某船舶制造场区堆载作用下软土地基变形分析

穆永亮

(定海区水利围垦局,浙江 定海 316000)

1 问题的提出

长白岛海洋工程装备和船舶制造项目位于浙江省舟山市长白岛蛟白门至车渡码头沿海地带,工程占地830 000 m2,一期工程建成后可年产60万t船舶。工程陆域部分主要为大片盐场,需回填才能使用。设计采用塑料排水板、堆载预压并结合强夯动力固结法对淤泥质土进行处理。

场区监测点的布置见图1。主要监测项目包括地表沉降、孔隙水压力、土层抗剪强度、深层水平位移等。场地内分9个区块共计设置35个沉降测点,14组孔压测点,36个土层抗剪强度试验点;外侧边缘外2 m设置7个水平位移测点。场区加载以石渣料为主,3级加载,第1级2.5m,历时2个多月,第2、3级各2m。现场观测时间自2007年5月起,历经480多天。

图1 监测仪器平面布置图

本文主要对1～3区的监测数据所反应的变形规律进行分析。

2 土层分布及特性

岩土层自水下地面以下按其成因类型、工程地质特征、土性结构及物理力学性质指标的差异,划分为7个工程地质层(亚层)。第①1层填土,埋藏较浅,结构松散,土质不均,稳定性差;第①2层淤泥、第②层淤泥质粉质黏土,具高含水率、高压缩性、高灵敏度的特点,工程力学性质较差;第③层可塑～硬塑状黏土,土的工程性质较好;第④层可塑状粉质黏土,工程性质较差;第⑤1层黏土,工程力学性质较好;第⑤2层黏性土夹砂砾,可塑,残坡积层,工程力学性质较好;第⑥层强风化晶屑凝灰岩工程性质较好,但埋藏浅空间分布不稳定,层厚变化较大;第⑦层中等风化晶屑凝灰岩,工程性能好,是较好的持力层。各土层的主要物理力学特性见表1。

表1 土层主要物理力学特性表

3 软土地基变形特性及分析

3.1 沉降变形与时间关系分析

根据现场监测数据分析,东侧区域平均沉降量1 539 mm,西侧区域1 584 mm,南侧和北侧区域分别为1 629,1 503mm,结果与地质情况吻合。东侧区域靠近山体,地质条件相对较好,其沉降量小于西侧区域;南侧区域临近海侧且边上有水沟,地质条件较差。从观测结果分析,累计沉降量小于设计值,主要因为部分监测点第3级加载较迟,沉降还未完成,且预留超高荷载也未完成。

从图2的曲线特征及量值分析,沉降主要发生于第1、2级荷载,第3级荷载明显小于前2级。总体分析,后一级荷载平均沉降速率小于前一级。在加荷过程中,瞬时沉降十分明显,部分测点沉降速率超过30mm/d,但一般持续时间较短,衰减很快,通常第2天或第3天就＜10mm/d,并逐渐趋于平稳。现场监测发现,加载后的沉降速率与加载厚度有较大关系,加载荷载较大不仅使沉降速率异常增大,而且使其衰减也较为缓慢。采用薄层多次加载的施工方法,可明显减少瞬时沉降,但同样要控制好停荷预压时间[1-2].。

图2 1～3区典型观测点荷载-沉降-时间关系曲线图

3.2 水平位移变形规律分析

从图3加载过程中最大位移与时间的关系曲线特征分析,位移变化向场地外侧方向,加载初期水平位移量较大,尤其反映在第1、2级荷载期间,说明附近回填时地基浅层土体向外侧挤淤较大。从趋势发展看,加载过后位移速率呈下降趋势,第3级加载后位移较小。

从图中可看出,最大水平位移在-5.5m高程附近,主要位于①2层淤泥和②层淤泥质粉质黏土层。但从深度关系曲线分析,最大影响深度超过20m。

图3 位移与时间关系曲线图

3.3 地基土变形和孔隙水压力的关系分析

图4 为超孔隙水压力与时间关系曲线。从图中可以看出,超孔压变化经历3个阶段,对应了3次施工加载过程,随后,孔压值不断消散,这主要是由于排水板发挥作用,使得土体有效荷载缓慢增加[2].。

孔压曲线比较灵敏地反映了荷载的变化,荷载增加,孔隙水压力增加,荷载停止,孔隙水压力开始消散,其值减小。

图4 孔隙水压力与时间关系曲线图

地基中孔隙水压力的消散过程,就是地基土发生固结的过程,也就是地基土的沉降过程。场地1～3区排水条件较好,固结度计算明显高于场地内部区域。南侧区域先于北侧加载,其固结效果明显好于北测,浅至中部土层的固结度在80%以上。

根据各级荷载作用下的孔压系数分析,加载时局部位置,尤其是浅层增量较大,已超过正常控制的0.6,最大的超过0.7。深部土层孔压系数较小,一般在0.3左右。从过程线分析,荷载影响深度超过20m。

4 结 语

(1)3级加载后区域地基土平均固结度达75%以上,沉降已大部分完成,地基处理达到预期效果。

(2)堆载预压施工时,应严格按加荷曲线进行分级加载,控制施工速率,使地基强度逐渐适应上部荷载的增加,急于求成,容易在施工期出现较大的沉降,增加填筑工程量,也易于导致地基的失稳。

(3)加载区的沉降过程并没有完成,地基尚有一部分主固结变形和次固结变形发生,而且填筑体本身也还有一定量的变形。同时,各区域荷载大小、预压时间不同,沉降速率也不一致。

(4)在这种面积较大荷载作用下地基变形的影响深度可能超出常规荷载作用下的影响深度[3].,因此在沉降计算中应引起注意。

[1].陈仲颐,周学星,王洪瑾.土力学 [M]..北京:清华大学出版社,1995.

[2].王引生.高速公路软土地基的沉降问题[J]..中国公路学报,1993,19(1):35-39.

[3].折学森.软土地基沉降计算[M]..北京:人民交通出版社,1998.