苏宁物流项目地基处理中地基土变形特性分析

白银银 强小兵

(温州浙南地质工程有限公司,浙江 温州 325000)

0 引言

真空预压是通过覆盖于地面的密封膜下抽真空，使膜内外形成气压差，使粘土层产生固结压力，增加地基土的有效应力。

真空预压作为一种地基处理方法，具有诸多优点，如施工速度快、造价低、工后沉降小，在加固新近吹填的软粘土地基中能快速的提高地基承载力、有效的控制工后沉降。但在实际施工过程中也会引起非加固区域内产生沉降和开裂，对周边环境产生不利影响[7]，如对加固区域以外有建筑物、构筑物、市政道路、地下管线、市政配套设施等，有可能引起沉降过大或差异沉降。为此，本文结合工程实际情况，分析沉降、排水板插板深度、插板间距、孔隙水压力、竖向变形及水平变形等地基土变形特征。

本文以温州苏宁物流中心地基处理工程为研究对象，该工程位于温州市瓯江口新区，属于新近吹填区域，通过现场监测数据来分析施工过程中地基土变形特征。

1 工程简介

1.1 工程概况

本工程场地位于温州市瓯江口新区，属于新近吹填区域，场地地貌类型属滨海淤积平原地貌类型，淤泥层厚度约60 m，局部为淤泥加粉砂层，天然含水量在60%以上。加固区域为吹填区域，采用覆水真空预压法加水泥土搅拌桩进行地基处理，占地面积15万m2，本次处理面积为3.4万m2,地基处理后承载力不小于110 kPa，工后沉降不大于15 cm,固结度达到90%以上。具体参数如表1所示。

表1 各土层物理参数指标(来源于本工程勘察报告)

1.2 地基土特性

吹填土是由海相淤泥及淤泥加沙经吹填机械吹至吹填区域内重新沉积形成陆地，土体性质分布极不均匀，可归纳以下特性：

1)低渗透性。新吹填的淤泥土体渗透性极低，透水性很差，大多数渗透系数在10-7cm/s以上，甚至10-8cm/s以上，固结时间较长。

2)高压缩性。大多数压缩系数在0.5 MPa-1～1.5 MPa-1之间，抗剪强度极低。

3)结构性不稳定。新近吹填的陆地，各层土体分布不均匀，夹沙层分布厚度高差约7 m，淤泥层呈流塑状态，结构不稳定，经扰动后几乎无承载力。

1.3 设计要求

1)库区要求处理后地面承载力不小于110 kPa，土体固结度不小于90%，工后沉降量不得大于15 cm。

2)道路及硬化路面处理后地面承载力不小于80 kPa，土体固结度不小于90%，工后沉降量不得大于20 cm。

3)采用土力学中分层综合法[8]计算土体最终理论沉降为1 180 mm，最终沉降1 100 mm。

1.4 监测方案及监测点布置

施工监测是地基处理工程中一个必不可少的重要环节，本次地基处理结合一期工程的相关经验及现行有关规范、场地周围环境等布置了表层沉降(18点)、真空度监测(18点)、孔隙水压力监测点(4点)、分层沉降(4点)、竖向水平位移监测点(2点)、表层水平位移监测点(6点)。

沉降监测其目的主要是了解沉降速率，得到沉降—时间曲线图，推算最终沉降量，计算残余沉降，控制施工进度(见图1，表2)。

水平位移观测在距压膜沟30 m，45 m，60 m的位置布置监测点，监测点采用监测专用的螺丝打入市政路面，在临近的桥梁等变形较小的位置设置参照点，利用全站仪采集监测点的坐标，通过计算得到水平位移，利用南方CASS统计监测点的偏移方向。

监测土体内孔隙水压力的主要目的是利用孔压—荷载关系，控制加荷速率，了解真空传递规律，推算固结度，进行稳定性验算。

表2 检测元件布置统计表

2 施工监测数据分析

2.1 沉降分析

本工程沉降监测周期为153 d，其中插打排水板35 d，抽真空118 d。真空预压加固软土地基固结沉降主要由两部分组成，一是插打排水板期间的沉降，插打排水板期间沉降的原因一是前期铺沙、场地平整等造成附加应力增大，孔隙水上升，二是插打排水板形成的孔洞周边发生挤压，导致孔隙水压力消散引起沉降。二是抽真空期间的沉降，密封膜内形成负压，孔隙水压力消散地基土沉降。

场地平整前布置10 m×10 m网格，采用水准仪测量整个场地的标高，插打排水板结束后用同样方策测量场地标高，计算插打排水板期间地基沉降。从图2中可以看出有2个拐点，第一个拐点在第35天出现。

前35天在插打排水板，曲线呈凹形，主要因为排水板施工到一定范围内孔隙水压力消散最大，该时段沉降最大，累计沉降33.84 cm，平均沉降速率1.16 cm/d,该段时间的沉降占总沉降的30.7%。

抽真空期间沉降监测布置如图1所示,图2中沉降数据为18个监测点的平均值。自第36天开始抽真空，在第70天出现第2个拐点，该时段沉降曲线趋于直线形，累计沉降47.13 cm，沉降速率为3.01 cm/d，占总沉降的41%，地基土固结度达到61%。自第71天开始至第120天，沉降速率逐渐降低，每天约降低0.07 mm，此时地基处理沉降已完成总沉降的95.2%，地基土固结度达到80%以上。第130天之后，沉降曲线趋于平缓，截止卸载，累计沉降92.3 mm,占总沉降的8.4%，最终地基土固结度达到94.2%。

综上所述，在真空预压施工中地基土的沉降主要发生在插打排水板期间和抽真空前期，其中插打排水板期间的沉降占整个过程的30.7%；抽真空前35天的沉降占整个过程的41。该段时间已完成整个过程沉降的71.7%，完成地基图固结度的61%,固结度计算公式见下式。

2.2 孔隙水压力分析

本工程孔隙水压力监测点共布置4点(见图1)，监测周期122 d，从图3(监测数据平均值)中可以看出抽真空前35天表层10 m范围内孔隙水压力消散趋势较大，5 m深度监测点测得前35天孔隙水压力消散51 kPa，占总孔压消散的77%,后期孔压消散15.05 kPa，整个过程中孔压消散66.05 kPa，而抽真空的荷载为86 kPa,可见抽真空荷载近似为真空膜下消散的孔隙水压力，在真空预压地基处理工程中表层(5 m～10 m)范围内的孔隙水压力消散主要在前期抽真空期间完成。一般认为真空预压法的有效加固深度为10 m[2-4],深度15 m处监测点监测整个抽真空过程中孔隙水压力消散为28 kPa；深度20 m处监测点监测整个抽真空过程中孔隙水压力消散为20 kPa；10 m～20 m孔压消散主要在后期抽真空过程中完成。深度25 m处监测点监测整个抽真空过程中孔隙水压力消散为13 kPa，本工程排水板深度为25 m，20 m～25 m处孔隙水压力消散主要由上部土体自重原因造成在排水板通道中形成孔压消散。

综上所述：真空预压法施工过程中真空度竖向可传递至15 m～20 m处；10 m范围内孔隙水压力的消散主要在抽真空前期完成；密封膜下的真空度可近似为孔隙水压力消散值。

2.3 排水板深度对边界处水平位移影响分析

真空预压地基处理中排水板的间距通常在0.8 m～1.5 m之间，温州苏宁物流二期工程排水板间距1.0 m，深度25 m，在距压膜沟外20 m,40 m,60 m的位置设置水平位移观测点(如图1所示)。在抽真空40 d后发现附近道路局部出现裂缝，路沿石等有轻微开裂，此时开始监测，从图4a)40 m处监测点日水平位移中可得出其日水平位移最大6.5 mm,该监测点为3号点，位移场地东北方向，可能受场地东侧和北侧两个方向的影响，导致该检测点的水平位移最大，之后采取压密注浆等措施来减少其水平位移的速率。从图4a),4b)来看，在监测第20天后日水平位移逐渐减小，可见压密注浆(梅花形布置)等可有效的阻止真空度在水平方向的传递。

图4b)中自监测开始截止卸载，20 m位置处的累计水平位移为82.61 mm;40 m位置处的累计水平位移为52.26 mm;60 m位置处的累计水平位移为23.64 mm。0 m～20 m水平位移增加82.61 mm,平均增加4.13 mm/m;20 m～40 m水平未依照增加30.35 mm,平均增加1.51 mm/m；与0 m～20 m的水平位移增加速率相比该段占36.6%；40 m～60 m水平位移增加28.61 mm。可见距离真空预压场地越近其水平位移增大速率越大。相关论文中阐述以30 mm地表变形量为真空预压法的影响范围边界确定条件，真空预压的影响范围一般在50 m以内[3-6]。按线性变化计算得到本工程水平位移30 mm位于55 m位置。

定义真空预压水平影响范围为以距真空预压场地50 m处的水平位移不超过30 mm为界。本工程45 m处监测点的水平位移为60 mm,可见对于瓯江口这种新近吹填的场地其水平影响范围一般在50 m左右。

综上所述：真空预压施工过程中压密注浆法可有效的阻止真空度在水平方向的传递；本工程真空预压法施工过程中水平影响范围在55 m左右。

2.4 排水板深度对边界处竖向水平位移影响分析

本工程在场地东侧和北侧各布置测斜监测点1个，深度30 m,距压膜沟3 m，监测周期为117 d。从图5中可以得出竖向水平位移1号观测点中位移最大达到72.74 cm,2号监测点最大位移为63.08 mm。两个监测点测得竖向水平位移相差9.66 mm，这可能与两个监测点周围环境有关系，如周边经常有重型车辆行驶、场地自然标高不同等。

从图5c)中可得抽真空前期时间内竖向水平位移无明显变化，自第26天开始竖向水平位移变化明显，截止到第60天1号监测点竖向水平位移累计达到54.34 mm，占整个过程竖向水平位移的74.7%；2号监测点竖向水平位移累计达到49.02 mm，占整个过程竖向水平位移的77.7%。第61天～第92天竖向水平速率明显降低，这与当时施工压密注浆有紧密关联。由图5c)得第92天后竖向水平位移曲线趋于平缓，1号监测点累计位移2.52 mm，占整个过程的3.5%；2号监测点累计位移1.93 mm，占整个过程的3.1%。

从图5a)，5b)可得出真空预压法施工过程中其竖向水平影响范围在20 m以内，主要集中在6 m～14 m范围内。1号监测点深度20 m以下累计竖向位移30 mm，与该点最大位移比较相差42.74 mm，占41.2%;2号监测点深度20 m以下累计竖向位移15 mm，与该点最大位移比较相差48.08 mm，占23.8%。

综上所述：真空预压法施工竖向水平影响范围在20 m以内，主要集中于6 m～14 m范围内。

3 结语

本工程位于温州瓯江口新区，瓯江口新区属于新近吹填区域，地质条件相差无几，本文结论适用于苏宁物流周边临近工地、瓯江口地质条件相同的工地作为参考。

1)真空预压施工过程中沉降主要在插排水板和抽真空前期(35 d)完成，该段时间的沉降占总沉降的71.7%，地基固结度达到61%；

2)以30 mm作为真空预压水平影响范围的判定条件，则其影响范围在55 m左右，约为插排水板深度的2倍；

3)压密注浆法在真空预压过程中可有效阻止水平位移传递；

4)真空预压施工过程中其竖向位移影响范围在20 m以内，主要集中在6 m～14 m；

5)表层(10 m范围内)孔隙水压力消散主要在抽真空前期完成，深层(10 m～20 m)孔隙水压力则在抽真空后期开始消散，直至持续稳定。密封膜下消散的孔隙水压力值近似为抽真空的真空度，真空预压竖向水平影响范围在20 m。