超载预压在短工期条件下软基处理中的应用

曾四平

超载预压在短工期条件下软基处理中的应用

曾四平

采用超载预压技术对某工程软土地基进行处理,以实测沉降为基础,采用双曲线沉降预估模型推算在不到 4个月内,土体固结度达到 80%,并逐步得到实测验证,说明了超载预压技术在短工期条件下进行软土地基处理是可行的。

超载预压,软土地基,沉降监测

0 引言

如何在短工期条件下采用排水固结法进行软基处理,已成为工程界的一个迫切需要解决的问题,当前已有多种排水固结技术在短工期条件下软土地基处理中得到试验性应用,如：真空联合堆载预压[1]、真空降水联合堆载预压[2]、超载预压等,但往往不是投资太高,就是工期依然要延长,很难达到预期效果。

宝钢某停车场位于近年吹填完成的滩涂区域,采用高超载比的超载预压技术进行软基处理,不但在短工期内完成了超载预压,而且各项检测与监测结果表明,其处理效果良好,且费用低廉,达到了各方预期的目标,本工程所用方法值得在类似工程建设中借鉴使用。

1 地基处理方案

1.1 工程地质条件概述

整个场地的工程地质非常复杂,共占地约 4.9万 m2,由生、熟地两种地质条件组成,生、熟地交界区域原为一老江堤,老江堤外抛有大量的建筑垃圾,吹填完成之后不久,在场地内堆存有高度不一钢渣,最大钢渣高度达 10m左右,钢渣区域大约占地 1.5万 m2。

场地内生地区域主要土层由上向下分布状况为：1)杂填土：属于较松散的土层,工程性能差,厚度约 1m～3m;2)吹填土：主要成分为长江冲填砂,吹填时间约 3.5年,厚度约 3m～5m;3)砂质粉土：其物理力学性质稍好,厚度约 0m～1m;4)淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土：均具有高含水量、高灵敏度、大孔隙比、高压缩性、低强度特性,是上海地区典型的饱和软弱地基土,厚度约 17m～19m;5)粉质粘土(地层编号⑤1)：其物理、力学性质稍好,属中等偏高—高压缩性、强度一般的地基土。

1.2 设计方案

1.2.1 方案描述

本工程工期要求地基处理不超过 7个月。经过方案比选,本工程采用塑料排水板+超载预压 +强夯组合方案进行地基处理,塑料排水板间距取为 1.3m,深度取为24m,正方形布置。运营期间停车场地坪的总荷载约为 40 kPa,本工程采用 1.7的超载比(超载所用荷载/运营荷载)进行超载预压。根据监测情况,待淤泥质土的平均固结度达到 80%后,开始卸载,然后进行夯击,最后采用振动碾压机将场地表层整平。

1.2.2 地基处理计算

超载设计之前,首先进行地基稳定性分析,当超载比为 1.7时,计算得到的稳定安全系数为 2.03,所以超载不会引起场地的稳定问题。根据勘察单位提供的 e—p曲线,采用 1.4的沉降经验系数得到整个场地的最终沉降为 1.37m。

1.2.3 地基处理施工过程概述

本场地自 7月 20日左右开始打设塑料排水板,在靠近生、熟地区域,由于土体经过上部钢渣预压的作用,不再打设塑料排水板,而将超载调整到2.2,即堆载高度调整为 5m。8月上旬开始堆载,截至 9月 20日左右堆载结束。

2 处理效果分析

2.1 地面沉降监测结果分析

本场地共布置了 13个沉降观测点,选取3条典型地表沉降曲线进行分析,如图 1所示,S2位于生地的边缘区域,S7为生地的中心区域,S13靠近熟地区域,从图 1中可以发现：1)超载有助于加速沉降,3个测点周围均发生较大的沉降,截至 12月 3日,在堆载不到 2.5个月的时间内,S7的最大沉降达 758mm,S2达到 698mm,S13附近局部没有打设排水板,最大沉降也达到 437 mm;考虑到监测之前的沉降,整个场地的平均固结达到 70%左右,相比场地周边的道路,其工程参数基本相同,采用等载预压进行处理,预压8个月,其最大沉降只有 632mm,而其沉降已经稳定,说明超载预压效果非常显著,既达到了地基处理目标,又缩短工期的目标,且造价增加不到 20元/m2。2)插设排水板有助于加速沉降,对比S2,S7和 S13的曲线可以发现,截至 12月 3日,S13的沉降量只有S2和 S7的 60%左右,说明堆载结束后,S13附近土体由于没有排水板的作用,排水效果远不及插设排水板区域的土体,所以总沉降偏小。3)堆载中心区域的沉降大于生地边缘区域的沉降,在同样堆载高度的情况下,S7的总沉降要大于 S13,说明整个场地的沉降呈现为锅底状。

其中,St为 t时刻的沉降量,m;S0为初期沉降量(t=t0时刻),m;S∞为地基最终沉降量,m;t0为沉降预测的起始时间,d;t为距t=t0的时间,d;α为综合反映地基固结性质的待定系数。

以 S3为例,其 S0=291mm,由双曲线预估模型得出 S3的总沉降量 S∞=1 166.6mm,待定系数 α=110.4,则任意时刻的沉降量可表示为：

双曲线沉降预估模型拟合的曲线与实测曲线对比如图3所示。

2.2 超孔隙水压力监测结果分析

本场地共布置 3处孔隙水压力测点,选取其中的A测点进行分析,其中 A-1代表埋深20m,A-2代表埋深 15m处的数据,从图 2中可以发现,从整个变化趋势来看,在堆载施工期间,超静孔隙水压力明显增加,在堆载预压期间,超静孔隙水压力逐渐消散,土体固结度逐渐提高,其中A-1处的超静孔隙水压力变化尤为明显,所以本次监测数据基本上能反映超载预压作用下超静孔隙水压力变化的特征。

2.3 卸载时间的确定

本文根据实测沉降数据,采用双曲线沉降预估模型[3]对卸载时间进行预估。

2.3.1 双曲线法的基本原理

双曲线沉降预测模型的基本假设就是“沉降—时间”关系呈双曲线形式。双曲线沉降预测模型的数学表达式为：

2.3.2 卸载时间推算

根据实测数据采用双曲线预估沉降模型得到总沉降为1 166.6mm,则需达到 80%固结度的沉降为 933.3mm,减去监测之前的沉降约 0.2m,则实测数据为733.3m左右可以卸载,可反推得到 t=113 d,即次年 1月 10日可以考虑卸载。再考虑到卸载及强夯所用时间,整个工期达到了要求。

采用超载预压技术进行软基处理,不仅时间短,效果好,而且大大节约了投资,值得在类似工程中推广使用。

3 结语

1)在满足地基稳定的前提条件下,采用高超载比的堆载预压技术,在不到 2.5个月的时间内,软土地基沉降达 758mm,固结度达 70%左右,不仅效果显著,造价仅比等载预压高出不到 20元/m2,说明超载预压不仅效果显著、造价低廉,且能满足工期要求;

2)整个场地的沉降是中间大、边缘小,近似呈锅底状;

3)采用超载预压技术,超静孔隙水压力先增大后变小,直至趋近于零;

4)采用双曲线沉降预估模型法得到在不到 4个月的时间内,土体固结度达到卸载要求的 80%,并逐步得到实测验证,即可进行卸载。

[1]龚晓南.地基处理工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社,2008：6.

[2]谢弘帅,宰金璋,刘庆华,等.真空降水联合预压加固高速公路桥坡软基技术研究[J].中国公路学报,2003(2)：27-30.

[3]凌建明.高等级道路桥头引道沉降处理辅助决策研究[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,工程师,宝钢工程技术集团有限公司,上海 201900