排水板联合堆载预压软基变形监测分析.pdf

1 O 8 低温建筑技术 2 0 1 1年第 2期( 总第 1 5 2期 ) 排水板联合堆载预压软基变形监测分析 谢文耀 ( 上海市城市建设设计研究院 上海2 0 0 1 2 5】 【 摘要】 采用塑料排水板联合堆载预压法对软弱地基进行处理 ， 在预压过程中对软基沉降变形进行监测 ， 并以双曲线法和分层总和法对地基最终沉降量进行预测， 得出各土层平均固结度， 结果表明， 该法可有效加快软 基 固结过程 ， 对处理深厚软基是一种有效地方法 。 【 关键词】 软基处理； 堆载预压； 排水板 ； 沉降； 固结度 【 中图分类号】 T U 4 6 3 【 文献标识码】 B 【 文章编号1 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 1 0 2 0 1 0 8 0 3 0 引言 大量工程实践表明排水板联合堆载预压法是软 土地基处理 的有效方法之一 ， 由于受包括 地基 土层 、 填 土材料 、 加载过程 、 地下 水在 内的诸多 复杂影响 ， 使 得 排水联合堆载影 响下 的地基成 为非 常复杂 的系统 ， 所以堆载过程中软基沉降过程是施工监测的重点。排 水板堆 载预 压法 是在 软弱 地基 中打 设 塑料排 水板 形 成竖向排水通道 ， 缩短 排水距 离 ， 加快地 基 固结 ； 在表 层铺设砂 垫层作为横 向排水通 道 ； 在垫层 上部堆 载以 增加土中附加应力 ， 使 土体 中孑 L 隙水快速排出 ， 加 速土 体的固结 ， 以最终 达到提 高地基 强度的 目的 。 由于 塑料排水板与其他 的排水 体相 比具有 诸多优点 ， 近几 年在软基中插塑料排水板联合堆载预压法在国内软 粘土地基处理中被广泛采用 ， 成为排水 固结法 中最主 要的方法 。 1 工程概况 沿海某建设工程 ， 属海积平原 ， 场地 内分布的淤泥 厚度大 ， 力学强度低 ， 压缩性高 ， 工程地质条件较差 ， 需 进行地基处理 ， 地下 水埋 深为 0 91 1 5 m， 地 下水为 孔隙承压水和基岩裂隙承压水。 地层结构自上而下分别为： ( 1 ) 素填土： 成分为粘性土、 少量的砂， 表面有 生 活垃圾 ， 厚度 0 8 01 6 0 m， 回填 年限 3 5年 。该 层欠 固结 、 欠压实 ， 工程地质性能差 。 ( 2 ) 粉 质粘 土 ： 成 分 以粘 粒 和粉 粒 为 主， 褐 灰 色 ， 饱和、 可塑， 在整个场地均有分布， 其顶板埋深为 0 8 01 6 0 m 。 下 伏 有 软 弱 层 淤 泥 ， 工 程地 质 性 能 不好。 ( 3 ) 淤泥 ： 饱和 、 流塑 ， 成分 以粘粒为 主 ， 含 有有 机质 ， 干强度高 ， 中部夹有薄层 细砂 ， 夹层厚 度为 0 0 3 0 0 5 m。其顶板埋 深为 1 5 0 2 3 0 m。该层 为 软弱 层 淤泥 ， 工程地质性能差 。 ( 4 ) 淤泥混 细砂 ： 饱 和、 软塑 流塑状 态 ， 成 分 以粘粒为主 ， 其 顶 板埋 深为 1 6 51 7 5 m。该 层 为软 弱层淤泥 ， 工程地质性能差 。 ( 5 ) 含圆砾卵石 ： 稍 密 中实 、 饱 和 ， 分选一般 ， 其顶板埋 深为 1 8 21 9 6 m。该层 分布 不均匀 ， 厚度 变化较大 ， 不会产 生砂土液化 ， 下伏没 有软弱 夹层 ， 工 程地质性能较好 。 鉴于场地地质条件较差 ， 淤泥层厚度较大， 且结合 场地地面设计标 高 ， 地基处理设 计采用 塑料排水 板联 合堆载预压方法。工程采用厚 3 5 m m， 宽 1 0 0 m m的 A 型塑料排水板 。排水 板间距为 ： 1 2 1 2 m， 正三角形 布置 。水 平排水 通道为砂 垫层 ， 平均厚度约 0 5 m。塑 料排水板穿过淤泥和淤泥质 土层 。设计堆载采用全 面 堆载法 ， 工期为 1 5 d ， 堆载后预压 1 2 0 d 。 2现场监 测 2 1 地表面沉降监测( 见 图 1 ) 在填方区周边一定距离且稳定地面设若干个沉降 观测基准点， 各基准点定期互校以复核其稳定性， 若发 现基准点不稳定须重新选择。按设计 布置在原地面位 置埋设地表沉降标， 用高精度水准仪测量测点的高程变 现代隧道技术 ， 2 0 0 4， 4 1 ( 6 ) ： 5 1 5 6 2 秦建设 ， 等 盾构姿态控制引起管片错 台及开裂问题研究 J 施 工技术 ， 2 0 0 4 ， 3 3 ( 1 0 ) ： 2 5 2 7 3 张强 盾构 隧道通 缝拼装 管片的上浮 和错 台研 究 D 上海 ： 上海交通 大学 ， 2 0 0 7 【 4 叶飞， 等 施工期盾构隧道上浮机理与控制对策分析 J M济 大学学报 ， 2 0 0 8。 3 6 ( 6 ) ： 7 3 8 7 4 3 5 叶飞 软土盾构隧道施工期上浮机理分析及控制研究 D 上 海 ： 同济大学 ， 2 0 0 7 收稿 日期 2 0 1 01 01 1 作者简介 陈亮 ( 1 9 8 2一) ， 男 ， 河北秦 皇岛 人， 助理 工程 师 ， 从 事盾构隧道施工与管理工作 。 谢 文耀 ： 排水板联合堆载预压软基变形监测分析 1 O 9 化以得到各观测点沉降量。堆载开始阶段， 每天观测 1 次 ； 当堆载达到设计要求后 ， 每周观测 1 2 次 。 填 粉质粘土 淤 泥 图1 沉降观测点埋设示意图 本次沉降观测采用埋设沉降盘的方法， 观测地基 压缩层的整体压缩量。埋设沉降盘护筒， 以沉降杆为 观测点 ， 采用水准测量方法 观测套管 的沉 降情况 。 沉降观测方法是将地基沉降的观测点通过接长 标杆引至地表面， 以基准点为基准， 通过在地表面观测 得出地表的各测点的沉降量 ， 其计算公式为： S =no Hi ( 1 ) 式中， s 为测点沉降； n o 、 H 为初始及第 f 次观测 的高程。 根据每次测得的沉降板高程与初始高程的差值， 可计算出测点在不同时间的沉降量， 如表 1 所示。 表 1 地表沉降观测结果 2 2土层深部分层沉 降监测 用钻机成孔后在孔内埋人分层沉降观测管， 将磁 感应环固定 在观测管的相应 深度 ， 并埋设于预定深度 ， 磁环埋设时应确保其可与管周土体保持同步变形。用 带长度测量标尺 的 磁感应 器 以高 程 已知 的管 口为基 准点观测各磁感应 环高程 的变化 ， 据此 得到不 同深度 土层的沉降量和不同深度土层之间的相对压缩量。每 次观测前应先测量管 口标高， 且每次观测时磁感应器 测量标尺应置于管 口固定 位置 ， 一般 每 次测量应 重复 两次， 两次观测结果误差不得超过 2 ra m。堆载开始阶 段 ， 每天观测 1次； 当堆载达到设计要求后， 每周观测 1 2次。 分层沉降通过电磁式沉降仪、 沉降管、 沉降环进行 监测。得到不同深度在不同时期土体的分层压缩量 ， 如表 2所示。顶环的沉降量分别为 5 0 8 、 5 1 1 m m， 与场 地地表最大沉降量 5 0 9 m m基本吻合。 表 2 分层沉降 喜 沉 降 量 苎 示 意 图 号 号 ra m 土 层 4 5 0 8 粉质粘土 淤泥 i 4 3 2 9 5 淤泥 。 3 F1 。 2 1 4 9 2 淤泥 1 1 1 7 8 淤泥混 狮 砂 5 5 1 1粉耍 淤泥 -5 4 2 91 4 淤泥 -3 3 1 91 淤泥 -2 2 1 2 3 1 I 淤泥混细雹 1 5 5 淤泥 3沉 降量理论计算 结果与实测结 果的比较 3 1 双曲线法推求总沉降 根据监测资料对最终沉降量进行推算， 并将观测 的沉降量与计算值进行 比较 。根 据已知沉降数据推算 最终沉降的主要方法有双曲线法、 沉降速率法、 指数曲 线法和星野法等。如果监测时间超过半年， 双曲线法 的推求结果 与 实测 接近 。双 曲线法 是假 定 沉 降平 均速率以双曲线形式减少的经验推测方法。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。故此次采用双曲线 法推求最终沉降量 ， 公式( 2 ) ： t =0+b t S ( 2 ) 式 中 ， ： t 一 ， s =S 一S 0 ， t 0 及 s 0 为满 载后 沉 降曲线的计算起点。从上式可知 ， 当 t = 时， S = b ， 进而求得最终沉降 S = s 。 + s 。 3 2分层总和法计算地基总沉降量 应力面积法 一 般按 地基 土 的天 然分 层 面划 分计 算 土层 ， 引入土层 平均附加应力的概念 ， 通过平 均附加 应力系数， 将基底中心以下地基中 一 一 。 深度范围的 附加应力按等面积原则化为相同深度范围内矩形 布时的分布应力大小， 再按矩形分布应力情况计算土 层 的压缩量 ， 各 土层 压缩量 的总和 即为地基 的计算 沉 降量 。理论上基础 的平均 沉降量用公式 ( 2 ) 表示为 ： n n s ： s = -o ( 一o i 一 = ) ( 3 ) I 式中， s 为地基最终沉降量( 蛐 ) ； n为地基压缩 层( 即受压层) 范围内所划分的土层数；P o 为基础底 面处的附加压力( k P a ) ； E 为基础底面下第 层土的 1 1 0 低温建筑技术 2 0 1 1年第 2期 ( 总第 1 5 2期 ) 压缩模量( M P a ) ； 毛、 一 。 为分别为基础底 面至第 i 层和 第 i 一1 层底面的距离( m) ； 。 、 一 。 为基础底面计算点 至第 层和第 i l 层底面范围内平均附加应力系数。 为沉降计算经验系数， 取 1 2 。 结合 6 个沉降观测点附近的地质钻孔剖面， 采用 双曲线法及分层总和法计算各点的地基总沉降量如 表 3 所 示。 截止 2 0 0 9年 9月 2 5日， 对场地而言 ， 在超载作用 下 ， 按分层总和法计算的总沉降量， 备土层平均固结度 为7 8 9 一 9 0 9 ； 按推求法计算的总沉降量， 各土 层 平均固结度为 8 3 4 9 4 4 。 4结语 ( 1 ) 以分层总和法和双 曲线法 推测软基最 终沉 降量都有一定的局限性， 但针对六个监测点分析情况 来看 ， 在有足够观测数据情况下 ， 分层总和法更能 准确 预测软基沉降及 固结情况 。 ( 2 ) 按双曲线法推求固结度， 尽管 J l 、 J 2观测点 沉降大于其它四个监测点的沉降值， 但是它们的固结 度情况相反 ， 要小于其 它四个观测点 的固结度 ， 所 以固 结度仅与相对沉降量有关。 表 3 沉降实测及计算总沉降量 ( 3 ) 分层沉降结果表明， 顶环的沉降与邻近地 表沉降基 本 吻合 ， 分 层沉 降 环 顶 环 的沉 降 量 分 别为 5 0 8 、 5 1 l m m。根据分层沉降， 淤泥厚度约为 1 2 5 m时， 主淤 泥 错 误 ， 未 找 到 引 用 源 。土 层 沉 降 量 4 3 0 4 5 6 m m， 处理效果显 著。 ( 4 ) 在超 载 4 5 k P a 作 用下 ， 按分 层 总和 法计算 的总沉降量 ， 各 土层 平均 固结 度 为 7 8 9 9 0 9 ； 按双曲线法计算的总沉降量， 各土层平均固结度为 8 3 4 9 4 4 。竣 工后 ， 如 正 常使 用 荷 载按 3 0 k P a 考 虑 ， 理论上在超载预压后 ， 沉降量已全部完成 。 参考文献 1 黄铭 ， 等 考虑堆载预压进 程的地基沉 降监测分 析 J 路基 工程 ， 2 0 0 8， ( 4 ) ： 6 0 6 1 2 赵家成 堆载预压法在处理软 基中的工程应 用 J 三峡 大学 学报 ( 自然科学版 ) ， 2 0 0 5 ， 2 7( 5 ) ： 4 2 0 4 2 3 3 丁江澍塑 料板排 水堆 载预压 法处理 软基 的固结 沉降研 究 M 广东 ： 广东工业大学 。 2 0 0 5 4 王晓谋 ， 袁怀宇 高等级公 路软 土地 基路 堤设计 与施工技 术 M 北京 ： 人 民交通出版社 ， 1 9 9 7 5 张峰塑料排水板堆载预压法处理深厚软基的工程应用研究 J 建筑科学， 1 9 9 7， ( 2 ) ： 4 0 4 3 6 姜远文， 吉随旺 软基插塑料排水板堆载预压处理监测试验研 究 J 兰州铁道学院学报( 自然科学版) ， 2 0 0 1 ， 2 0 ( 3 ) ： 2 5 2R 【 收稿 日期 2 0 1 01 O一2 0 作者简介 谢文耀( 1 9 6 7一) ， 男， 上海人， 技师， 主要从事岩 土工程勘察工作 。 ； 低温建筑技术 承揽广告业务 低温建筑技术 竭诚为广告客户的市场营销和扩大市场份额提供优质服务 ， 为提升企业 的形 ； 象 和 知 名 度 服 务 ，为 宣 传 最 新 的 科 技 信 息 和 成 果 、最 优 秀 的 产 品 、最 先 进 的 企 事 业 单 位 搭 建 平 台 。 、 、 、 ， ， ， ， ， ， 、 ， ，