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

1、堆載預壓中沉降、位移與孔隙水壓力觀測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壓法對某軟土地基工程進行處理，在預壓過程中對地基變形及孔隙水壓力等進行了嚴密觀測，本次工程監(jiān)測直觀、合理地反映了在堆載預壓法加固軟基過程中，軟土固結沉降、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，達到了監(jiān)測的預期目的，監(jiān)測資料與效果檢測資料結合，能夠充分有效地評價軟基處理效果，并為同類工程提供了可借鑒的經(jīng)驗資料?！娟P鍵詞】：軟基處理 堆載預壓 變形觀測1、 工程地質條件本工程位于長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、灰色砂質粉土、灰色淤泥、 灰色淤泥質黏性土、灰色砂質粉土、灰色黏質粉土、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、低固結系數(shù)。由于以上特性，常見的軟土地基會出現(xiàn)承載力及穩(wěn)定性低、變形大及沉降不均等問題。針對這些問題，常用的軟土地基處理方法有很多，我們應根據(jù)工程的要求、場地條件及地質條件等綜合因素考慮。2、 堆載預壓加固原理本工程采用的堆載預壓法的基本原理是基于太沙基的有效應力原理，堆載預壓法主要是增加總應力，而不是增加有效應力，總應力的增加導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，增長了土體的抗剪強度，提高了軟土地基的承載力和穩(wěn)定性同時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、 堆載預壓施工方案1 該場地采用塑料排水板與堆載預壓相結合的方法對該段軟基進行處理：a、 場地平整：將場地內(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、 基礎回填料：按斗輪機基礎回填要求分層回填塊石。d、 堆載預壓：按照設計及現(xiàn)場實際情況采用吹填砂及山

4、皮石分級堆載，其中吹填砂第一級堆載厚度為1.95m，第二級堆載厚度為2.7m；山皮石第一級堆載厚度為1.95m，第二級堆載為2.45m。e、 堆載預壓時間：第一級堆載時間不小于30天，第二級滿載預壓時間不小于90天。2 堆載預壓的控制標準：a、 標高：地基加固后達到交工標高。b、 地基沉降量：斗輪機工后沉降量50cm。c、 地基承載力：斗輪機基礎區(qū)地基承載力【R】150kPa。d、 施工期控制指標：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%，邊樁位移控制標準為每晝夜應小于5mm。3 卸載標準：a、 達到設計堆高后，滿載預壓時間不小于90天；b、 沉降速率需達到最后連續(xù)

5、7天，平均沉降不大于1.0mm/天；c、 根據(jù)實測沉降曲線，推算地基土的固結度達到90%以上。4、 堆載預壓監(jiān)測方案為了及時掌握堆載預壓施工過程中沉降、孔隙水壓力、強度變化等有關信息，起到指導施工、監(jiān)控施工安全、驗證設計、檢驗加固效果的作用，本軟基工程監(jiān)測方案采取了埋設沉降板、邊樁及孔隙水壓力，并對在堆場內(nèi)埋設的監(jiān)測設備按設計頻率進行監(jiān)測，以便掌握固結沉降、水平位移、孔隙水壓力消散的情況。變形及孔隙水壓力觀測從砂墊層和塑料排水板施工完成后開始算起，不考慮插設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)測的工作內(nèi)容和數(shù)量詳見表1。監(jiān)測點基本上均布于整個斗輪機，監(jiān)測點現(xiàn)場定位按照設計

6、文件中“監(jiān)測點布置圖”進行實地測放，監(jiān)測點位置詳見圖1。表1 監(jiān)測工程數(shù)量表序號監(jiān)測項目數(shù)量單位備注1沉降板33個每條斗輪機11個，間距50m2孔隙水壓力9組每條斗輪機基礎各3組，間距200m3位移邊樁42個內(nèi)埋設鐵件，上刻“+”字標志說明孔隙水壓力測頭在土層中按6m的間距埋設測點圖1：監(jiān)測點布置圖5、 監(jiān)測結果分析1、 沉降監(jiān)測沉降監(jiān)測的主要目的就是監(jiān)測沉降板以下土層在堆載作用下的沉降量及其隨時間的發(fā)展變化過程。一方面可用來評價填土加載速率的安全合理性，另一方面可通過對觀測結果的分析，計算出淤泥的實際固結度，推算出地基工后沉降值以及確定合理的卸載時間。沉降標由沉降板和測桿組成，沉降板采用50

7、cm*50cm大小的鋼板，測桿采用鍍鋅水管，每段測桿長1m，以高強度接頭相連，測桿焊接在沉降板上并埋設于砂墊層內(nèi)，測桿隨加載高度增加而接長。本次監(jiān)測共設33個沉降觀測點，每條斗輪機各11個觀測點。我們以1#斗輪機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日開始填筑第一級堆載石（）開始，2014年3月18日開始到2014年3月26日堆載預壓第一級吹填砂（），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日堆載預壓第二級吹填砂（），截止至2014年8月4日共觀測152天。由監(jiān)測成果（見圖2）可知：地基經(jīng)堆載預壓處理后的

8、累計沉降最大值發(fā)生在1#-11點，累計總沉降量為1224mm；最小值發(fā)生在1#-8和1#-10，累計總沉降量均為1100mm。圖2：1#斗輪機611號監(jiān)測點沉降變化曲線通過上圖的監(jiān)測數(shù)據(jù)，我們可以得出如下分析結果：（1） 沉降是否穩(wěn)定，符合設計要求： 沉降量與荷載、淤泥厚度、時間關系密切，每施加一級荷載時，沉降量和沉降速率均有明顯增大，沉降后期沉降（S）時間（t）關系曲線平緩，從觀測數(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，符合設計要求。（2） 固結度推算：據(jù)已知沉降數(shù)據(jù)推測沉降及最終沉降主要有雙曲線法、Asaoka法和三點法。雙曲線法是一種數(shù)學擬和的方法，而As

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

10、沉降量及固結度一覽表測點序號累計沉降量（mm）S（mm）最終沉降量（mm）固結度備注t1t2t31#-6718109712021242.2120496.9%1#斗輪機基礎1#-7731110111901218.2119297.9%1#-8677101310981126.8110097.6%1#-9694102211181157.7112096.7%1#-10646100110981134.5110097.0%1#-11744110912221272.7122496.2% 1#斗輪機基礎場地1#-61#-11的平均沉降量為1156.7mm，各個監(jiān)測點的固結度范圍為96.2%97.9%，平均固結度

11、97.05%，均大于90%，滿足設計要求。2、 位移監(jiān)測邊樁位移的監(jiān)測能有效的監(jiān)控堆載預壓加載過程的安全狀況，并可根據(jù)實際情況及時發(fā)現(xiàn)問題從而采取適當?shù)募庸檀胧?。觀測點采用混凝土澆筑基礎，內(nèi)埋設鐵件，表面與原地面齊平，上刻“+”字標志，用測釬作為找準目標，進行表層位移觀測。同樣，我們對應1#斗輪機1#-61#-11區(qū)域的位移邊樁為4#7#位移點。自2014年3月31日開始測的初始值截止到2014年8月4日共觀測126天，具體數(shù)據(jù)見表3。表3 邊樁位移觀測數(shù)據(jù)匯總表 位置序號開始日期2014/7/28至2014/8/4本期位移值mm累計位移值mmXYXY1#斗輪機基礎位移樁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)測孔隙水壓力監(jiān)測的主要目的：了解

13、孔隙水壓力增長與消散過程情況，了解土體的強度增長情況，控制堆載施工速度。孔隙水壓力傳感器的加工與埋設：埋設工作在插板完成后進行，采用鉆機配合進行埋設，每組測點布置2個孔隙水壓力觀測孔，孔隙水壓力計沿深度方向每隔6m布置一個，埋設時保證傳感器放置垂直，與傳感器連接的電纜測線由保護管引出，隨堆載高度增加而接長。埋設時，在傳感器周圍設置透水層，透水層高度為0.6m1.0m，透水層填料一般采用中粗砂；兩個傳感器之間應設置不小于1m的隔水層，隔水層填料采用直徑2cm左右的膨脹泥球，確保兩孔壓計之間有效隔水?？紫端畨毫τ嬘^測點按要求埋設完成后，立即使用二次儀表檢測孔隙水壓力測點數(shù)據(jù)是否正常。如發(fā)現(xiàn)在埋設過

14、程中有損壞或數(shù)據(jù)不正常時，應及時采取補救措施。鋼弦式孔隙水壓力計由兩部分組成，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嬎闶綖椋?式中： 孔隙水壓力（kPa）；標定系數(shù)（kPa/Hz2）；測試頻率（Hz）；初始頻率（Hz）?？紫端畨毫Φ谋O(jiān)測流程見下圖3.圖3 孔隙水壓力監(jiān)測工作流程圖我們同樣取1#斗輪機1#-61#-11相應的孔隙水壓力監(jiān)測點kx3來分析，孔隙水壓力對堆載加荷較為敏感，當測點位置堆載加荷后，各個土層的超孔隙水壓力增長明顯，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，隨著時間增長，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。由孔隙水壓力時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，各個土層的壓力增長、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測點的孔隙水壓力時間變化曲線。圖4 kx3孔隙

16、水壓力隨時間變化曲線圖6、 結論通過對1#斗輪機1#-61#-11段的檢測分析，我們擴展至整個場地的三條斗輪機堆載預壓檢測，我們得出如下分析：（1）根據(jù)實測表層沉降結果，截止2014年8月4日，累計表層沉降量為1002mm1224mm，平均的表層沉降量為1118.4mm。采用三點法法對實測沉降曲線進行固結度計算，各個監(jiān)測點的固結度范圍為92.2%97.9%，平均固結度95.3%，均大于90%，滿足設計要求。（2）根據(jù)邊樁位移監(jiān)測成果，斗輪機基礎在堆載預壓期間，其淺層土體的水平位移累計值不大，變化速率較小，說明預壓施工期間下臥土體基本穩(wěn)定，滿足設計要求。（3）根據(jù)孔隙水壓力監(jiān)測成果，堆載恒載期間，各土層的超孔隙水壓力值均有較大的消散，其孔隙水壓力隨時間的變化曲線逐漸趨于平穩(wěn)，說明土體的固結強度已逐步提高，地基處理效果明顯。（4）通過監(jiān)測表明，本次軟基處理設計方案是經(jīng)濟合理的，施工中無異常