基于某工程实践的软基处理监测检测研究

鲁玉芬，开明，檀秋芬

(1.芜湖职业技术学院，安徽芜湖241000;2.芜湖市勘察测绘设计研究院，安徽芜湖241000)

研究软基处理的监测检测数据一方面能验证处理后的地基是否满足其技术要求，另一方面，通过对相关数据进行分析，获得必要的参数值，验证设计并监测工程的安全性，为下阶段工作做好准备。

1 工程概况

1.1 工程简介

芜湖奇瑞汽车有限公司第五轿车厂冲压车间长194 m，宽173 m，面积33 368 m2，厂房采用桩基础轻钢结构，共设7跨，跨度24～30 m，柱距9 m。根据使用功能，冲压车间划分为模具堆放区和冲压地沟区。模具堆放区长194 m，宽91 m，面积17 654 m2，地坪荷载100 kPa。冲压地沟区设4条冲压地沟、1条设备基础地沟和1条废料地沟，冲压地沟区长194 m，宽63 m，面积12 222 m2，地沟开挖深度约8 m。废料地沟长194 m，宽19 m，面积3 686 m2，开挖深度5 m。本文仅讨论冲压地沟区的软基处理监测检测结果。

1.2 地基处理技术要求

根据该工程的特点，地基处理技术要求如下：

(1)满足地沟开挖过程中的稳定要求;

(2)处理后的地坪承载力不小于100 kPa;

(3)消减使用期的工后沉降及不均匀沉降。

2 工程地质条件

冲压车间场地位于芜湖开发区内，临近长江属长江漫滩地貌，原为农田、沟塘及民宅，现经整平回填，场地平整，场地自上而下地层分布如下：

(1)层：杂填土，含大量建筑垃圾，厚度0.20～7.00 m。

(2)层：粉质粘土，为芜湖地区常见“硬壳层”，可塑状，局部缺失，顶板埋深0.20～3.30 m，厚度0.60～4.20 m。

(3)层：淤泥质粉质粘土，青灰色，软～流塑，含有机质及腐植质，局部夹粉土。韧性低，无摇振反应，干强度中等。顶板埋深0.60～7.00 m，厚度3.30～15.00 m。

(4)层：粉质粘土，黄褐色，硬塑，局部缺失，韧性高，干强度高，顶板埋深0.30～5.40 m，厚度2.20～7.50 m。

(5)层：粉细砂，青灰色，稍密状，局部中～密状，含有机质，局部缺失，韧性低，有摇振反应。顶板埋深0.60～7.00 m，厚度0.10～17.50 m。

(6)层：粉质粘土夹粉土，灰褐色，可塑～软塑状，含少量云母片。韧性低，弱摇振反应，干强度中等。顶板埋深17.70～33.50 m，厚度0.30～12.20 m。

(7)层：粉质粘土，黄褐色，可塑～硬塑状，含Fe、Mn质氧化物结核，韧性较高，干强度高。顶板埋深17.70～33.50 m，厚度2.00～16.00 m。

(8)层：粉细砂，灰色，中密状，局部稍密，含粉土及砾石。韧性低，有摇振反应，干强度中等。顶板埋深26.70～37.00 m，厚度0.70～16.20 m。

(9)层：砾卵石，灰青色，夹1～2 cm大小颗粒的砾石，密实。顶板埋深40.30～46.00 m，揭穿厚度1.30～7.40 m。

3 软基处理施工

地沟开挖区的横向排水体采用粉细砂层，铺设厚度30 cm，竖向排水体采用B型塑料排水板，间距d=0.8 m，长度L=12 m，正三角形布置。采用直排式真空预压法先进行地基处理施工，然后再进行地沟开挖。根据施工图要求，对地沟开挖区的直排式真空预压施工进行了分区，并结合工程实际情况，对现场分区作了适当调整，具体分区见图1。地沟开挖区真空预压最长达到159 d，最短134 d，平均抽真空达140 d，均已满足设计要求的天数。

图1 地沟开挖区真空预压分区示意图

根据现场地质情况，结合各地沟安全监测数据以及抽真空的效果确定了各地沟的具体开挖时间。在地沟开挖过程中，发现由于杂填土的厚度对真空度的影响较大，开挖过程中真空度损失较为严重，为确保地沟安全，在不破坏当前真空系统下的情况下，需要对地沟边界区域进行真空补强处理。各地沟的边界区域真空预压具体施工参数见表1。

表1 地沟边界区域真空预压施工参数统计表

4 监测与检测结果分析

4.1 地表沉降

地表沉降直接反映地基加固的程度，是分析软基沉降的基础。本工程冲压地沟区排水板施工完毕后，立即进行真空预压的施工，同时在预压时间满足设计要求时进行地沟的开挖施工。在整个施工过程中，各测点沉降情况汇总如下：

(1)1#～2#地沟

排水板施工期间测得沉降量约3.1 cm，预压期观测到地表平均沉降26 cm，累计沉降量最大38.2 cm，最小18.3 cm;该场地为第一块真空预压施工区域，由于此处原为房基并有河流穿过，在整平场地时，河流穿过区域发现大量的建筑垃圾填料，给现场真空预压密封带来了较大难度，后经采用换填方法解决了预压区的边沟密封问题，最终使得真空度达到80kPa以上。

该区域主要沉降量发生在地沟开挖前的预压期，在地沟开挖期间平均沉降量达到10 cm左右。监测数据表明，由于各测点位置的软土层及杂填土厚度差异性较大，导致同一区域各测点累计沉降量差别较大，是差异沉降发生的主要区域;沉降曲线的变化趋势及规律性基本一致，该现象表明真空预压已消除了部分差异沉降。该区域各测点荷载沉降过程线见图2。

(2)2#～4#地沟

排水板施工期间测得沉降量约2.9 cm，预压期观测到地表平均沉降27 cm，累计沉降量最大46 cm，最小14.5 cm。该区域主要沉降量发生在地沟开挖前的预压期，在地沟开挖期间平均沉降量达到12 cm左右，监测数据表明，地沟的开挖基本在土体达到相应固结度的基础上进行的;该区域杂填土厚度差别较大，局部区域地层中存在砂层透镜体，因此各测点的累计沉降差异明显，是差异沉降发生的主要区域。各测点荷载沉降过程线见图3。

(3)4#～5#地沟

排水板施工期间测得沉降量约3.3 cm，预压期观测到地表平均沉降20.1 cm，累计沉降量最大23.6 cm，最小16.4 cm;该区域软土层及杂填土厚度分布相对较为均匀，各测点的沉降量较为接近，该现象表明本区域的差异沉降相对较小。各测点荷载沉降过程线见图4。

(4)6#地沟

排水板施工期间测得沉降量约3.1 cm，预压期观测到地表平均沉降18 cm，累计沉降量最大19.2 cm，最小15.8 cm。各测点荷载沉降过程线见图5。

图2 1#～2#地沟地表沉降曲线

图3 2#～4#地沟地表沉降曲线

图4 4#～5#地沟地表沉降曲线

图5 6#地沟地表沉降曲线

4.2 孔隙水压力

地沟开挖区共埋设6组孔隙水压计，其中土体内4组，排水板内2组。在真空预压初期，孔隙水压力值随着真空负压的升高而降低，在排水板影响深度范围内根据地层不同，下降值在30～75 kPa;整个土体中孔压的分布规律表明，真空在土体中形成较好的负压场，土体在负压作用下随时间逐渐固结;在地沟开挖过程中，孔压值与该区域真空度呈一致的变化趋势，其曲线变化受真空度影响呈规律性发展。监测结果表明该区域的土体孔隙连通性较好，这与现场开挖时发现软土中存在粉细层夹层的现象较为吻合。地沟区各测点的具体情况如下：

(1)DK3组(2#～3#地沟之间)

该测点共埋设5只孔隙水压力计，最深15 m，位于排水板以下。孔隙水压力时程线见图6，图中曲线表明，地表下15 m以内为排水板打设深度范围，孔压均有不同程度下降，而且受真空度影响较大，其曲线变化规律与真空度基本一致;地表下9 m范围内的孔压下降值较为明显，呈随深度增加而减小的趋势，孔压下降值平均在40 kPa左右;当真空度达到80 kPa左右时，地表下12 m处的孔压下降值约30 kPa，地表下15.5 m处的孔压下降值约3 kPa，该现象表明真空荷载传递深度达到排水板底部一定范围，负压荷载在排水板打设深度范围的土体内分布较均匀。

(2)DK4组(3#～4#地沟之间)

该测点共埋设4只孔隙水压力计，最深12 m。孔隙水压力时程线见图7，图中曲线表明，地表下12 m以内为排水板打设深度范围，孔压均有不同程度下降;孔压下降值最大54.8 kPa，位于地表下3 m处，沿深度呈衰减趋势;孔压下降值最小29.5 kPa，位于地表下12 m处。

图6 DK3测点孔隙水压力时程线

图7 DK4测点孔隙水压力时程线

(3)DK5组(4#～5#地沟之间)

该测点共埋设4只孔隙水压力计，最深12 m。孔隙水压力时程线见图8，图中曲线表明，孔压下降值最大75.6 kPa，位于地表下3 m处，孔压下降值沿深度呈衰减趋势;孔压下降值最小15.2 kPa，位于地表下12 m处。

(4)DK2组(6#地沟区)

该测点共埋设4只孔隙水压力计，最深12 m。孔隙水压力时程线见图9，图中曲线表明，孔压下降值最大76.3 kPa，位于地表下3 m处，沿深度呈衰减趋势;孔压下降值最小47.4 kPa，位于地表下12 m处。

图8 DK5测点孔隙水压力时程线

图9 DK2测点孔隙水压力时程线

(5)PK1组(6#调地沟排水板内)

该测点共埋设3只孔隙水压力计，其中损坏1只，最深12.7 m。孔隙水压力时程线见图10，从图中可以看出，孔压下降值最大78.2 kPa，最小36.7 kPa，孔压的变化曲线与膜下真空度基本一致，此现象表明，负压在排水板中的传递存在一定的衰减，但其变化规律与膜下真空度呈同步发展。

(6)PK2组(4#～5#地沟之间)

该测点共埋设3只孔隙水压力计，最深9 m。孔隙水压力时程线见图11，从图中可以看出，孔隙水压力随时间在排水板内的变化趋势是一致的，孔压下降值基本一致约36.5 kPa，孔压的变化曲线与膜下真空度一致，此现象表明，真空度在排水板中的传递与膜下真空度变化一致。

图10 PK1测点孔隙水压力时程线

图11 PK2测点孔隙水压力时程线

4.3 深层土体水平位移

本工程中，由于各测点的数据量较大，为便于分析及统计，不再对各个测点进行单独分析，仅根据各测点显示的监测数据，对该冲压地沟区进行综合分析如下：深层土体水平位移主要埋设在地沟边界的搅拌桩与遮帘桩之间的土体中，其埋设深度为地沟开挖深度的3～4倍。整个深层土体水平位移的监测数据表明，在真空预压初期，地沟侧壁的水平位移表现为指向地沟外侧方向，最大位移量大部分位于地表处，位移量在50～150 mm之间，此现象表明，土体在真空预压作用下呈向内收缩的固结变形;在地沟开挖过程中，测点位移向相反方向移动，大部分测点在地沟开挖过程中偏离中心位置(预压前的位置)向地沟内移动，此现象对地沟的安全稳定极为不利，在整个开挖过程中，地沟侧壁土体偏离原始位置最大值为221 mm，位于地表下4.5 m处。各测点位移量随着地沟开挖深度的加大而增大，各地沟由于地层条件、测点埋设位置、膜下真空度的传递等不同而不同。

整个监测数据表明，在地沟开挖后期，遮帘桩起到抵挡部分土压力的作用，从而增大了地沟侧壁的安全系数。

在地沟侧壁浇注完毕后，由于地沟之间的间距较短，地沟之间的PHC管桩施工对地沟周边的土体产生较强的挤土效应，部分测点的位移量达到340 mm左右，该现象表明该测点附近土体已表现为破坏的状态。

4.4 现场十字板试验

测试结果表明，加固前土层剪切强度平均值35 kPa，重塑土十字板剪切强度平均值为8.5 kPa，灵敏度平均值为4.6。同时测试结果还表明，在个别区域，4～8m范围内的软土层十字板剪切强度高于下部土层强度，地表14 m以下土层十字板强度存在明显增大的现象。加固后地沟外侧土体十字板测试结果表明，原状土十字板剪切强度平均值为33.4 kPa，重塑土十字板剪切强度平均值为8.4 kPa。加固后地沟内十字板测试结果表明，原状土十字板剪切强度平均值为36.7 kPa，重塑土十字板剪切强度平均值为7.1 kPa。

从地沟开挖区加固前后十字板剪切强度对比，地沟开挖前，土体的强度有所提高，但幅度较小，开挖后，由于土体存在较强的结构性，地沟与地沟之间的间距较小，开挖过程以及PHC管桩施工对地沟周边的土体扰动较大，导致十字板剪切强度呈现减小的现象。

4.5 室内土工试验

本次室内土工试验土样为现场排水板施工完毕后所取土样，从室内土工试验结果可知，加固前场地内淤泥质土的含水量平均值39.2%，孔隙比平均值1.131，液限平均值36.7%，压缩系数平均值0.691，加固后，场地内淤泥质土的含水量平均值30.1%，孔隙比平均值0.9，液限平均值28.4%，压缩系数平均值0.4。由此可见，直排式真空预压后，软土的含水量、孔隙比、液限、压缩系数均匀较明显的降低，说明软土的物理力学性质指标有较为显著的改善，达到软基处理的预期效果。

5 结论

通过对软基加固过程中的监测及效果检测可以发现，直排式真空预压处理软基取得了非常好的效果。监测与检测数据表明：

(1)真空荷载在排水板与地基土体内传递效果较好。在预压前期，孔压降低值的分布沿深度虽呈衰减趋势，随着时间的推进孔压下降值基本与膜下真空度同步变化进行，曲线变化趋势基本一致，说明真空荷载在地沟开挖8 m范围内形成了一个负压分布场，对地沟开挖稳定较为有利。

(2)在排水板打设深度(L=12 m)范围内土体的深层水平位移较为明显，平均位移量(指向地沟边界外侧)达到80 mm，表明土体向真空预压区内呈收缩发展趋势，预压达到了预期效果。

(3)地沟开挖期间，深层土体水平位移由向地沟边界外侧发展为向地沟内侧移动，随着开挖深度的增加，位移量逐渐增大，地沟开挖深度范围内的大部分测点均偏离了加固前的位置向地沟内侧移动。监测数据表明，遮帘桩在开挖期间抵挡了一部侧向土压力，在与真空压力共同作用下维持地沟侧壁的稳定，最终6条地沟均成功开挖至设计标高。

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