超載預壓在短工期條件下軟基處理中的應用

曾四平

超載預壓在短工期條件下軟基處理中的應用

曾四平

采用超載預壓技術對某工程軟土地基進行處理,以實測沉降為基礎,采用雙曲線沉降預估模型推算在不到 4個月內,土體固結度達到 80%,并逐步得到實測驗證,說明了超載預壓技術在短工期條件下進行軟土地基處理是可行的。

超載預壓,軟土地基,沉降監測

0 引言

如何在短工期條件下采用排水固結法進行軟基處理,已成為工程界的一個迫切需要解決的問題,當前已有多種排水固結技術在短工期條件下軟土地基處理中得到試驗性應用,如：真空聯合堆載預壓[1]、真空降水聯合堆載預壓[2]、超載預壓等,但往往不是投資太高,就是工期依然要延長,很難達到預期效果。

寶鋼某停車場位于近年吹填完成的灘涂區域,采用高超載比的超載預壓技術進行軟基處理,不但在短工期內完成了超載預壓,而且各項檢測與監測結果表明,其處理效果良好,且費用低廉,達到了各方預期的目標,本工程所用方法值得在類似工程建設中借鑒使用。

1 地基處理方案

1.1 工程地質條件概述

整個場地的工程地質非常復雜,共占地約 4.9萬 m2,由生、熟地兩種地質條件組成,生、熟地交界區域原為一老江堤,老江堤外拋有大量的建筑垃圾,吹填完成之后不久,在場地內堆存有高度不一鋼渣,最大鋼渣高度達 10m左右,鋼渣區域大約占地 1.5萬 m2。

場地內生地區域主要土層由上向下分布狀況為：1)雜填土：屬于較松散的土層,工程性能差,厚度約 1m～3m;2)吹填土：主要成分為長江沖填砂,吹填時間約 3.5年,厚度約 3m～5m;3)砂質粉土：其物理力學性質稍好,厚度約 0m～1m;4)淤泥質粉質粘土、淤泥質粘土：均具有高含水量、高靈敏度、大孔隙比、高壓縮性、低強度特性,是上海地區典型的飽和軟弱地基土,厚度約 17m～19m;5)粉質粘土(地層編號⑤1)：其物理、力學性質稍好,屬中等偏高—高壓縮性、強度一般的地基土。

1.2 設計方案

1.2.1 方案描述

本工程工期要求地基處理不超過 7個月。經過方案比選,本工程采用塑料排水板+超載預壓 +強夯組合方案進行地基處理,塑料排水板間距取為 1.3m,深度取為24m,正方形布置。運營期間停車場地坪的總荷載約為 40 kPa,本工程采用 1.7的超載比(超載所用荷載/運營荷載)進行超載預壓。根據監測情況,待淤泥質土的平均固結度達到 80%后,開始卸載,然后進行夯擊,最后采用振動碾壓機將場地表層整平。

1.2.2 地基處理計算

超載設計之前,首先進行地基穩定性分析,當超載比為 1.7時,計算得到的穩定安全系數為 2.03,所以超載不會引起場地的穩定問題。根據勘察單位提供的 e—p曲線,采用 1.4的沉降經驗系數得到整個場地的最終沉降為 1.37m。

1.2.3 地基處理施工過程概述

本場地自 7月 20日左右開始打設塑料排水板,在靠近生、熟地區域,由于土體經過上部鋼渣預壓的作用,不再打設塑料排水板,而將超載調整到2.2,即堆載高度調整為 5m。8月上旬開始堆載,截至 9月 20日左右堆載結束。

2 處理效果分析

2.1 地面沉降監測結果分析

本場地共布置了 13個沉降觀測點,選取3條典型地表沉降曲線進行分析,如圖 1所示,S2位于生地的邊緣區域,S7為生地的中心區域,S13靠近熟地區域,從圖 1中可以發現：1)超載有助于加速沉降,3個測點周圍均發生較大的沉降,截至 12月 3日,在堆載不到 2.5個月的時間內,S7的最大沉降達 758mm,S2達到 698mm,S13附近局部沒有打設排水板,最大沉降也達到 437 mm;考慮到監測之前的沉降,整個場地的平均固結達到 70%左右,相比場地周邊的道路,其工程參數基本相同,采用等載預壓進行處理,預壓8個月,其最大沉降只有 632mm,而其沉降已經穩定,說明超載預壓效果非常顯著,既達到了地基處理目標,又縮短工期的目標,且造價增加不到 20元/m2。2)插設排水板有助于加速沉降,對比S2,S7和 S13的曲線可以發現,截至 12月 3日,S13的沉降量只有S2和 S7的 60%左右,說明堆載結束后,S13附近土體由于沒有排水板的作用,排水效果遠不及插設排水板區域的土體,所以總沉降偏小。3)堆載中心區域的沉降大于生地邊緣區域的沉降,在同樣堆載高度的情況下,S7的總沉降要大于 S13,說明整個場地的沉降呈現為鍋底狀。

其中,St為 t時刻的沉降量,m;S0為初期沉降量(t=t0時刻),m;S∞為地基最終沉降量,m;t0為沉降預測的起始時間,d;t為距t=t0的時間,d;α為綜合反映地基固結性質的待定系數。

以 S3為例,其 S0=291mm,由雙曲線預估模型得出 S3的總沉降量 S∞=1 166.6mm,待定系數 α=110.4,則任意時刻的沉降量可表示為：

雙曲線沉降預估模型擬合的曲線與實測曲線對比如圖3所示。

2.2 超孔隙水壓力監測結果分析

本場地共布置 3處孔隙水壓力測點,選取其中的A測點進行分析,其中 A-1代表埋深20m,A-2代表埋深 15m處的數據,從圖 2中可以發現,從整個變化趨勢來看,在堆載施工期間,超靜孔隙水壓力明顯增加,在堆載預壓期間,超靜孔隙水壓力逐漸消散,土體固結度逐漸提高,其中A-1處的超靜孔隙水壓力變化尤為明顯,所以本次監測數據基本上能反映超載預壓作用下超靜孔隙水壓力變化的特征。

2.3 卸載時間的確定

本文根據實測沉降數據,采用雙曲線沉降預估模型[3]對卸載時間進行預估。

2.3.1 雙曲線法的基本原理

雙曲線沉降預測模型的基本假設就是“沉降—時間”關系呈雙曲線形式。雙曲線沉降預測模型的數學表達式為：

2.3.2 卸載時間推算

根據實測數據采用雙曲線預估沉降模型得到總沉降為1 166.6mm,則需達到 80%固結度的沉降為 933.3mm,減去監測之前的沉降約 0.2m,則實測數據為733.3m左右可以卸載,可反推得到 t=113 d,即次年 1月 10日可以考慮卸載。再考慮到卸載及強夯所用時間,整個工期達到了要求。

采用超載預壓技術進行軟基處理,不僅時間短,效果好,而且大大節約了投資,值得在類似工程中推廣使用。

3 結語

1)在滿足地基穩定的前提條件下,采用高超載比的堆載預壓技術,在不到 2.5個月的時間內,軟土地基沉降達 758mm,固結度達 70%左右,不僅效果顯著,造價僅比等載預壓高出不到 20元/m2,說明超載預壓不僅效果顯著、造價低廉,且能滿足工期要求;

2)整個場地的沉降是中間大、邊緣小,近似呈鍋底狀;

3)采用超載預壓技術,超靜孔隙水壓力先增大后變小,直至趨近于零;

4)采用雙曲線沉降預估模型法得到在不到 4個月的時間內,土體固結度達到卸載要求的 80%,并逐步得到實測驗證,即可進行卸載。

[1]龔曉南.地基處理工程手冊[M].北京：中國建筑工業出版社,2008：6.

[2]謝弘帥,宰金璋,劉慶華,等.真空降水聯合預壓加固高速公路橋坡軟基技術研究[J].中國公路學報,2003(2)：27-30.

[3]凌建明.高等級道路橋頭引道沉降處理輔助決策研究[R].2001.

On app lication of overload prep ressure in soft foundation treatm ent under short engineering period

ZENG Si-ping

The paper adop ts the overload prepressure technique to treat the soft foundation of some p roject,based on the observation settlement,uses double curve settlement pre-evaluationmodel to predict soil consolidation degree reaches 80%within fourmonths,concludes the observation identification,and indicates the overload prepressure technique is feasible to treat the soft foundation under the short engineering period.

overload prepressure,soft foundation,settlementobservation

TU472.33

A

1009-6825(2011)03-0050-02

2010-12-09

曾四平(1976-),男,博士,工程師,寶鋼工程技術集團有限公司,上海 201900