广州南沙新区明珠湾区起步区二期（横沥岛尖）海岸及滨海景观带建设工程软基加固及沉降监测分析

高志伟 广东省水利电力勘测设计研究院有限公司 广东科正水电与建筑工程质量检测有限公司

栗佳辉 广东红海人力资源有限公司

1.工程概况

1.1 工程地质及地基处理

软弱土在珠三角地区广泛分布，具有明显的孔隙比大、含水率高、压缩性高、承载力极低的特点。不良的工程特性带来地面沉降和不均匀变形等工程问题，在市政建设中将导致路堤开裂、路面出现过量的变形，影响市政工程的正常使用。工程位于珠江水系叉河地区，工程滨海景观带布置于护岸线至设计边线(市政道路边线)之间，全长1.064km，下卧土层有厚度5～40米不等的珠三角州相沉积软土，因此即使景观带上无建筑物，下卧土为欠固结软土也将产生很大变形，影响滨海景观和正常使用。因此，该场地必须要进行地基处理。

地基处理方案采用塑料排水板加堆载预压，堆载预压填筑高度为3.0m，预压180d。堆载填土在透水砂层基面完成后进行，按设计要求，基础面隐蔽验收后铺设土工布，铺第一层土，平整，压实。填筑施工时分9层填筑压实，其分层最大厚度与压实机具通过试验确定，分段分层填筑。

1.2 土样物理力学指标

经勘察取样至室内开展室内试验，得到土样的物理力学指标如表1所示。从中可以看出场地软土具有明显含水率大、灵敏度大、强度低、压缩性高等显著特点。土样的颗分试验及根据规范可知②-2和②-4软土为高液限黏土（CH）；②-3软土为高液限粉土（MH）。

表1 土的物理力学性质指标

2.现场沉降监测及室内次固结试验方案

2.1 现场沉降监测方案

根据项目设计要求及场地情况，滨海景观带软基处理B区的沉降监测分为地表沉降（沉降标）和深层分层沉降（沉降环），在加载初期每天观测1次，每级荷载施加完成前后需各观测1次，测值稳定后2～3天观测一次。堆载结束后依沉降速率情况，每月观测1～5次。

2.2 室内次固结试验方案

为对比分析现场监测沉降数据，以BX1+538断面为例对应开展一维压缩次固结试验，因堆载高度为3m，因此固结荷载仅加载到50kPa。取样深度为12m，为②-4淤泥质土。加载方案1：12.5kPa，荷载持续3天→25 kPa，荷载持续3天→50kPa，荷载持续90天。加载方案2：50kPa，荷载持续90天。

3.沉降数据分析

3.1 现场监测沉降数据变形分析

3.2.1 地表沉降监测成果分析

根据沉降板监测数据（图1），在第一级堆载期间，地表沉降速率最大，最大值可达到55.6mm/d，但堆载结束第4天开始速率减缓。由于初期堆载速率超过了设计控制标准值20mm/d，不利于地基的稳定，为了保证软基不发生滑动破坏，监测单位向监理、施工等单位提出预警，并采取有效措施（如放缓加载速率）。再之后的7级堆载中，每级加载初期的地表沉降速率有衰减趋势。分析原因有二，一是每一级加载是个荷载累积过程，沉降也进行累积，土体的最终沉降量是一定的，因此沉降速率势必会减缓；二是塑料排水板每经过一级加载沉降，或堵塞或弯曲变形，排水性能削弱，导致沉降速率减缓，建议可打二次塑料排水板。随着时间的推移，沉降逐渐收敛，约3个月后，沉降速率减缓到1mm/d～2mm/d。

图1 地表沉降曲线

3.2.2 深层分层沉降监测成果分析

在一根测斜管中布置沉降环8个。在堆载过程中，不同深度的沉降明显不一致，随着埋深越来越浅，沉降成指数增长（图2所示），说明堆载预压，越靠近地表处效果越显著，这有别与真空预压的作用效果。沉降环埋深越浅，沉降量越大并越接近沉降板所测的沉降；沉降环埋深越大，沉降量越小。本项目最大沉降环埋深为28m，总沉降约10mm。说明堆载预压沉降的作用深度约30m。

图2 同一时刻不同埋深处沉降环沉降量曲线

3.2 室内试验次固结变形数据分析

3.2.1 土样的e-lgt关系曲线

图3～4分别为方案1和方案2土样的e-lgt关系曲线。对这些试验曲线的分析可以得出：在初级荷载作用下，不论低应力水平（12.5kPa）还是高应力水平（50kPa）下，曲线都有较大曲率，主固结与次固结分界明显且初级荷载越大主次固结越明显；随着累加荷载的增加，主次固结的分界逐渐模糊。这与在现场监测中，在初级荷载加载下，变形速率很大，超过预警值，需在初期堆载时严格控制加载速率使沉降速率在设计控制标准值范围内相一致，初级加荷是容易发生软基滑动破坏的时期。

图3 方案1土样的e-lgt关系曲线

3.2.2 次固结系数分析

Buisman(1936年)认为，在次固结变形阶段，变形与时间对数之间基本呈线性关系，并在此基础上提出了次固结系数的概念。次固结系数可由土样的e-lgt关系曲线求得：

式中t1为相当于主固结达到100%的时间；t2为需要计算次固结的时间。

根据公式（1）和各级固结压力下的e-lgt曲线（图3和图4），可求得3d和90d相应于不同固结压力下的次固结系数，如表2所示。其中，t1为按Casagrande作图法确定的主固结完成时间。从表2中可以看出，随着荷载的增大，次固结系数有随固结压力增大而增大的趋势；在同一荷载下（50kPa），由于加荷方案不一致则次固结系数也有差异；但经过长时间加荷后，差距会逐渐减小。得出的结论下在荷载较低的情况下与文献结论类似。

图4 方案2土样的e-lgt关系曲线

表2 各级固结压力下的次固结系数

将不同方案下的1d～90d 的次固结系数整理可得图5所示固结压力50kPa下的次固结系数变化曲线。从中可以看出，在早期，不同的加荷方案会使得次固结系数变化规律不一致，当5d 之后，次固结系数均呈现为增长趋势，且最终都趋于稳定且数值相近。说明在长时间次固结沉降下，软土的变形将趋于稳定，沉降速率越来越小，这与实际监测结果相符。

图5 固结压力50kPa下的次固结系数变化曲线

3.3 监测沉降和次固结变形对比分析

由于室内试验与现场监测的模型比较难确定，因此定性分析两者之间的关系。图6为堆载3m高对地下12m处的深层沉降监测数据曲线，图7为方案1的室内一维压缩变形曲线。从中可以看出，两者的变形有较大区别，现场实测沉降趋于稳定所需的时间明显大于室内试验变形趋于稳定所需的时间，且沉降速率要大于室内试验。分析其主要原因是由于室内试验是侧限约束的，而现场实际工程情况中，侧限方向并未约束，土体在堆载作用下有向四周扩散的趋势，这也可从现场试验的软基内部土体水平位移曲线中体现，如图8所示。

图6 堆载3m地下12m处深层沉降曲线

图7 方案1的总变形曲线

图8 软基内部土体水平位移曲线图

4.结论

软基处理的沉降关系到整个工程质量和工期。本文将现场监测数据结合室内次固结变形试验得到如下结论：

（1）地表沉降速率在第一级加载中沉降非常快，容易出现日沉降量超过警戒值，需控制第一级的堆载速率；这与室内试验中初级荷载下，初始变形速率大，主次固结分界明显的结论相一致。

（2）在荷载水平较低时，次固结系数有随固结压力增大而增大的趋势；在初期次固结系数随时间增长有增长趋势，但会趋于平稳，且最终平稳值与加荷方式无关；

（3）现场沉降和室内变形会有较大的变形差异，主要原因是现场试验是无侧限，而室内试验是在有侧限条件下进行。