大面積填土下超固結(jié)土的沉降研究

1、    大面積填土下超固結(jié)土的沉降研究    孫東明+張弘【摘 要】在建設(shè)工程中，場地經(jīng)常需要進行大面積填土，此時對工期要求嚴(yán)格的工程來說原地面的沉降量及固結(jié)時間問題就成為了關(guān)鍵。本文對大量原狀土試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，對超固結(jié)土場地進行了沉降計算，并與實測沉降觀測數(shù)據(jù)進行對比，工程實踐效果良好，對類似大面積填土下超固結(jié)土的沉降計算具有啟示和借鑒意義。【關(guān)鍵詞】大面積填土；地基沉降；超固結(jié)土；沉降觀測0 引言地基沉降一直是土力學(xué)中的一項重要研究課題，也是一直困擾工程界的一項難題。自1923年terzaghi提出一維固結(jié)理論1以來，地基沉降的理論研究不斷取得

2、進展。1936年rendulic又將terzaghi的一維固結(jié)理論推廣到二維和三維情況，得出terzaghirendulic固結(jié)理論。1941年boit以terzaghi一維固結(jié)理論的假定條件，從彈性理論出發(fā)導(dǎo)出了三維固結(jié)理論方程。1967年gibson等人提出了一維有限非線性應(yīng)變固結(jié)理論2。土的固結(jié)理論主要用于解決任意時刻土的變形，工程中計算土的最終固結(jié)沉降量使用最普遍、最基礎(chǔ)的方法就是分層總和法。1936年a.casagrande將壓縮試驗結(jié)果的表示方法，從ep曲線改為elgp曲線，并根據(jù)后者發(fā)現(xiàn)了尋找前期固結(jié)壓力pc作圖方法3，后期學(xué)者根據(jù)這一理論推導(dǎo)出考慮土體應(yīng)力歷史影響的一維沉降計算

3、公式。本文正是利用這一公式，采取分層總和法計算大面積填土下超固結(jié)土的沉降。1 工程概況及場地工程地質(zhì)條件長春龍嘉機場位于長春市約21公里處，長吉高速公路北側(cè)，交通方便，其行政轄區(qū)為九臺市龍家堡鎮(zhèn)，擬建t2航站樓場地地貌單元為波狀臺地，地勢西高東低，地勢較平坦。設(shè)計室內(nèi)地坪的絕對標(biāo)高比現(xiàn)有場地高出約6m，為高填方區(qū)域，且填土范圍廣闊，為大面積填土。室內(nèi)地面的使用荷載約為1520kpa。由于工期緊張，預(yù)估填土后原地面的最終沉降量和沉降固結(jié)時間就成為了決定上層建筑設(shè)計及施工方案的關(guān)鍵問題。場地處于相對穩(wěn)定地段，場地地震動峰值加速度值為0.10g，地震基本烈度為度，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.35s，場

4、地等效剪切波速vse=164181m/s，為中軟土，覆蓋層厚度約25.5m，場地類別為類，屬建筑抗震一般地段，土層均勻、穩(wěn)定，層面坡度小于10%，為均勻地基。氣候?qū)儆跍貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候區(qū)，地下穩(wěn)定水位8.8m，地基土為季節(jié)性凍土，標(biāo)準(zhǔn)凍深1.6m，層粉質(zhì)黏土凍脹類別為弱凍脹，層粉質(zhì)黏土凍脹類別為凍脹。場地鉆孔控制深度范圍內(nèi)，上部主要為第四系中更新統(tǒng)（q2apl）沖洪積地層，下伏為白堊系下統(tǒng)（k1q）泉頭組的紅褐色的泥巖及砂巖，具體地層分布見表1：2 沉降計算分析現(xiàn)場采用鉆探設(shè)備取原狀土樣2108件，根據(jù)場區(qū)地層分布規(guī)律劃分地層，充分考慮了取樣、試驗操作等因素對測試成果的影響，認(rèn)真篩選土層測試、

5、試驗指標(biāo)，剔除明顯不合理數(shù)據(jù)后，采用數(shù)理統(tǒng)計方法得出參數(shù)的最大值、最小值、平均值、變異系數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)值等統(tǒng)計指標(biāo)，各土層參數(shù)見表2。根據(jù)先期固結(jié)壓力判別場地土的壓密狀態(tài)，見表3。由表2可知本場地土屬超固結(jié)土（ocr>1），假定大面積填土厚度6m，道面荷載20kpa，上部填土與道面荷載產(chǎn)生的附加應(yīng)力為無限大，對計算土層各個深度點所產(chǎn)生的平均附加應(yīng)力相等pz=20×6+20=140kpa。根據(jù)工程地質(zhì)手冊（第四版），地基沉降量按考慮應(yīng)力歷史計算，公式如下：由于粉質(zhì)黏土層下為中砂、粗砂層，連續(xù)性、貫通性較好，按雙面排水考慮。對第層耕植土做清表處理，各土層按時間節(jié)點的豎向固結(jié)度及沉降量見表

6、4。由計算得知，土層最終沉降量為19.5cm，加載3個月的沉降量為11.3cm。隨后我們在場地內(nèi)進行了沉降觀測試驗，填土高度約7.0m，填土過程持續(xù)2個月完成，后續(xù)觀測持續(xù)至4個月，期間共觀測36次，沉降監(jiān)測點共埋設(shè)5個，填土范圍中間1個，其余4個按照東西南北四個方向間隔中心點15米埋設(shè)，沉降監(jiān)測點距離填土邊緣不小于20米。通過對數(shù)據(jù)整理分析，剔除粗差后，數(shù)據(jù)結(jié)果符合精度要求，觀測結(jié)果可靠。累計沉降量與時間關(guān)系曲線圖見圖1。由圖中可看到，各觀測點最大沉降差1.6mm，無不均勻沉降出現(xiàn)。開始填土的一個月期間，沉降持續(xù)發(fā)展，沉降速率約1.64mm·d-1，填土1.3-1.8月沉降速率最大

7、，達(dá)2.76mm·d-1，然后沉降速率減緩，進入相對穩(wěn)定階段。從開始填土到沉降3個月，沉降量為10.6cm，這與理論計算得出的3個月沉降量11.3cm非常相近。但理論計算最終沉降量為19.5cm，由觀測試驗得到的最終沉降量經(jīng)擬合分析預(yù)估為12cm，存在一定誤差，分析原因是土層參數(shù)統(tǒng)計和觀測數(shù)據(jù)初處理擬合引起的弱化4。但從總體分析來看，此次沉降理論計算值還是與實際較吻合的，為基礎(chǔ)形式及地基處理提供了比較貼切的設(shè)計依據(jù)，達(dá)到了解決實際問題的目的。3 結(jié)論本文通過對大量原狀土試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，得到比較準(zhǔn)確的土層參數(shù)，利用超固結(jié)土沉降計算公式對場地進行了沉降計算，并與實測沉降觀測數(shù)據(jù)進行對比，填土三個月的沉降數(shù)據(jù)是比較符合的，從長期效果來看存在一定誤差，這與理論計算參數(shù)的選取和觀測數(shù)據(jù)初處理擬合誤差存在一定的關(guān)系，但從總體來看，沉降理論計算值對基礎(chǔ)形式及地基處理提供了比較貼切的設(shè)計依據(jù)，達(dá)到了解決實際問題的目的，對類似大面積填土下超固結(jié)土的沉降計算具有啟示和借鑒意義?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】1洪毓康.土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)（第二版）m.北京：人民交通出版社，1999：32-88.2折學(xué)森.軟土地基沉降計算m.北京：人民交通出