新近吹填淤泥地基表面沉降变形监测及其分析_一般地基承载力

　　摘要：新近吹填淤泥地基的特殊工程特性使得其沉降变形不同于一般的软土地基，沉降观测方法也存在一定程度的差异。通过真空预压排水固结法处理某吹填淤泥地基工程项目，详细介绍地表沉降观测的测点布置、仪器埋设和观测方法以及值得注意的事项，根据观测数据深入分析了真空预压荷载作用下新近吹填淤泥地基沉降发展过程和变形规律。结果表明，新近吹填淤泥的沉降量较大，具有阶段性和大变形特征，沉降发展与膜下真空压力的持续稳定密切相关，根据沉降量推求抽真空90天左右地基土层平均固结度达到80%以上，真空预压处理效果明显。
　　关键词：真空预压；吹填淤泥地基；地表沉降；固结度；软土地基
　　中图分类号：TU472 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）31-0066-04
　　1 概述
　　我国沿海地区随着社会经济的不断发展，可利用土地资源日益紧张，围海造陆工程为解决这一问题开辟了新途径。海底疏浚淤泥不仅为此类工程提供了大量的材料来源，而且减少了对周围环境的污染，而如何使新近吹填淤泥地基尽快排水固结成具有一定承载力的地基，为后续施工创建良好的平台是关键问题。
　　一般软土地基常用的地基加固技术主要有排水固结法（真空预压法或堆载预压法）、强夯置换法、高真空击密法、深层搅拌法、沉管碎石桩法、加筋土法等。而吹填淤泥地基在吹填过程中经物理、化学及力学作用的改造使得其工程特性极差，如含水量极高、压缩性极大、孔隙比极大、灵敏度极高、结构性极差、固结程度极低、承载力极低等特点，这些独有的特点导致一般软土地基的加固技术不适用，而真空预压法无需堆载材料，加卸荷方便，可一次连续加载至设计值，且不存在地基失稳等问题，因此，采用真空预压法对吹填淤泥地基进行加固处理。
　　真空预压法加固呈泥浆状态的新近吹填淤泥地基，随着大量的自由水和部分弱结合水被抽出地表，地基表面所产生的固结沉降是显著的。对于软土地基加固工程而言，开展地表沉降观测是分析软基沉降的变化规律和加固效果、验证设计参数的一个重要指标。新近吹填淤泥不同于一般的软土地基，故制定合理的监测方案并实时进行地表沉降监测，对于研究和揭示吹填淤泥土的固结变形特性，指导现场施工，检验各处理方案的加固效果具有重要意义。
　　本文结合温州滨海新区某吹填淤泥地基进行真空预压处理的现场试验，介绍了地表沉降监测布置方案、监测方法，对实测数据进行整理分析，研究了真空预压排水固结作用下淤泥表面的沉降变化过程、规律和特性以及淤泥土层的固结效果。
　　2 工程概况
　　某工程结合温州民营经济科技产业基地临时航道疏浚工程，将航道疏浚淤泥吹填至本工程围区，采用改性真空预压法进行地基浅层处理，形成工业用地。地基处理的有效深度为3m左右的吹填淤泥层，其加固处理后的场地地基承载力≥55kPa。具体施工工艺如下：
　　（1）以30×30m的网格布点进行勘探，以了解加固区域内各处的土质情况，确定塑料排水板的打设深度。
　　（2）排水主管、次管均采用波纹滤管，其中主管外径63mm，支管外径50mm，排水主管的间距为12m，次管的间距与排水板的间距一致，B型塑料排水板呈梅花形布置，其间距为0.8×0.8m；“板-管”
　　一体式插入预加固区域。
　　（3）排水板打设完毕、管路系统连接好之后，清理场地并铺设200g/m2无纺土工布，接着铺设2层厚为0.12mm的真空密封膜。
　　（4）埋设监测设备，膜下真空表为1个/
　　1000m2，沉降测点为1个/2000m2，为监测工作做好前期准备，同时布置抽真空设备，连接电源。
　　（5）接通电源试抽10～15天开始正式加载，正式加载时间不少于90天。
　　3 新近吹填淤泥土地基表面沉降观测方法
　　新近吹填淤泥地基呈泥浆状态，具有极高的含水量，固结变形所产生的地表沉降显著，与一般软土地基相比，地表沉降的水准点布置及校核频率、观测精度、观测频率等各方面不尽相同，有其独有的特点。
　　3.1 测点的布置
　　临时水准点、后视点及加固区域内各测点的布置既要方便监测工作，又要均匀分散布置，保证区域内各测点具有一定的监测精度。布置于区块之间的密封沟处的后视点采用长6mФ20mm钢筋打入原状土，顶部做好保护，避免人为沉降或倾斜。
　　某预加固区域分为24个区块，编号为B1～B24，其附近固有的水准点有三个，编号为HS1～HS3，编号为HS4～HS6的临时水准点由固有水准点引出，测站的编号为1～6及HS4～HS6，每个测站控制其周围一定范围内的测点，具体情况见图1和图2：
　　（以某区块为代表）
　　3.2 仪器设备与监测实施方案
　　3.2.1 监测设备：采用苏光DSZ2型和拓普康DS32型精密水准仪各一台及配套的5m长塔尺进行水准观测。
　　3.2.2 测点埋设：将水位尺固定在预先浇注的底座上，水泥底座要用柔软材料包裹好以免戳破密封膜，待密封膜铺设完成后均匀分散地布置在加固区域内，为避免抽真空期间沉降标倾斜，沉降板底座应平放在较平稳的点上，同时用足够重量的砂袋固定底座，禁止将底座压在排水管路和排水板上以免影响抽排水及压力传递工作。加固处理前期，由于吹填淤泥的特殊性地基表面稀软，监测时各测点人工扶尺子不仅影响监测数据的准确性，而且监测效率低，同时，长期踩踏场地会造成密封膜破损，进而影响真空维护工作，采用水位尺作为沉降测点的高程标示带来了很大的方便。
　　3.2.3 监测精度：由于新近吹填淤泥地基的固结变形较大，沉降监测精度不像公路、房屋建筑那么高，精确到0.01m即可。但是临时水准点及后视点应每周复核一次，调整监测结果，以免引起较大误差，导致监测结果不真实，同时已有的固定水准点、临时水准点及后视点最好建成闭合的高程网，互相校核后视点的高程，同时也防止了某一测点出现不测的意外。
　　3.2.4 监测频率及计划：根据设计要求加固期约为三个月，在抽真空期间泵上和膜下真空度为每12小时一次，地表沉降的监测在抽真空开始的第一个月内为一天一次，第二个月为两天一次，第三个月为三天一次，按照各加固阶段的监测频率进行实时监测。 　　3.2.5 资料整理及分析：对每天的监测数据进行及时整理分析，确保数据真实可靠，如有异常数据，须结合现场实际情况分析原因，指导施工方案，以使地基达到预期效果。
　　3.3 监测注意事项
　　3.3.1 加固区域内地表沉降量显著，对后视点及临时水准点应定期频繁校核，使得所测地表沉降更为准确可靠。
　　3.3.2 与一般软土地基相比，沉降速率更快一些且具有明显的阶段性，而阶段性的监测频率可以更好地探索地表沉降变化规律。
　　3.3.3 监测结果若出现沉降量为负值、真空压力较低等反常现象，及时分析原因指导施工，否则所有的监测工作、抽真空工作都将成为无用功。
　　3.3.4 对于突遇停泵、大面积漏气、恶劣天气来临前等异常情况，应加强监测和记录，以确保监测数据的连贯性和准确性。
　　4 现场监测结果及分析
　　4.1 地表沉降量和真空度的监测结果及分析
　　为保证加固区域的抽真空工作顺利进行，并且使其在设计工期内达到预期效果，抽真空期间对加固区内各区块的膜下真空度、地表沉降进行连续观测，便于及时发现问题及时指导施工。以某一典型区块的各测点的累计地表沉降量和其泵上及膜下平均真空度监测结果为例，具体情况如图3和图4
　　所示：
　　4.1.1 该区的泵上及膜下平均真空度的变化趋势基本一致，说明区域内的密封效果良好。试抽真空期间真空压力逐渐上升有利于形成顺畅的抽排水系统，避免了因受力不均或受力过猛而导致波纹管吸瘪现象严重；真空能量的传递符合能量守恒定律，膜下真空压力低于真空泵上的压力也是显然的。试抽真空工作两周后保持70%～90%的开泵率正式加载，真空压力的持续稳定有利于土体的排水固结而达到预期加固效果，施工期间真空压力受诸多因素如密封沟漏气、密封膜破损及临时停电等的影响有所波动。
　　4.1.2 整个加固期内，地表沉降基本可以分为三个阶段：第一阶段为0～30天，第二阶段为30～80天，第三阶段为80～100天。第一阶段，由于抽排出的是大量的沉淀水及自由水，沉降速率较大，最大达28mm/d，累计沉降量增加较快；第二阶段，沉降速率趋缓，累计沉降量平稳增长，各测点的差异沉降逐渐明显；第三阶段，沉降速率和累计沉降量基本趋于稳定，沉降速率小于2mm/d。
　　4.1.3 地表累计沉降的变化规律连续性较好，新近吹填淤泥沉降变形呈明显的大变形特征。保持良好的区域密封性能，使得膜下真空度持续稳定在高水平状态下，对于消除淤泥沉降，提高土层平均固结度，缩短抽真空时间，效果十分明显。
　　4.1.4 抽真空初期泥面沉降几乎呈线性变化，第一个月累计沉降量达到40～50cm，说明对于含水量超高的新近吹填淤泥而言，抽真空初期的排水固结效果明显。抽真空第2个月和第3个月沉降继续发展，抽真空3个月的累计沉降量占总沉降量的90%以上，3个月后沉降收敛稳定趋势明显。
　　4.1.5 各测点之间存在差异沉降，最大达23.7cm，主要是由于吹填淤泥极不均匀、厚薄不一，而且随着土体的排水固结，其结构和密实度处于不断的调整当中，导致不同位置的固结状况不尽
　　相同。
　　4.2 最终沉降量的推求和固结度的计算
　　由各测点的累计沉降曲线变化规律可以看出，吹填淤泥地基的地表沉降大致可分为快速沉降阶段、沉降发展阶段、基本稳定阶段等三个阶段。综合加固区内的吹填淤泥的工程特性和现场监测结果，采用三点法和双曲线法由实测地表沉降监测结果推求最终地表沉降量，进一步计算出由变形定义的加固区内的土层固结度。
　　由表1中的数据发现由三点法推求的土体固结度大于由双曲线法推求的固结度，综合二者的计算结果可知，土体的平均固结度>80%，真空预压法处理新近吹填淤泥地基的加固效果显著。
　　5 结语
　　由于新近吹填淤泥的土骨架尚未形成，真空预压法加固处理时可能引起土颗粒向排水板积聚，产生淤泥抱团现象，与一般软土地基真空预压相比，真空压力在吹填淤泥内的传递速度较慢、传递范围较小，从而造成吹填淤泥中的有效应力及强度改善速度远低于一般软土地基。通过分析新近吹填淤泥的沉降观测方法及加固区域内的真空压力、地表沉降等现场实测结果，得出如下结论：
　　（1）新近吹填淤泥地基的“三高三低”工程特性使得沉降监测工作不同于一般软土地基，临时水准点及后视点应频繁校核，并建立闭合的高程网以便相互之间复核，且阶段性的监测频率有利于探索地表沉降的变化发展规律；由沉降监测结果发现沉降的发展变化呈现明显的三个阶段：快速沉降阶段、沉降发展阶段、基本稳定阶段。
　　（2）由现场监测结果发现，真空压力的持续稳定有利于土体的排水固结和地表沉降的规律性增长，由实测的地表沉降量推求的土层固结度>80%，真空预压排水固结法加固效果显著。
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　　作者简介：邓才林（1962-），男，湖南邵东人，湖南省地质调查院院长，高级工程师，研究方向：变形监测理论与应用、基于低空遥感平台摄影测量技术及应用。
　　（责任编辑：周加转）

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