深厚软土地基工后沉降的影响及控制措施

何宗明

在珠三角地区，因软土地基处理设计、施工、监管等原因引起的工后沉降过大的事件越来越常见，研究深厚软土地基工后沉降的影响因素和控制措施具有重要的意义[1]。本文以珠海市的某住宅项目为背景，开展对深厚软土地基工后沉降的计算分析，并结合问题提出建议。

1 插板排水固结加载预压处理方法概述

排水固结法又称插板排水固结加载预压法，是基于太沙基固结理论发展而来的一种软粘土处理方法，其基本思路是在软土层中设置排水通道，缩短软土孔隙水的排出路径，进而大大减小软基的处理工期[2]。

最初的排水通道是在软土层中设置砂井，让土体孔隙水通过竖向的排水通道排出，从而达到加固软土的目的。这种方法还需要施加适当荷载。常用的加载方法有真空荷载、堆土荷载、水荷载、降水加载等，或者是这些加载方法的组合[3]。

插板排水固结加载预压法有完善的理论基础，施工工艺比较成熟，工程造价比较低，且在珠三角地区得到广泛应用。本文结合该方法和实际案例进行深入分析。

2 珠海某住宅楼工后沉降调查分析

2.1 项目软土层分布情况

人工填土：层厚1.00 ～6.10 m，层顶埋深0 m，层顶高程0.51～3.07 m。

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

淤 泥 质 粘 土： 层 厚3.80 ～11.20 m，层顶埋深36.00 ～49.70 m，层顶高程-47.95 ～-34.64 m。

粗 砂： 层 厚5.20 ～7.90 m，层顶埋深40.90 ～46.90 m，层顶高程-45.60 ～38.83 m[4]。

2.2 软弱土层物理力学性质

主要软弱土层物理力学的指标如表1 所示。从表1 可知，本项目的软粘土含水量高、压缩性大、抗剪强度低、渗透性低，易出现基坑开挖破坏、桩基偏移、工后沉降较大及差异沉降等工程问题。

表1 主要的软弱土层物理力学指标

2.3 现场实测工后沉降

项目分为一期和二期2 个区，软基均采用插板排水固结真空联合堆载法处理，竣工至今已有5 ～7 a。现场典型位置工后沉降量如表2 所示。现场调查表明，竣工至今大部分地面已发生很大工后沉降，达200 ～750 mm并已导致较严重的管线开裂、散水和门前阶梯下沉开裂、楼板下地面悬空等不良现象，给住户和商户的生活和经营带来很多不便[5]。二期的工后沉降比一期小，为200 ～360 mm，没有出现明显的地面下沉、管线开裂。

表2 现场典型位置工后沉降量

2.4 工后沉降分析

2.4.1 基本条件

地面标高：现状标高1.1 m，规划标高4.2 m。现状土层：回填土层1.7 m，淤泥层30.4 m。使用期间荷载：69.2 kPa。

2.4.2 不处理的工后沉降

若项目不处理软基，直接填土至规划标高面，在使用荷载作用下，软基的总固结沉降量为2302 mm，30 a的次固结沉降约260 mm。在1 a 内，软基的沉降量可达236 mm；在5、10和20 a 的沉降量分别为650、921 和1283 mm。若不对该场地软基进行处理，在使用荷载作用下，软基的平均固结度要达到60%需要34 a，要达到90%需要103 a。沉降分析结果如表3和图1 所示。

图1 不作软基处理的沉降曲线（来源：作者自绘）

表3 不作软基处理的沉降分析结果

由此可见，对于深厚软弱土层，若不进行适当的处理，将会给上部的建构筑物带来很大的工后沉降和差异沉降，严重影响其正常使用[6]。

2.5 按设计要求处理后的工后沉降

设计参数：排水板间距0.7 m、入土深度28 m，排水板底以下仍然有约4.1 m 厚的淤泥；施工荷载143 kPa，其中真空荷载为80 kPa；满载预压时间为75 d，有排水板处理范围的软土层平均固结度为90%。分析结果表明，在施工荷载143 kPa 作用下，软基处理施工期间沉降量可达2400 mm 以上。使用期间的荷载为69 kPa，有排水板处理范围的软土层属超固结状态，主固结沉降已全部完成，后续还有次固结沉降；无排水板处理的范围，则还有主固结沉降和次固结沉降。软基处理完工后，约还需1 a 完成上部结构和场地地面施工，在建筑物竣工后5、7、10、20 和30 a 的工后沉降分别为197、224、249、289 及312 mm。

若软土层厚度小于26.4 m，即排水板可打穿软土层，则建筑物竣工后5、7、10、20 及30 a 的工后沉降分别控制在90、109、129、168 及191 mm之内。沉降分析结果如图2和表4所示。

图2 软基处理的沉降曲线（来源：作者自绘）

表4 软基处理后的沉降分析结果

2.6 工后沉降原因分析

项目竣工后，据现场调查结果，地面已发生较大工后沉降。一期场地的工后沉降为500 ～750 mm，二期场地的工后沉降为200 ～350 mm。

项目软基处理的实际工后沉降比不做软基处理的计算工后沉降小，说明软基处理产生了积极效果。对照按设计条件进行软基处理的工后沉降分析结果可知，一期大部分场地的实际工后沉降明显偏大，二期实际工后沉降与计算值基本相符。

对照上述分析，可以采用插板排水固结真空预压联合堆载预压方案进行处理可以达到较好的预期效果。而对于大部分场地，软基处理后的工后沉降仍然较大，其影响因素很多，较为主要影响因素有以下3 点：第1，软土层很厚，排水板难以打穿软土层；第2，施工期间的排水系统没有达到相应的效果，如排水板的深度不够、排水板的通水能力不够、水平排水系统效果未能达到设计要求；第3，因为满载预压的时间不够，软土层的固结度未达到设计要求。

3 软基处理工后沉降的相关控制措施

控制措施具体为：第1，采用排水固结法处理软基，排水板应尽可能打穿软土层，以确保完成软土层范围的主固结沉降。施工中可采用材料总量控制、标记刻度、埋设金属丝、安装施工记录仪等方式监控排水板的实际深度。第2，保证软基处理密封效果，若发现密封膜有漏气点应及时补漏。严格控制粘土密封墙的渗透性、泥浆比重，长度和宽度应足够，并有效隔断软土层上部渗透性较好的土层，形成密封闭环。第3，抽真空环节，选择高效节能的真空泵。在排水固结真空预压法中有2 大类真空泵―射流泵和水气分离泵。水气分离泵能耗不到射流泵的50%，且单泵预压面积是射流泵的5 ～10 倍。因此，在真空预压施工中，尽量采用水气分离泵，保证真空泵的开泵率，避免施工过程中出现荷载不足的情况。第4，在真空荷载稳定且恒载后方可填筑堆载土，避免填料中掺入较大石块等坚硬堆载料，防止堆载料砸破或刺破密封膜。土方水平分层填筑并碾压密实，减少新填土范围的工后沉降和差异沉降。第5，预留足够的沉降量。计算时除了考虑软基施工期间的沉降量，还应考虑地面结构层施工至验收阶段的沉降量，以便在施工阶段以最大荷载进行软基处理，减少工后沉降。第6，施工过程应进行科学有效的监测，完整记录真空荷载、地表沉降、孔隙水压力等内容，以便及时发现问题并采取补救措施。第7，根据实测的地表沉降结果判断软基处理效果，在确定其满足设计要求后，再卸除真空荷载。宜采用多指标控制，如固结度＞90%，或者连续10 d 沉降速率＜5 mm/d，当软基处理效果达到要求时，可以卸载。

4 结语

对于珠海地区的深厚软土地基，若不进行适当的加固处理，其场地将会产生很大的工后沉降。对于局部区域需要较高的承载力或者对工后沉降要求非常严格的情况，可以根据具体要求对该区域进行二次处理。在项目投入使用后，建议设置若干测点继续测量一段时间，利用这些数据推算该区域后续的沉降情况，为后续开展维修工作提供依据。