真空预压地基加固过程监测与成果分析

2012-03-12罗烨基

中国新技术新产品 2012年11期

罗烨基

（厦门象屿港湾开发建设有限公司，福建厦门 361000）

1 工程概况

厦门翔安南部欧厝地块盐田废改项目（游艇产业基地）造地工程位于新店镇欧厝村东侧，其主要目标是利用现有前线海堤内侧废弃盐田及堤外滩涂条件填筑造地，并形成岸线长度1478m，造地总面积96.8公顷。项目实施后，所形成的土地可为翔安南部游艇产业基地提供场地。

2 工程地质条件

根据本场区岩土工程勘察报告，场地地基自上而下依次为吹填淤泥、原地基淤泥、粉质粘土、残积土、全风化岩、强风化岩和中风化岩等地层组成，组成情况如下：①全新统海积淤泥；②上更新统冲洪积层，②a粉质粘土，②b中粗砂；③第四纪残积层，③a残积砂质粘性土，③b脉岩残积粘性土；④全风化花岗岩；⑤强风化花岗岩；⑥中风化花岗岩；孤石；具体各土层特性见施工图设计文件。综上所述，其主要不良土层为吹填淤泥层，分布于整个场地表面。吹填淤泥层具有含水量高、压缩性大，透水性差、强度低等特性。

3 地基处理方案

真空预压法与常规的堆载预压法相比，具有加荷速度快，无需堆载材料、加荷中不会出现地基失稳现象等优点。该方法经济、实用，在软基处理工程中得到广泛应用，特别是在东南沿海地区的软基处理工程中，该方法的应用更是得到了广大工程技术人员的青睐。

由于本工程的特殊性——吹填泥处于流动状态，施工人员、机械都无法直接进场作业，给地基处理工作带来了极大的困难。根据现场的具体情况及工程的进度要求。设计采用先铺一层土工布和两层土工格栅后，再铺设1.0m厚中粗砂垫层，然后机械进场打设塑料排水板作为竖向排水通道，排水板间距为1.0m，正方形布置，打穿淤泥层。

根据设计文件要求，游艇产业基地地块吹填区分为B1~B13共13个区，在吹填完成后对13个吹填区采用真空预压法进行地基处理。为便于真空预压的实施和确保加固效果，部分吹填区细分为若干子区。

4 监测方法、监测结果及分析

鉴于B3区在整个软基处理过程中首先实施，为充分发挥监测工作对现场施工的指导作用，为后续各区积累经验，经业主、设计、监理等有关各方讨论达成一致意见，B3区在原设计B3-1和B3-2两个分区的基础上细分为B3-1-1、B3-1-2、B3-2-1、B3-2-2等四个分区，监测和检测仪器布置数量同时增加，加大对B3区的监测力度。下面对监测方法、现场监测及检测结果作一总结分析。

4.1 地表沉降

4.1.1 地表沉降监测方法

地表沉降通过设置地表沉降标进行监测，根据每次测得的沉降标高程，即可计算出测点在不同时间的沉降量、沉降速率、汇总得出测点的沉降～时间过程线。根据过程线可推求最终沉降量，工后沉降量等参数，从而对理论计算结果进行验证，为竣工验收提供依据。

4.1.2 荷载

各区抽真空开始10天后，膜下真空度达到80kPa，膜上覆水深度因场地平整度差异各处不等，综合考虑，按平均覆水深度为50cm作为预压荷载，则总的预压荷载达85kPa。

4.1.3 实测沉降

各区的实测地表沉降结果从图中可以看出，抽真空期间产生的最大沉降量达130cm，发生在B3区；最大沉降速率达39mm/d，发生在B9区。抽真空后期，各区的实测沉降速率均连续10天以上小于2mm/d，说明沉降逐渐趋于稳定。

4.1.4 沉降说明

表中实测沉降不包括前期铺砂垫层和打设塑料排水板期间所发生的沉降。从图表中可以看出，B3、B6、B9、B12区的实测沉降明显大于其它各区的沉降，这主要是由于这四个区都处于吹填施工时的出水口处，致使这四个区的吹填泥颗粒较其他各区要细，吹填泥呈流态；而其它各区都不同程度地沉积了较大的泥团或粗粒土，致使实测沉降偏小，但对于整个造地工程来说是十分有利的。

4.2 分层沉降

现场地基土体分层沉降通过电磁式沉降仪、沉降管、沉降环进行监测。

接近原地面的沉降环（顶环）的实测沉降即相当于地表沉降，埋设最深的沉降环（底环）的实测沉降即相当于下卧层的沉降，两环之间的沉降即为主要压缩层（吹填淤泥）所发生的沉降。从图表中可以看出，下卧层的压缩量均小于10cm，占整个压缩量的比例很小，说明实测沉降主要来自处于流态的吹填淤泥。比较地表沉降和分层沉降顶环的沉降量，可以看出B3-1-2和B3-2-1分层沉降管顶环的沉降量略小于对应的地表沉降量。而理论上二者应该基本一致，究其原因，主要是由于现场的客观原因，致使分层沉降管出现故障，造成后期测量结果偏小。

4.3 水平位移

水平位移监测结果所反映的是土体或结构物某一部位的倾斜度。本项测试采用活动式测斜仪，把测量结果整理成水平位移沿深度分布曲线，可反映地基各土层的水平位移变化情况。

根据设计文件，在B3区、B12区各埋设测斜管两根，B6区、B9区各埋设一根测斜管。从图表中可以看出，水平位移和位移速率都不大，这主要是由于加固区周边淤泥搅拌桩所形成的宽度达1.2m的密封墙体对水平位移的发展起到了很好的限制作用。

4.4 膜下真空度

在砂垫层中排水滤管所形成的双格网中心位置布置真空度测头，通过尼龙管穿出膜外，并做好密封工作，接上真空表，抽真空期间按设计要求读记真空表读数，监测膜下真空度的变化规律。

实测膜下真空度过程线从图上可以看出，抽真空10天后，膜下真空度迅速上升到80kPa以上，最大值达92kPa，真空度维持在80kPa以上的时间超过三个月；各监测断面的真空度变化情况基本一致，可见膜下真空度在整个加固区的分布基本相同，充分说明真空预压过程中密封情况良好。唯有B11区膜下真空度过程线出现了不连续的情况，造成这种状况的原因是由于B11区的密封沟出现漏气问题，经处理后，膜下真空度迅速上升到80kPa以上。

4.5 孔隙水压力

孔隙水压力采用钢弦式孔隙水压力计进行监测，通过孔隙水压力监测，可得到孔隙水压力～时间过程线，了解真空度在土体中的传递情况；还可以推求地基的固结度、固结系数等。

在各监测断面沿深度分别埋设孔隙水压力计4只。各区实测超静孔隙水压力随真空度和时间变化过程线从图上可以看出，孔压在抽真空期间一直处于下降状态，埋深较浅的变化量较大，埋深较深的变化量较小，表现出良好的规律性。

随着真空度的上升并渐趋稳定，埋深较浅的孔压迅速下降，实测最大超静孔压值达-77kPa；埋深较浅的孔压值降低幅度明显大于埋深较深的，说明真空度在淤泥中的传递沿深度衰减。

4.6 排水板中真空度

在排水板中沿深度（一般要求与孔压和淤泥中真空度测头对应）布置真空度测头，监测真空度沿深度的传递规律，监测方法与膜下真空度监测一致。

在每个监测断面各布置一根排水板中真空度监测仪器，每根排水板中沿深度布置4个监测点，具体位置与孔压和淤泥中真空度监测点对应，各监测断面的实测真空度过程线从图上可以看出，板中真空度明显小于膜下真空度，板中真空度还沿深度衰减，可见真空度在传递过程中明显存在沿程损失。

5 沉降、固结度计算分析

5.1 沉降

5.1.1 推求最终沉降

目前，根据地基加固时观测到的地面沉降或地基土分层沉降时间过程线推算地基的最终沉降量，常采用指数曲线法和双曲线法两种方法进行推算。采用双曲线法推求最终沉降可以最大程度地利用观测资料，减少任意性，使计算结果更趋合理。根据实测资料，用各区的地表沉降曲线推算最终沉降量。

5.2 固结度

固结度就是指在某一固结应力作用下，经某一时间t后，土体发生固结或孔隙水应力消散的程度。

5.3 计算结果分析

从表中可以看出，在预压荷载作用下，地基加固结束时的固结度平均值达到86%，工后沉降量小于30cm，达到了预期的加固效果。

6 加固效果检验

6.1 实测十字板强度

由十字板试验是在现场测定的土的抗剪强度，属于不排水剪切的试验条件，因此其结果应与无侧限抗压强度试验结果相当，十字板剪切试验适用于饱和软粘土，特别适用于难于取样或试样在自重作用下不能保持原有形状的软粘土。它的优点是仪器构造简单，操作方便，试验时对土的结构扰动比较小，故在工程中得到广泛应用。

地基加固前后分别进行了现场十字板剪切试验，表中强度均为吹填淤泥的平均十字板强度。从表中可以看出，十字板强度均有较大幅度的增长。试验结果见表1。

表1 现场十字板强度试验结果汇总（单位：kPa）

从表中可以看出理论计算强度增长量大于实测强度增长量，分析原因，真空度在新吹填淤泥中传递较为困难和现场十字板检测试验本身对土的扰动可能是两个主要因素。

6.2 十字板强度推算

按各分区的实际荷载量及地基加固结束时的平均固结度来计算各断面的理论平均强度增长量，计算结果见表1。各监测断面的实测平均强度增长量均小于理论计算值。分析原因，很可能是真空度在吹填淤泥中的传递比较困难所致。

6.3 用十字板强度推算地基承载力

根据实测十字板强度还可以由以下公式推算地基承载力：

式中：f为地基承载力，Su为实测十字板强度。

现场实测十字板强度平均值为19.3kPa，由式（1）可计算出真空预压处理后的地基承载力为61kPa，地基加固达到了预期的加固效果。

6.4 标准贯入试验

标准贯入试验孔采用回转钻进，并保持孔内水位略高于地下水位，单孔的试验结果可绘制标准贯入击数N与深度H关系曲线。根据标准贯入试验结果可判定土的力学性能。对比地基加固前后的标准贯入击数可评价地基加固效果。

从图表中可以看出，处理深度在6m以内的土的标贯击数大于15，根据现场勘察情况，道路区深度在6m以内的土主要为砂性土，参照岩土工程勘察规范和港口工程地基规范可以确定这部分土处于中密状态，达到了预期的处理效果。

6.5 取土样对比试验

分别在真空预压前后，在现场相距不超过2米的位置按规范取原状土样，严格按相关规范要求进行室内试验，对比前后两次土性指标的差异，评价地基加固效果。

对于真空预压区域，地基加固前后分别在现场相邻位置取原状土进行室内试验，比较加固前后的土性指标变化情况，对地基加固效果作出评价。地基加固前后的土性指标试验结果表明，地基加固后的土性指标得到了不同程度的改善，地基加固效果明显。

6.6 载荷试验

载荷试验是一项使用最早、应用最广泛的确定地基承载力的原位试验方法，也是到目前为止确定地基承载力最可靠的方法。该试验是在一定尺寸的刚性承压板上施加静荷载，观测各级荷载作用下天然地基土随压力而变形的原位试验。根据荷载-沉降关系线（P～S曲线）可确定地基土的承载力。曲线可分为三段：1直线变形阶段、2剪切阶段和3破坏阶段。根据试验所得到的P～S曲线可以评定地基土的承载力基本值f。典型的P～S曲线见示意图1。

图1 典型的P～S曲线

为进一步检验真空预压区和道路区的地基处理效果，分别在处理后的真空预压区和道路区进行平板载荷试验，试验点按设计要求经监理工程师现场确认后确定，加荷方式按慢速法进行，载荷板尺寸为1.5m×1.5m。载荷试验曲线（P-S曲线）从图上可以看出，P-S曲线没有出现明显的拐点，根据相关规范确定地基承载力。载荷试验结果表明，真空预压处理后的地基承载力大于60kPa，道路区的地基承载力大于100kPa；达到了预期的处理效果。