真空联合堆载预压加固软基的监测数据分析

张　瀚，闫成彧

(浙江宏宇工程勘察设计有限公司，浙江舟山 316100)



真空联合堆载预压加固软基的监测数据分析

张瀚，闫成彧

(浙江宏宇工程勘察设计有限公司，浙江舟山 316100)

摘要：以浙江舟山LNG接收及加注站软基处理项目为实例，对真空联合堆载预压区内的监测数据进行了分析，由此推算出地基最终沉降量、固结度等信息，并同时为下一阶段的施工提供一定的参考依据。

关键词：真空联合堆载预压；沉降观测；孔隙水压力观测；最终沉降量；固结度

地基加固工程施工过程中软土地基的变形、稳定和加荷速率有着密切的关系，如地基失稳将会破坏软土中设置的排水通道，达不到加固的目的[1]。为了确保地基加固达到预期效果，随时监测施工过程中地基的变形和固结情况，有效控制加载速率与进程，防止地基剪切破坏，以及为了保证施工安全及检验施工质量，就必须对地基的变形、固结、强度增长等进行现场监测与分析，以便为今后设计地面建筑物和场区的使用提供必要的地基参数，以满足设计和使用要求。

1工程概况

拟建浙江舟山LNG接收及加注站软基处理项目位于螺门乡牛头山东侧，场区东南侧为梁横山，北侧为海堤公路，港区陆域总面积约66.67 hm2。项目包括液化天然气储罐、码头、工艺装置区、生产调度综合楼及辅助设施等，建设地点位于钓梁Ⅱ期围垦工程区域范围内，全部为填海造地形成的陆地。工程场区位置见图1。

根据地质勘察报告，场地区域主要分布有5层土层：第一层为吹填粉细砂，厚度约5 m；第二层为淤泥质黏土，厚度约20 m；第三层为粉质黏土，厚度约35 m；第四层为含黏性土碎石，厚度约10 m；第五层为强风化熔结凝灰岩，未钻透。各土层主要物理力学参数见表1。

场地为海岛丘陵及海积平原地貌，水系不发育，场地直接临海，外侧有防护堤，在场区和场地西侧分布有养殖塘。场地孔隙潜水主要分布在浅部填土、淤泥、淤泥质粉质黏土中，分布广泛，水量较小。孔隙承压水主要赋存于深部含黏性土碎石中，水量不丰。场区基岩裂隙水水量较小、径流缓慢，对工程影响小。

本工程总处理面积319 986 m2，根据区域地质条件的不同采用以下三种工艺：一期储罐区(60 909 m2)采用真空联合堆载预压；抛石区(56 722 m2)采用强夯处理；其余区域(202 355 m2)采用真空预压。图2为工程监测仪器平面布置图，按设计图要求，每个加固区内布置深层分层沉降仪、孔隙水压力仪、地表沉降标和膜下真空表，在加固区外布置了水位观测仪和测斜仪。

图1　工程场区位置图

土层名称厚度/m粘聚力/kPa内摩擦角/(°)地基承载力/kPa压缩模量/MPa吹填粉细砂50331012淤泥质黏土201210602.8粉质黏土3532161105.5含黏性土碎石1034035060强风化熔结凝灰岩—03545045

图2　监测仪器平面布置图

Z-1区真空预压面积为30 427 m2，场地分布有较厚的淤泥质土层，为加快地基加固效率，采用真空联合堆载预压法进行地基处理。本文将以储罐区Z-1区为例，进行监测数据分析。Z-1区监测项目及使用仪器见表2。

表2　Z-1区监测仪器信息汇总表

2监测数据分析

2.1表面沉降观测

沉降观测是进行软基加固效果分析的基础，其变化规律是控制软基处理施工进度及安排后期施工的最重要指标，也是判别结果是否正确的最直接检验标准和加固效果最直接的反映。图3为各阶段各沉降标荷载-时间-沉降量变化曲线。

图3　累计沉降-荷载-时间关系曲线图

从图3可以看出，真空-堆载联合预压过程中各沉降板沉降显著，沉降速率前期较大，在回填料施工时，沉降速率也明显增大，之后渐趋稳定。后期逐渐减小，沉降曲线陡降明显，恒载80～120 d后，沉降速率减缓，沉降曲线趋于平缓。另外，加固效果的主要关键性指标是预压最终沉降量和现场固结度，本文采用三点法[2]对最终沉降量及固结度进行推算。

从实测的沉降-时间曲线上选取荷载恒定后任意三个时间t1、t2、t3，并使t3-t2=t2-t1，三点对应的沉降量分别为s1、s2、s3，β、最终沉降量S∞和固结度Ut分别按下列公式计算。停载后预压时间延续越长，推算的结果越可靠。

(1)

(2)

(3)

式中：St为t时刻的沉降量；

S∞为最终沉降量；

Ut为t时刻的固结度；

β为固结综合系数。

利用沉降标数据对最终沉降量和固结度的推算结果见表3。

表3　三点法沉降及固结度计算

2.2孔隙水压力观测

孔隙水压力的观测主要用来了解土体中有效应力发展变化的情况与过程。推算土体中强度的增长情况，反算土层的固结系数，从而推算该点不同时间的固结度，分析地基的稳定性。图4为孔隙水压力随时间变化曲线图。

图4　孔隙水压力随时间变化曲线图

从图4中可以看出，在刚刚抽真空时，孔隙水压力会出现一个峰值，之后孔隙水压力慢慢消散。当真空抽水放缓时，孔隙水压力会出现反弹，之后随着上部荷载增加，真空-堆载联合预压的进行，孔隙水压力继续消散，并渐趋稳定。

2.3分层沉降观测

测定加固范围内土体各土层的压缩变形量及沉降过程，为分析检验土体固结变形和控制工程质量提供重要依据。在土体固结过程中，土体发生压缩沉降，磁环随之下降，通过不同时间的观测，可以得到不同土层在加固过程中的沉降曲线，同时了解各土层的压缩情况；进一步判断加固深度及各个土层的加固效果。图5为分层沉降随时间变化曲线图。

图5　分层沉降随时间变化曲线图

3检测项目

工程结束后，第三方检测单位进场对整个工程进行了检测，主要检测项目有十字板剪切试验、静力触探试验、钻孔取土及标准贯入试验、平板载荷试验和压实度试验。

地基承载力为检测项目中最重要的一项，设计要求地基处理后地基承载力特征值不小于120 kPa。经检测后，Z-1区承载力符合设计要求(表4)，另十字板剪切试验、静力触探试验、钻孔取土及标准贯入试验和压实度试验也全部满足设计要求。

表4　地基载荷试验成果表

4结语

通过对真空-堆载联合预压地基土体的表面沉降、孔隙水压力、真空度和分层沉降观测资料的综合分析，我们可以得到以下几点结论：

1)采用真空-堆载联合预压加固软基，效果明显，能够在较短时间内使土体固结，土体强度得到较大提高，并且在较短时间内填土加荷至设计标高，大大缩短施工工期。

2)Z-1区膜下真空度≥85 kPa，满载抽真空时间为125 d，满足设计要求的120 d。平均固结度达到设计要求(≥85%)。

3)抽真空时土体向加固区内移动，且表层土体位移比下部大。当堆载较快时，土体产生相对于上一次位置的短暂的向加固区外移动的位移，很快这种位移就被真空作用抵消，总的趋势是向加固区内的收缩变形。

4)Z-1区检测点，加固处理效果良好，其地基承载力特征值≥120 kPa，满足设计要求。

参 考 文 献

[1]龚晓南.地基处理手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.

[2]陈仲颐，周景星，王洪瑾.土力学[M].北京：清华大学出版社，2012.

收稿日期：2015-12-29

作者简介：张瀚(1985—)，男，安徽芜湖人，助理工程师，从事软土地基地处理工作。

中图分类号：TU472.3+3

文献标志码：B

文章编号：1008-3707(2016)05-0027-05

Analysis on the Monitoring Data of the Vacuum CombinedSurcharged Preloading Consolidated Soft Foundation

ZHANG Han, YAN Chengyu