沿海淤泥质土真空预压沉降规律研究

2023-11-22熊辉李雪松

珠江水运 2023年21期

◎ 熊辉李雪松

1.中交二航局第一工程有限公司；2.中交第二航务工程局有限公司

1.引言

广州南沙区横沥岛尖地层以饱和淤泥质土为主，适合采用真空预压进行地基处理。大量沿海工程采用真空预压法进行地基处理。王长法[1]结合数值模拟和实测分析长三角软基真空预压监测值，得到沉降及孔隙水压力的变化规律。张明等[2]对比了三种真空预压的预压时间预测方法，并应用于深圳地区真空预压工程，研究其适用性。孙立强等[3]、程琪等[4]分别研究了天津和连云港的软基真空预压插板期间沉降，得到插板期间地基沉降特性。何涛等[5]对比了三点法和双曲线法，认为双曲线法更适合珠海横琴地区的真空预压沉降分析。孔纲强等[6]、曹杰等[7]分析了真空预压工程监测数据，发现真空预压分层沉降和侧向位移与预压时间成正比，与深度成反比，总沉降速率减小。王国兴等[8]分析威海地区真空预压效果。广州地区有南沙港真空预压的相关研究[8-11]。

不同地区真空预压地基变形曲线存在较大差异，表明不同地区的真空预压效果存在差异。目前广州南沙的软基的研究并不多见，仅有关于本文分析横沥岛尖真空预压沉降特性。

2.工程概况

2.1 真空预压区域

真空预压区域位于横沥岛尖，真空预压面积26240m2。

真空预压施工工序依次为密封沟施工、铺砂垫层、插打塑料排水板、铺密封膜、安装水泵等。塑料排水板平均插入深度为18.2m。泵体采用水汽分离式真空泵。真空预压区域四周铺筑临时挡水土袋围堰，用于收集抽出的地下水，增大预压荷载的同时保护真空膜。计算分析未考虑插板期间施工沉降。

2.2 地质与水文

真空预压区域地层分布及地层的土层物理力学指标见表1。

表1 土层物理力学指标

3.监测结果分析

3.1 真空度变化

真空预压真空泵启动后，膜下真空度迅速升高，15天真空度从0kPa升至87.6kPa。真空度稳定在90kPa左右。

3.2 水位变化

现场水位监测结果显示，前23d水位平均下降速率达到280mm/d，23d后水位下降速率迅速衰减至8.75mm/d。110d左右水位存在短期波动。

真空负压从上向下传递是水位下降主要的主因，地下水在压力差驱动下沿排水板向上流动。地表下6.5m处真空负压与水压达到平衡，地下水不再向上流动。

3.3 沉降变化

前20d真空预压作用下的平均沉降速率达到40mm/d，20d之后，20d～78d沉降速度迅速衰减至较低速率，78d之后沉降速率衰减至1mm/d以下。

同一区域不同测点的实测沉降值离散性较大，最大最小分别为1 0 3 7.4 m m(D D 2 0-6)和755.6mm(DD21-5)。区域地层起伏及真空度损失不同可能是引起沉降变化的原因。

3.4 真空度、水位、沉降的关系

归一化处理平均水位、平均真空度和平均沉降。水位、真空度和沉降变化趋势基本一致，总体呈2阶段变化：近乎线性的快速增长，拐点后基本保持水平。

表明横沥岛尖含砂软基对真空负压较为敏感，沉降和水位的变化紧跟真空度，滞后时间非常短。该特性与其他工程[4,7,9]有所不同。

4.沉降预测对比

4.1 双曲线法

双曲线法的表达式为：

式中，St为t时刻的沉降(mm)；Si为i时刻的沉降(mm)；α、β为双曲线的系数。

式(1)可写为：

当t→∞，计算最终沉降量Sf为：

4.2 三点法

在沉降曲线上，取真空稳压区域内时间间隔相同的三点沉降S1、S2和S3，使△t=t3-t2=t2-t1，计算沉降表达式为：

4.3 两种方法计算结果比较

分析8组数据的结果表明，最终计算结果与计算参数的时间间隔成正比，即时间跨度越大，沉降计算值逐渐增大。同样条件下，三点法计算结果小于双曲线法计算结果。双曲线法计算的最终沉降量大于实测沉降，为实测沉降的110%～120%。恒载的前2个月，三点法计算沉降量略小于实测沉降，恒载的后2个月，计算沉降量略大于实测沉降，计算沉降与实测沉降之比约为94%～110%。

真空稳压3个月时，测点DD19-4三点法计算的沉降量与实测值之比达到230%，78d左右该测点沉降曲线的突变是导致该误差的原因。公式（4）中令△S1=S2-S1，△S2=S3-S2，则公式（4）可写为：

从式（5）可看出，△S2沉降突变，则计算沉降突变。

沉降变化较平顺的情况下，三点法计算结果更精确。双曲线法对沉降突变具有较好的适应性。

不同测点不同时间跨度计算沉降见表2，不同测点不同时间跨度计算沉降与实测沉降比见表3。