堆载预压排水固结法在软基加固过程中的沉降量和固结度推算分析

裴伟民 廖德华 何文润

摘要：文章基于沿海吹填区域软基加固处理工程实例，对地基加固过程中的沉降量和固结度计算分析方法进行了探讨，并结合现场沉降监测数据，分别采用三点法、Asaoka法、双曲线法对地基最终沉降量及固结度进行了预测计算。结果表明：塑料排水板堆载预压法对沿海吹填的软基加固效果较好;经验双曲线法的推算结果较大，固结度较小，较三点法和Asaoka法的计算结果偏于保守，对实际工程偏于安全。

关键词：排水固结法;软基处理;表层沉降;固结度

0 引言

对于港口码头等沿海工程的建设，常面临大量软土地基处理问题。通常在水域上进行填筑造陆时所吹填的多为淤泥性软土，后续需对其进行吹砂填淤，并采取相应措施对软基进行加固处理，才能满足荷载对地基的要求。软土地基工程性质特殊，其特点一般有流变性、触变性、透水性低、压缩性高和抗剪强度低等，在荷载作用下，有着缓慢的排水固结、较差的地基稳定性和沉降难以控制等现象[1]。

吹填区域地基处理常以真空预压或堆载预压工艺为主[2]。其中，堆载预压排水固结法具有使地基稳定性显著提高、工期缩短、工程造价低、工艺简单等优点[3]，是一种有效的软土地基加固处理方法。

如何准确计算地基沉降和固结度是软基处理工程中要解决的关键问题[4]。目前软基处理工程中应用较多的地基沉降预测方法有双曲线法、三点法、浅岗法、星野法、沉降速率法等[5]，而采用单一的方法进行地基沉降量预测，往往缺乏可比性和可信度。

为了提高地基沉降量及固结度推算预测水平，本文结合北海邮轮码头工程港区软土地基处理工程实例，探讨塑料排水板堆载预压法的沉降量和固结度的计算。基于现场软基沉降监测实测数据，采用“三点法”“Asaoka法”“双曲线法”对加固后的软土地基沉降进行预测，通过对比分析地基的最终沉降量及固结度计算结果，对各计算方法间的差别及其适用性和局限性进行了分析。

1 工程概况

北海邮轮码头建设工程位于广西北海石步岭港区、冠头岭国家森林公园西侧海岸。根据地勘资料，项目区域内主要地层有以下几种：（1）人工回填土层，主要包含吹填细砂及吹填中粗砂层;（2）第四系海相沉积第三层淤泥（Qm-3），灰色，灰黑色，软塑，局部含贝壳残骸，底部含少量粗砂;（3）第四系海相沉积第二层粗砂（Qm-2），灰色，灰黑色，稍密，部分为中密状态，成分以石英为主，棱角状，分选性较好，无胶结，大部分地段粒间为软塑黏土充填，局部黏粒含量大，而相变为淤泥混砂;（4）第四系海相沉积第一层砾砂（Qm-1），灰白色，灰黄色，中密，部分为密实状态，粒间部分为黏土充填，无胶结，局部含淤泥及贝壳残骸;（5）第三系（D1）砂岩夹泥岩、粉砂岩码头区下伏基岩为泥盆系下统（D1）砂岩夹泥岩、粉砂岩。

整个场地均采用堆载预压排水固结法对软土进行加固，具体技术方案如下：

（1）中、粗砂垫层：在陆域形成至高程6.3m后铺设70cm厚砂垫层。

（2）插打塑料排水板：采用SPB-B型原生质直接测深式塑料排水板。平面上按正方形布置，间距为1.0m。

（3）堆载：堆载料采用中、细砂（海砂）。堆载厚度为2.5m，分2级加载，第一级堆载厚度为1.3m，第二级堆载厚度1.2m。为保证边坡稳定，每级堆载需分层回填，最大松铺厚度按每层≤50cm控制，并控制加载速率。

（4）卸载：满载预压接近60d时，根据实测沉降推算固结度達到90%以上后卸载，平整场地至交工高程6.3m。

2 结果分析

本文选取码头后方陆域为研究对象，该区域面积约为6800m2，共埋设3个观测点测量地基表层沉降，采用塑料排水板堆载预压法进行地基加固，塑料排水板插至淤泥混砂层底。该区域的堆载时间从2019-05-01开始至2019-08-11结束，堆载厚度为2.5m，分2级加载。各表层沉降观测点的填土高度、沉降量随时间的变化曲线如图1所示。

2.1 最终沉降量

对实测监测点的表层沉降数据进行最终沉降量和固结度推算，常用方法有三点法、经验双曲线法、Asaoka法等。本文分别采用这三种方法进行地基最终沉降量和固结度的推算，并进一步比较分析各方法所得结果。

根据1#～3#号测点的实测沉降曲线，t1以5d递增，通过多次平均计算，得到地基最终沉降量，计算结果如表1～3所示。由表1～3可知，推算所得的1#测点的地基最终沉降量最大，3#测点最小;采用不同时间间隔计算得到的地基最终沉降量差异较大，通过多次平均计算可提高计算结果的可靠性。

2.1.2 双曲线法

依据《港口工程地基规范》（JTS147-1-2010）[8]采用“经验双曲线法”，根据已拟合的累计沉降时间曲线，预测推算地基最终沉降量的公式见式（2）、式（3）：

采用“经验双曲线法”推算的地基沉降量及各测点的计算拟合参数如表4所示。由推算结果可知，1#测点的最终沉降量最大，3#测点最终沉降量最小，与采用“三点法”进行推算的规律一致。对同样位置的最终沉降量，该方法得到的最终沉降量结果偏大。

2.1.3 Asaoka法

Asaoka法是根据应变表示的固结偏微分方程推导得出等时间间隔的沉降量之间存在下列关系，如式（4）所示：

由图2可知，1#～3#测点的最终沉降量分别为208.96mm、201.98mm、190.95mm。不同测点位置的沉降值大小规律与前面两种方法的推算结果一致。对于相同位置测点，采用Asaoka法推算的最终沉降固结量最大，其与三点法预测结果相近。

2.2 固结度的计算

某时刻累计沉降量与推算得到的地基的最终沉降量的比值表示该时刻的地基固结度。经计算分析，各测点在堆载结束时刻的固结度的计算结果如后页表5所示。

本工程利用塑料排水板堆载预压法加固软基，在堆载结束时，其固结度均达到90%以上，固结效果较好，满足设计要求。利用不同推测方法得到地基最终沉降量，计算得到的固结度结果存在一定的差异，通过比较分析得到：利用经验双曲线法进行计算得到的固结度偏小，而利用三点法和Asaoka法得到结果接近，对应的固结度偏大。

3 结语

本文基于堆载预压固结法的软基加固工程，结合三个测点的实测地基表层沉降数据，利用三点法、经验双曲线法以及Asaoka法对地基最终沉降量及固结度进行了推算分析。结果表明：三种方法中Asaoka法、三点法计算简单，但推算结果受不同时间段数据的影响存在一定差别。相比之下经验双曲线法的推算结果偏大，相应的固结度偏小，结果较三点法和Asaoka法对工程偏于安全。本文可为类似工程的地基沉降相关监测工作提供参考。

参考文献：

[1]李彰明.软土地基加固理论、设计与施工[M].北京：中国电力出版社，2006.

[2]黄金保.多种软基处理技术在锦州港码头工程中的应用[J].水运工程，2019（AO1）：44-47.

[3]黄建华，张建勋.饱和软土地基堆载预压排水固结沉降特性研究[J].贵州大学学报：自然科学版，2011（6）：87-93.

[4]李 术，李海亮.堆载预压排水固结地基处理施工质量控制[J].港工技术，2018，55（5）：100-103.

[5]杨林松，袁 程，许晓刚.不同预测方法在真空预压固结度计算中的分析研究[J].中国水运：下半月，2019（9）：221-222.

[6]JTS147-1-2010，港口工程地基规范[S].

[7]丁江澍.塑料板排水堆载预压法处理软基的结固沉降研究[D].广州：广东工业大学，2005.