论文部分内容阅读
摘要：本文通过工程现场实测成果，探讨了填海区市政道路堆载预压软基处理监测方法
关键词：堆载预压；软基处理；监测
“软弱地基”(软基Soft Foundation)系指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土层构成的地基。堆载预压作为排水固结软基处理手段中的一种，是历史悠久、行之有效、较简便、经济合理的一种手段。该法于1943年首次在美国用于处理沼泽地段的路基，取得满意的结果，随后在世界各地得到推广；目前在我国的各项工程中被广泛采用。而在软基处理过程中，控制施工速率，了解处理效果，常常是通过对预埋在软土中的沉降板进行沉降观测以及对孔隙水压力的增长和消散进行监测，并对相关监测数据进行分析来实现的。
1工程概况
某填海市政工程位于深圳市中西北部，道路为西南至东北走向，全长458.62米，总宽度50米。本路段所在场地原始地貌为海积阶地，地势平坦，下卧有较厚的软弱淤泥层，淤泥层平均厚度为10.57米，最深处达14.0米。该淤泥层在填土和路面荷载作用下将产生较大的沉降变形和差异沉降，会严重影响道路的使用功能。场地内地层自上而下依此为：新近人工填土、第四系海积层、第四系冲积层及残积层。场内地下水主要赋存于第四系砂砾层，属于孔隙潜水，地下水主要受大气降雨及海水侧向补给，水量丰富，施工期间测得各孔地下水埋深为0.00～3.80米。对混凝土结构具有弱腐蚀性，对钢结构具有中等腐蚀性。
2软基处理要求及监测内容
2.1软基处理主要技术要求
1）道路等级：城市次干道II级。2）软基处理要求：工后沉降不大于150mm，差异沉降不大于2‰。3）交工面原位载荷板试验复合地基承载力特征值≥120Kpa。4）交工面回弹模量值≥25Mpa。
2.2监测内容
1）本工程监测分为两个区域，其中插板区布置沉降板9块，孔隙水压力计5组，深层沉降标5个，边桩6组。砂井区布置沉降板3块，孔隙水压力2组。2）依据设计要求，插板区在填筑路基土和预压土期间每天观测1次，在预压土满载期间，1个星期观测1次。砂井区在填筑路基土和预压土期间每2天观测1次，在预压土满载期间，5天观测1次。在监测过程中，如发现沉降量超过设计（大于10mm/d）或侧向位移过大（大于4mm/d），及时向监理单位反映。
3软基处理监测方案
3.1沉降监测
沉降板在插板后进行埋设，底板埋设在距土工布面上30cm～50cm砂层中，埋设时保持底板水平。测杆埋好后外面加套护管，并跟随在四周抛填预压土。埋设完成后进行初高程的测量，并作好相应记录。
根据工程设计,该路段地基分别采用插板堆载预压排水固结方法和砂井堆载预压排水固结方法进行处理。各观测点沉降量与该点的下伏淤泥层的厚度、上部堆载的厚度以及堆载速率有关。
监测沉降板以下土层在堆载作用下的沉降量及其随时间的发展过程。一方面可用来评价填土加载速率的安全合理性，另一方面可通过对观测结果的分析，计算出淤泥的实际固结度，推算出地基工后沉降值以及确定合理的卸载时间。各沉降板沉降量见表1和表2。
表1：插板区沉降板沉降量汇总表(止2月22日)
表2：砂井区沉降板沉降量汇总表(止2月21日)
3.2孔隙水压力监测
孔隙水压力是为了监测淤泥层在加载和稳载期间孔隙水压力的升高与消散情况，以指导加载工作和了解淤泥的固结状态。本工程插板區埋设5组孔隙水压力计，砂井区埋设2组孔隙水压力计。
监测数据显示，超静孔隙水压力的消散过程与实际加载情况比较吻合，在填土期间由于加载速率较快，超静孔隙水压力随之较快地上升，恒载后开始逐步消散。典型超静孔隙水压力曲线见图1。
图1：典型超静孔隙水压力曲线
3.3边桩侧向位移监测
边桩布置在软基处理边线的外侧，共有6组，对其侧向位移量进行监测是为了防止堆载速度过快和过高后引起地基的失稳。在填土期间，累计水平位移在7mm~16mm之间。填土期间各边桩侧向位移量基本在设计范围之内。典型边桩侧向位移曲线见图2。
图2：典型边桩侧向位移曲线
3.4地下水水位监测
地下水水位观测是为了了解抽排水的情况，从地下水水位的变化情况可以了解排水系统的工作情况及效果，并可直观地反映孔隙水压力的变化过程。在堆载期间地下水位在较小的区间内波动，反映排水系统工作正常。
3.5深层沉降标监测
深层沉降标埋设于淤泥层底部，反映的是淤泥下卧层的沉降量。通过监测掌握淤泥以下层的沉降随时间的变化过程。本路段共埋设了5个深层沉降标。典型深层沉降-时间关系曲线见图3。
图3：深层沉降-时间关系曲线
4监测成果分析
图4是插板区S-5的沉降-时间关系曲线，或称沉降过程线。
由沉降过程线可见插板区沉降总体有以下几个特点：
1）在加载期固结沉降较快，在满载预压期变缓。2）在加载期的沉降是以近乎直线的方式向前发展，但对应于每一级加荷都有较大的沉降发生，反映了淤泥对于加荷是极其敏感的。3）在满载预压期的沉降过程线是以较大沉降速率向前发展，预压2-3个月后开始转缓。
图4：沉降-时间关系曲线
4.1主固结沉降量推算
根据实测沉降资料，可以推算出预压荷载下的最终沉降量。推算得到的“最终沉降量”实际上是指固结度达到设计要求时地基的沉降量，不包括在主固结完成后发生的次固结沉降。推算最终沉降量的方法有双曲线法、Asaoka法和三点法。双曲线法是一种数学拟和的方法，而Asaoka法和三点法都是建立在一维垂直固结方程基础上的方法。
利用浅冈（Asaoka）法和三点法推算各沉降板的主固结沉降量见表6和表7，利用主固结沉降量减去实测沉降量，得到剩余沉降量，见表8和表9。由于篇幅有限，本文只列出部分数据。
表6：插板区主固结沉降量推算值（单位mm）
表7：砂井区主固结沉降量推算值（单位mm）
表8：插板区剩余沉降量计算结果汇总表
表9：砂井区剩余沉降量计算结果汇总表
4.2 工后沉降分析
软基处理的工后沉降量Sr由两部分组成：一是剩余主固结沉降量Src，二是次固结沉降量Sc，既：Sr= Src+Sc
在前述资料基础上，由资料进行分析，本场地15年的次固结沉降量在50mm左右,因此剩余主固结沉降量小于100mm就可满足工后沉降小于150mm的要求，工后沉降量Sr计算其结果见表10。
表10：工后沉降量推算结果
5结束语
通过对软基处理全过程的监测，该工程各项监测数据基本在设计允许的范围之内。至设计堆载预压时间，推算的工后沉降量达到设计要求，平均沉降速率为1.0mm/d，说明堆载预压方案的设计是合理的。在卸载前还需进行现场原位测试工作，验证预压之后软土的固结度、含水量、抗剪强度、承载力等工程参数是否达到设计指标。
注：文章内的图表、公式请到PDF格式下查看
关键词：堆载预压；软基处理；监测
“软弱地基”(软基Soft Foundation)系指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土层构成的地基。堆载预压作为排水固结软基处理手段中的一种，是历史悠久、行之有效、较简便、经济合理的一种手段。该法于1943年首次在美国用于处理沼泽地段的路基，取得满意的结果，随后在世界各地得到推广；目前在我国的各项工程中被广泛采用。而在软基处理过程中，控制施工速率，了解处理效果，常常是通过对预埋在软土中的沉降板进行沉降观测以及对孔隙水压力的增长和消散进行监测，并对相关监测数据进行分析来实现的。
1工程概况
某填海市政工程位于深圳市中西北部，道路为西南至东北走向，全长458.62米，总宽度50米。本路段所在场地原始地貌为海积阶地，地势平坦，下卧有较厚的软弱淤泥层，淤泥层平均厚度为10.57米，最深处达14.0米。该淤泥层在填土和路面荷载作用下将产生较大的沉降变形和差异沉降，会严重影响道路的使用功能。场地内地层自上而下依此为：新近人工填土、第四系海积层、第四系冲积层及残积层。场内地下水主要赋存于第四系砂砾层，属于孔隙潜水，地下水主要受大气降雨及海水侧向补给，水量丰富，施工期间测得各孔地下水埋深为0.00～3.80米。对混凝土结构具有弱腐蚀性，对钢结构具有中等腐蚀性。
2软基处理要求及监测内容
2.1软基处理主要技术要求
1）道路等级：城市次干道II级。2）软基处理要求：工后沉降不大于150mm，差异沉降不大于2‰。3）交工面原位载荷板试验复合地基承载力特征值≥120Kpa。4）交工面回弹模量值≥25Mpa。
2.2监测内容
1）本工程监测分为两个区域，其中插板区布置沉降板9块，孔隙水压力计5组，深层沉降标5个，边桩6组。砂井区布置沉降板3块，孔隙水压力2组。2）依据设计要求，插板区在填筑路基土和预压土期间每天观测1次，在预压土满载期间，1个星期观测1次。砂井区在填筑路基土和预压土期间每2天观测1次，在预压土满载期间，5天观测1次。在监测过程中，如发现沉降量超过设计（大于10mm/d）或侧向位移过大（大于4mm/d），及时向监理单位反映。
3软基处理监测方案
3.1沉降监测
沉降板在插板后进行埋设，底板埋设在距土工布面上30cm～50cm砂层中，埋设时保持底板水平。测杆埋好后外面加套护管，并跟随在四周抛填预压土。埋设完成后进行初高程的测量，并作好相应记录。
根据工程设计,该路段地基分别采用插板堆载预压排水固结方法和砂井堆载预压排水固结方法进行处理。各观测点沉降量与该点的下伏淤泥层的厚度、上部堆载的厚度以及堆载速率有关。
监测沉降板以下土层在堆载作用下的沉降量及其随时间的发展过程。一方面可用来评价填土加载速率的安全合理性，另一方面可通过对观测结果的分析，计算出淤泥的实际固结度，推算出地基工后沉降值以及确定合理的卸载时间。各沉降板沉降量见表1和表2。
表1：插板区沉降板沉降量汇总表(止2月22日)
表2：砂井区沉降板沉降量汇总表(止2月21日)
3.2孔隙水压力监测
孔隙水压力是为了监测淤泥层在加载和稳载期间孔隙水压力的升高与消散情况，以指导加载工作和了解淤泥的固结状态。本工程插板區埋设5组孔隙水压力计，砂井区埋设2组孔隙水压力计。
监测数据显示，超静孔隙水压力的消散过程与实际加载情况比较吻合，在填土期间由于加载速率较快，超静孔隙水压力随之较快地上升，恒载后开始逐步消散。典型超静孔隙水压力曲线见图1。
图1：典型超静孔隙水压力曲线
3.3边桩侧向位移监测
边桩布置在软基处理边线的外侧，共有6组，对其侧向位移量进行监测是为了防止堆载速度过快和过高后引起地基的失稳。在填土期间，累计水平位移在7mm~16mm之间。填土期间各边桩侧向位移量基本在设计范围之内。典型边桩侧向位移曲线见图2。
图2：典型边桩侧向位移曲线
3.4地下水水位监测
地下水水位观测是为了了解抽排水的情况，从地下水水位的变化情况可以了解排水系统的工作情况及效果，并可直观地反映孔隙水压力的变化过程。在堆载期间地下水位在较小的区间内波动，反映排水系统工作正常。
3.5深层沉降标监测
深层沉降标埋设于淤泥层底部，反映的是淤泥下卧层的沉降量。通过监测掌握淤泥以下层的沉降随时间的变化过程。本路段共埋设了5个深层沉降标。典型深层沉降-时间关系曲线见图3。
图3：深层沉降-时间关系曲线
4监测成果分析
图4是插板区S-5的沉降-时间关系曲线，或称沉降过程线。
由沉降过程线可见插板区沉降总体有以下几个特点：
1）在加载期固结沉降较快，在满载预压期变缓。2）在加载期的沉降是以近乎直线的方式向前发展，但对应于每一级加荷都有较大的沉降发生，反映了淤泥对于加荷是极其敏感的。3）在满载预压期的沉降过程线是以较大沉降速率向前发展，预压2-3个月后开始转缓。
图4：沉降-时间关系曲线
4.1主固结沉降量推算
根据实测沉降资料，可以推算出预压荷载下的最终沉降量。推算得到的“最终沉降量”实际上是指固结度达到设计要求时地基的沉降量，不包括在主固结完成后发生的次固结沉降。推算最终沉降量的方法有双曲线法、Asaoka法和三点法。双曲线法是一种数学拟和的方法，而Asaoka法和三点法都是建立在一维垂直固结方程基础上的方法。
利用浅冈（Asaoka）法和三点法推算各沉降板的主固结沉降量见表6和表7，利用主固结沉降量减去实测沉降量，得到剩余沉降量，见表8和表9。由于篇幅有限，本文只列出部分数据。
表6：插板区主固结沉降量推算值（单位mm）
表7：砂井区主固结沉降量推算值（单位mm）
表8：插板区剩余沉降量计算结果汇总表
表9：砂井区剩余沉降量计算结果汇总表
4.2 工后沉降分析
软基处理的工后沉降量Sr由两部分组成：一是剩余主固结沉降量Src，二是次固结沉降量Sc，既：Sr= Src+Sc
在前述资料基础上，由资料进行分析，本场地15年的次固结沉降量在50mm左右,因此剩余主固结沉降量小于100mm就可满足工后沉降小于150mm的要求，工后沉降量Sr计算其结果见表10。
表10：工后沉降量推算结果
5结束语
通过对软基处理全过程的监测，该工程各项监测数据基本在设计允许的范围之内。至设计堆载预压时间，推算的工后沉降量达到设计要求，平均沉降速率为1.0mm/d，说明堆载预压方案的设计是合理的。在卸载前还需进行现场原位测试工作，验证预压之后软土的固结度、含水量、抗剪强度、承载力等工程参数是否达到设计指标。
注：文章内的图表、公式请到PDF格式下查看