土表面至原涂面以下0.50 m，软基处理卸载5 d后采用浅层平板载荷试验进行地基承载力检测。

表1 吹填土物理力学指标及颗粒组成表

3 检测要求

3.1 评价标准

真空预压处理范围内表层地基承载力特征值不小于50.0 kPa，且同时满足以下要求：

（1）统计值不小于设计要求；

（2）合格率不少于统计值的70.0%；

（3）保证率不小于设计要求的70.0%数量且不少于统计值的95.0%；

（4）统计值、合格率、保证率中任意一项不满足要求为不合格。

3.2 浅层平板载荷试验

浅层平板载荷试验法是将一定尺寸和几何形状（圆形或方形）的刚性承压板安放在待检测的地基持力层上，逐级增加荷载，并测得每一级荷载下的稳定沉降，直至达到地基破坏标准为止，由此可得到荷载（Q）与沉降（S）的曲线[6]。该工程中采用正方形承压板，面积0.5 m2，且由水箱、钢梁平台等组成压重平台反力装置，通过放在试点与反力装置间的1只300 kN的油压千斤顶对检测地基加载，千斤顶的压力由压力传感器控制。地基沉降变形测量系统由基准梁、百分表、磁性表座等组成。基准梁支点埋设在加载影响区之外，在基准梁上安放磁性表座，在承压板上对称安装3 ～ 4只量程为50.00 mm百分表，观测试验过程中的地基下沉变形量。

浅层平板载荷试验过程中，当出现下面情况之一，试验可终止。①当承压板四周的土明显侧向挤出时； ②本级载荷的沉降量急剧增大，大于上一级载荷沉降量的5倍，即Q — S曲线出现明显的陡降段；③当某级载荷24 h都不满足稳定标准时；④当总沉降量与承压板直径(或边长)之比s/b＞0.060时。平板载荷试验工艺见图1。

图1 平板载荷试验工艺图

根据浅层平板载荷试验规范及检测要求，地基承载力的确定方法如下：

（1）当Q — S曲线呈缓和曲线或近似直线变化时，地基承载力取s/b = 0.015的对应荷载和最大加载量的1/2对应的荷载中的小值；

（2）当Q — S曲线出现明显的陡降点时，取陡降点的前一级荷载作为极限承载力，地基承载力特征值为极限承载力的1/2。

排泥场内共布置检测点9个（ZB2 - 1 ～ ZB2 - 9），检测点平面布置见图2，各个检测点在试验过程中测得的荷载（Q）与沉降（S）曲线见图3。由图3可知，ZB2 - 1和ZB2 - 2的Q — S曲线呈缓和曲线变化，没有出现明显的陡降段，地基承载力取s/b = 0.015的对应荷载和最大加载量的1/2对应的荷载两者中的小值；ZB2 - 3 ～ ZB2 - 7和ZB2 - 9的Q — S曲线近似呈直线变化，也没有出现明显的陡降段，地基承载力取s/b = 0.015的对应荷载和最大加载量的1/2对应的荷载两者中的小值；而ZB2 - 8试验点在荷载为44 kN时，沉降突然增加，沉降持续增加且不能稳定，地基已经发生破坏，Q — S曲线有明显的陡降点，取前一级荷载作为极限承载力，地基极限承载力为76.0 kPa，地基承载力特征值为38.0 kPa，相应沉降量7.69 mm。

图2 2#排泥场分区及载荷板试验点布置图

9个检测点（ZB2 - 1 ～ ZB2 - 9）的浅层平板载荷试验数据见表2。根据评价标准，表2中9点浅层平板载荷试验，其中7点合格，2点不合格；不小于设计承载力特征值50.0 kPa的比例为77.8%，满足地基承载力特征值不小于统计值70.0%的合格率要求；不小于设计承载力特征值50.0 kPa的70.0%（即35.0 kPa）的比例为100.0%，满足地基承载力特征值不小于设计要求的70.0%的数量且不少于统计值的95.0%保证率要求，符合地基承载力设计评价标准。