太倉港區(qū)協(xié)鑫碼頭堆載預(yù)壓中沉降位移與孔隙水壓力觀測(cè)分析與研究

1、堆載預(yù)壓中沉降、位移與孔隙水壓力觀測(cè)分析與研究中交三航局第三工程有限公司 ： 秦季冰 【摘要】：采用塑料排水板堆載預(yù)壓法對(duì)某軟土地基工程進(jìn)行處理，在預(yù)壓過程中對(duì)地基變形及孔隙水壓力等進(jìn)行了嚴(yán)密觀測(cè)，本次工程監(jiān)測(cè)直觀、合理地反映了在堆載預(yù)壓法加固軟基過程中，軟土固結(jié)沉降、孔隙水壓力等的變化情況，起到了信息化施工、控制堆載施工速率等的作用，達(dá)到了監(jiān)測(cè)的預(yù)期目的，監(jiān)測(cè)資料與效果檢測(cè)資料結(jié)合，能夠充分有效地評(píng)價(jià)軟基處理效果，并為同類工程提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)資料?！娟P(guān)鍵詞】：軟基處理 堆載預(yù)壓 變形觀測(cè)1、 工程地質(zhì)條件本工程位于長(zhǎng)江三角洲沖積平原太倉段，屬于典型的軟土地基。通過勘察勘探，各地基土層的特征

2、由上至下主要為沖填土、灰色砂質(zhì)粉土、灰色淤泥、 灰色淤泥質(zhì)黏性土、灰色砂質(zhì)粉土、灰色黏質(zhì)粉土、灰色粉砂等。軟土的主要特性為：高含水量、高孔隙比、高壓縮性和低粘聚力、低滲透性、低固結(jié)系數(shù)。由于以上特性，常見的軟土地基會(huì)出現(xiàn)承載力及穩(wěn)定性低、變形大及沉降不均等問題。針對(duì)這些問題，常用的軟土地基處理方法有很多，我們應(yīng)根據(jù)工程的要求、場(chǎng)地條件及地質(zhì)條件等綜合因素考慮。2、 堆載預(yù)壓加固原理本工程采用的堆載預(yù)壓法的基本原理是基于太沙基的有效應(yīng)力原理，堆載預(yù)壓法主要是增加總應(yīng)力，而不是增加有效應(yīng)力，總應(yīng)力的增加導(dǎo)致孔隙水壓力的增大，產(chǎn)生超靜孔壓使土體中孔隙水通過排水通道排出土體，孔隙水排除后孔隙體積變小，

3、土體密實(shí)，增長(zhǎng)了土體的抗剪強(qiáng)度，提高了軟土地基的承載力和穩(wěn)定性同時(shí)可以減少土體的壓縮性，消除沉降量，以使工程在使用期不至于產(chǎn)生有害的沉降和沉降差。因此堆載預(yù)壓法加固軟土的效果取決于堆載的大小和超靜孔壓的消散程度。3、 堆載預(yù)壓施工方案1 該場(chǎng)地采用塑料排水板與堆載預(yù)壓相結(jié)合的方法對(duì)該段軟基進(jìn)行處理：a、 場(chǎng)地平整：將場(chǎng)地內(nèi)的淤泥段及塊石清除并整平，便于插板施工。b、 塑料排水板：塑料排水板間距1m，按正四邊形布置，根據(jù)地質(zhì)情況的不同，塑料排水板插入深度在23m25m范圍內(nèi)，上端露出20cm。c、 基礎(chǔ)回填料：按斗輪機(jī)基礎(chǔ)回填要求分層回填塊石。d、 堆載預(yù)壓：按照設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采用吹填砂及山

4、皮石分級(jí)堆載，其中吹填砂第一級(jí)堆載厚度為1.95m，第二級(jí)堆載厚度為2.7m；山皮石第一級(jí)堆載厚度為1.95m，第二級(jí)堆載為2.45m。e、 堆載預(yù)壓時(shí)間：第一級(jí)堆載時(shí)間不小于30天，第二級(jí)滿載預(yù)壓時(shí)間不小于90天。2 堆載預(yù)壓的控制標(biāo)準(zhǔn)：a、 標(biāo)高：地基加固后達(dá)到交工標(biāo)高。b、 地基沉降量：斗輪機(jī)工后沉降量50cm。c、 地基承載力：斗輪機(jī)基礎(chǔ)區(qū)地基承載力【R】150kPa。d、 施工期控制指標(biāo)：加載期間地基沉降速率不大于15mm/天，孔隙水壓力控制在U/P50%，邊樁位移控制標(biāo)準(zhǔn)為每晝夜應(yīng)小于5mm。3 卸載標(biāo)準(zhǔn)：a、 達(dá)到設(shè)計(jì)堆高后，滿載預(yù)壓時(shí)間不小于90天；b、 沉降速率需達(dá)到最后連續(xù)

5、7天，平均沉降不大于1.0mm/天；c、 根據(jù)實(shí)測(cè)沉降曲線，推算地基土的固結(jié)度達(dá)到90%以上。4、 堆載預(yù)壓監(jiān)測(cè)方案為了及時(shí)掌握堆載預(yù)壓施工過程中沉降、孔隙水壓力、強(qiáng)度變化等有關(guān)信息，起到指導(dǎo)施工、監(jiān)控施工安全、驗(yàn)證設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)加固效果的作用，本軟基工程監(jiān)測(cè)方案采取了埋設(shè)沉降板、邊樁及孔隙水壓力，并對(duì)在堆場(chǎng)內(nèi)埋設(shè)的監(jiān)測(cè)設(shè)備按設(shè)計(jì)頻率進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以便掌握固結(jié)沉降、水平位移、孔隙水壓力消散的情況。變形及孔隙水壓力觀測(cè)從砂墊層和塑料排水板施工完成后開始算起，不考慮插設(shè)塑料排水板期間由于排水條件改善引起的沉降量。本工程具體的監(jiān)測(cè)的工作內(nèi)容和數(shù)量詳見表1。監(jiān)測(cè)點(diǎn)基本上均布于整個(gè)斗輪機(jī)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)定位按照設(shè)計(jì)

6、文件中“監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖”進(jìn)行實(shí)地測(cè)放，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置詳見圖1。表1 監(jiān)測(cè)工程數(shù)量表序號(hào)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目數(shù)量單位備注1沉降板33個(gè)每條斗輪機(jī)11個(gè)，間距50m2孔隙水壓力9組每條斗輪機(jī)基礎(chǔ)各3組，間距200m3位移邊樁42個(gè)內(nèi)埋設(shè)鐵件，上刻“+”字標(biāo)志說明孔隙水壓力測(cè)頭在土層中按6m的間距埋設(shè)測(cè)點(diǎn)圖1：監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖5、 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析1、 沉降監(jiān)測(cè)沉降監(jiān)測(cè)的主要目的就是監(jiān)測(cè)沉降板以下土層在堆載作用下的沉降量及其隨時(shí)間的發(fā)展變化過程。一方面可用來評(píng)價(jià)填土加載速率的安全合理性，另一方面可通過對(duì)觀測(cè)結(jié)果的分析，計(jì)算出淤泥的實(shí)際固結(jié)度，推算出地基工后沉降值以及確定合理的卸載時(shí)間。沉降標(biāo)由沉降板和測(cè)桿組成，沉降板采用50

7、cm*50cm大小的鋼板，測(cè)桿采用鍍鋅水管，每段測(cè)桿長(zhǎng)1m，以高強(qiáng)度接頭相連，測(cè)桿焊接在沉降板上并埋設(shè)于砂墊層內(nèi)，測(cè)桿隨加載高度增加而接長(zhǎng)。本次監(jiān)測(cè)共設(shè)33個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，每條斗輪機(jī)各11個(gè)觀測(cè)點(diǎn)。我們以1#斗輪機(jī)1#-61#-11沉降板的沉降數(shù)據(jù)來分析。數(shù)據(jù)從2014年3月5日開始填筑第一級(jí)堆載石（）開始，2014年3月18日開始到2014年3月26日堆載預(yù)壓第一級(jí)吹填砂（），2014年3月26日到2014年4月26日堆載穩(wěn)壓（8.0m），2014年4月27日到2014年5月12日堆載預(yù)壓第二級(jí)吹填砂（），截止至2014年8月4日共觀測(cè)152天。由監(jiān)測(cè)成果（見圖2）可知：地基經(jīng)堆載預(yù)壓處理后的

8、累計(jì)沉降最大值發(fā)生在1#-11點(diǎn)，累計(jì)總沉降量為1224mm；最小值發(fā)生在1#-8和1#-10，累計(jì)總沉降量均為1100mm。圖2：1#斗輪機(jī)611號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降變化曲線通過上圖的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，我們可以得出如下分析結(jié)果：（1） 沉降是否穩(wěn)定，符合設(shè)計(jì)要求： 沉降量與荷載、淤泥厚度、時(shí)間關(guān)系密切，每施加一級(jí)荷載時(shí)，沉降量和沉降速率均有明顯增大，沉降后期沉降（S）時(shí)間（t）關(guān)系曲線平緩，從觀測(cè)數(shù)據(jù)看最后連續(xù)7天的沉降速率處于穩(wěn)定狀態(tài)，平均速率為0.925mm/天，符合設(shè)計(jì)要求。（2） 固結(jié)度推算：據(jù)已知沉降數(shù)據(jù)推測(cè)沉降及最終沉降主要有雙曲線法、Asaoka法和三點(diǎn)法。雙曲線法是一種數(shù)學(xué)擬和的方法，而As

9、aoka法和三點(diǎn)法都是建立在一維垂直固結(jié)方程基礎(chǔ)上的方法。本工程插板區(qū)及過渡帶在超載下的沉降板的主固結(jié)沉降量的推算采用三點(diǎn)法。采用三點(diǎn)法我們可推算到地基最終沉降量，計(jì)算公式為： =-/-式中：為地基最終沉降量 分別為時(shí)刻的沉降量，且。根據(jù)以上實(shí)測(cè)沉降過程曲線，在曲線上較為平緩的一段取三個(gè)時(shí)間點(diǎn)（使其滿足）來計(jì)算地基最終沉降量。各沉降測(cè)點(diǎn)時(shí)間點(diǎn)取值均相同，根據(jù)各區(qū)域的堆載和卸載的時(shí)間確定時(shí)間點(diǎn)。根據(jù)最終沉降量和實(shí)測(cè)沉降過程曲線可推算地基固結(jié)度。計(jì)算公式為：Ut= St/ S式中：S為根據(jù)三點(diǎn)法推算得到的地基最終沉降量；St為t時(shí)刻的沉降量。（3） 沉降計(jì)算成果見表2：表2 1#-61#-11各點(diǎn)

10、沉降量及固結(jié)度一覽表測(cè)點(diǎn)序號(hào)累計(jì)沉降量（mm）S（mm）最終沉降量（mm）固結(jié)度備注t1t2t31#-6718109712021242.2120496.9%1#斗輪機(jī)基礎(chǔ)1#-7731110111901218.2119297.9%1#-8677101310981126.8110097.6%1#-9694102211181157.7112096.7%1#-10646100110981134.5110097.0%1#-11744110912221272.7122496.2% 1#斗輪機(jī)基礎(chǔ)場(chǎng)地1#-61#-11的平均沉降量為1156.7mm，各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的固結(jié)度范圍為96.2%97.9%，平均固結(jié)度

11、97.05%，均大于90%，滿足設(shè)計(jì)要求。2、 位移監(jiān)測(cè)邊樁位移的監(jiān)測(cè)能有效的監(jiān)控堆載預(yù)壓加載過程的安全狀況，并可根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題從而采取適當(dāng)?shù)募庸檀胧?。觀測(cè)點(diǎn)采用混凝土澆筑基礎(chǔ)，內(nèi)埋設(shè)鐵件，表面與原地面齊平，上刻“+”字標(biāo)志，用測(cè)釬作為找準(zhǔn)目標(biāo)，進(jìn)行表層位移觀測(cè)。同樣，我們對(duì)應(yīng)1#斗輪機(jī)1#-61#-11區(qū)域的位移邊樁為4#7#位移點(diǎn)。自2014年3月31日開始測(cè)的初始值截止到2014年8月4日共觀測(cè)126天，具體數(shù)據(jù)見表3。表3 邊樁位移觀測(cè)數(shù)據(jù)匯總表 位置序號(hào)開始日期2014/7/28至2014/8/4本期位移值mm累計(jì)位移值mmXYXY1#斗輪機(jī)基礎(chǔ)位移樁1-4a2014/3/

12、310116-181-5a2014/3/311-216-221-6a2014/3/310115-91-7a2014/3/311017-51-4b2014/3/31011121-5b2014/3/3111-1081-6b2014/3/31-10-9111-7b2014/3/3112-55從觀測(cè)數(shù)據(jù)看最后連續(xù)7天的水平位移處于穩(wěn)定狀態(tài)，預(yù)壓期最大位移量X：16mm；最大位移量Y:-22mm；最小位移量X：1mm；最小位移量Y:5mm；觀測(cè)期間未出現(xiàn)邊樁位移每晝夜超過5mm，位移變化速率在堆載期間明顯增大，但整體的變化速率仍較小，穩(wěn)定性屬于受控狀態(tài)。3、 孔隙水壓力監(jiān)測(cè)孔隙水壓力監(jiān)測(cè)的主要目的：了解

13、孔隙水壓力增長(zhǎng)與消散過程情況，了解土體的強(qiáng)度增長(zhǎng)情況，控制堆載施工速度?？紫端畨毫鞲衅鞯募庸づc埋設(shè)：埋設(shè)工作在插板完成后進(jìn)行，采用鉆機(jī)配合進(jìn)行埋設(shè)，每組測(cè)點(diǎn)布置2個(gè)孔隙水壓力觀測(cè)孔，孔隙水壓力計(jì)沿深度方向每隔6m布置一個(gè)，埋設(shè)時(shí)保證傳感器放置垂直，與傳感器連接的電纜測(cè)線由保護(hù)管引出，隨堆載高度增加而接長(zhǎng)。埋設(shè)時(shí)，在傳感器周圍設(shè)置透水層，透水層高度為0.6m1.0m，透水層填料一般采用中粗砂；兩個(gè)傳感器之間應(yīng)設(shè)置不小于1m的隔水層，隔水層填料采用直徑2cm左右的膨脹泥球，確保兩孔壓計(jì)之間有效隔水。孔隙水壓力計(jì)觀測(cè)點(diǎn)按要求埋設(shè)完成后，立即使用二次儀表檢測(cè)孔隙水壓力測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)是否正常。如發(fā)現(xiàn)在埋設(shè)過

14、程中有損壞或數(shù)據(jù)不正常時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取補(bǔ)救措施。鋼弦式孔隙水壓力計(jì)由兩部分組成，一部分為濾頭，由透水石、開孔鋼管組成，主要起隔斷土壓的作用；另一部分為傳感部分，孔隙水壓力物理量可通過頻率儀直接讀出?？紫端畨毫τ?jì)算式為： 式中： 孔隙水壓力（kPa）；標(biāo)定系數(shù)（kPa/Hz2）；測(cè)試頻率（Hz）；初始頻率（Hz）?？紫端畨毫Φ谋O(jiān)測(cè)流程見下圖3.圖3 孔隙水壓力監(jiān)測(cè)工作流程圖我們同樣取1#斗輪機(jī)1#-61#-11相應(yīng)的孔隙水壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)kx3來分析，孔隙水壓力對(duì)堆載加荷較為敏感，當(dāng)測(cè)點(diǎn)位置堆載加荷后，各個(gè)土層的超孔隙水壓力增長(zhǎng)明顯，在加載期間，超孔隙水壓力值逐漸增大，在荷載加載的停歇期，超孔隙水壓力有

15、所消散，其變化曲線呈鋸齒狀，并伴隨著荷載的增加間歇增加間歇的過程，相應(yīng)出現(xiàn)上升消散上升消散的變化規(guī)律，在堆載加荷施工結(jié)束后超孔隙水壓力出現(xiàn)最大值。恒載期，由于塑料排水板的作用，各土層的超孔隙水壓力消散較快，隨著時(shí)間增長(zhǎng)，超孔隙水壓力持續(xù)消散，消散速率逐漸減小，趨于穩(wěn)定態(tài)勢(shì)。由孔隙水壓力時(shí)間變化曲線可以看出，淺層土體中的超孔隙水壓力明顯大于深層土體，各個(gè)土層的壓力增長(zhǎng)、消散規(guī)律基本一致，說明塑料排水板的效果良好。截止到卸載前，各土層的超孔隙水壓力值均得到較大消散，其曲線變化趨于平穩(wěn)，變化幅度較小，尤其是深層土體的超孔隙水壓力已完全消散。下圖4為kx3測(cè)點(diǎn)的孔隙水壓力時(shí)間變化曲線。圖4 kx3孔隙

16、水壓力隨時(shí)間變化曲線圖6、 結(jié)論通過對(duì)1#斗輪機(jī)1#-61#-11段的檢測(cè)分析，我們擴(kuò)展至整個(gè)場(chǎng)地的三條斗輪機(jī)堆載預(yù)壓檢測(cè)，我們得出如下分析：（1）根據(jù)實(shí)測(cè)表層沉降結(jié)果，截止2014年8月4日，累計(jì)表層沉降量為1002mm1224mm，平均的表層沉降量為1118.4mm。采用三點(diǎn)法法對(duì)實(shí)測(cè)沉降曲線進(jìn)行固結(jié)度計(jì)算，各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的固結(jié)度范圍為92.2%97.9%，平均固結(jié)度95.3%，均大于90%，滿足設(shè)計(jì)要求。（2）根據(jù)邊樁位移監(jiān)測(cè)成果，斗輪機(jī)基礎(chǔ)在堆載預(yù)壓期間，其淺層土體的水平位移累計(jì)值不大，變化速率較小，說明預(yù)壓施工期間下臥土體基本穩(wěn)定，滿足設(shè)計(jì)要求。（3）根據(jù)孔隙水壓力監(jiān)測(cè)成果，堆載恒載期間，各土層的超孔隙水壓力值均有較大的消散，其孔隙水壓力隨時(shí)間的變化曲線逐漸趨于平穩(wěn)，說明土體的固結(jié)強(qiáng)度已逐步提高，地基處理效果明顯。（4）通過監(jiān)測(cè)表明，本次軟基處理設(shè)計(jì)方案是經(jīng)濟(jì)合理的，施工中無異常