软土地基广泛分布于我国沿海地区,其具有高压缩性、低透水性、不均匀性等特点,为保证上部构筑物的安全,软基需经过处理后方可进行后续的施工,评价软基处理效果的重要指标之一为地基沉降量,因此对于地基沉降的计算显得尤为重要。本文结合某跨海通道人工岛地基处理工程,基于现场实测数据,利用三种沉降预测方法分析其地基沉降量和固结度,并探讨堆载预压法处理软基的固结效果。
某跨海通道西人工岛采用大直径直插式钢圆筒快速成岛技术,岛内原海相软土层地基采用降水联合堆载预压处理法,该方法由排水系统和加压系统两部分组成。排水系统分为竖向排水通道和水平向排水垫层,可改善地基先前的排水边界,减小排水距离。加压系统通过堆载使土体的应力增加,迫使土体水渗流,从而形成固结。根据固结理论,孔隙水压力承担着地基上的载荷,有效应力不变;在孔隙水压力差的作用下,孔隙水流向排水边界,随后有效应力全部替代孔隙水压力。孔隙水从土体内排出增加了土体有效应力,造成土体压缩,孔隙比减少。塑料排水板堆载预压法的横断面示意图如图1。
图1 堆载预压法横断面图
地基承载力是影响上部建筑物的安全和稳定的重要指标,通过计算地基沉降可以分析地基土固结情况、评价地基加固效果及地基承载力的稳定性,因此对塑料排水板堆载预压沉降的研究具有重要意义。以往一些学者根据室内试验获得参数,借助压缩固结理论去计算地基沉降,而室内试验形成的扰动会影响土体的结构性,据此得到的参数去计算沉降会出现较大的偏差。基于现场实测数据,构建时间和沉降的关系,通过沉降计算方法预测该跨海通道人工岛地基的沉降,可降低各类因素对沉降计算的影响。本文采用浅岗法、双曲线法和三点法对沉降进行预测分析,对比三种方法预测沉降的差异,并给出各自的优缺点。
2.1.1 浅岗法预测原理
浅岗法是通过一维线性方程模拟一维条件下的固结过程,使用该表达式并利用图解的方法来求解最终沉降值,表达式如2-1所示。
浅岗法推算过程如下:
(1)从现场实测数据中选取一系列沉降值S1、S2...,Si,其中Si表示i时刻地基沉降值。
2.1.2 双曲线法沉降预测原理
双曲线方程为:
式中:St时间t时的沉降量;
SO初期沉降量(t=0);
沉降计算顺序:选取初始时间(t=0),以堆载完工日为t=0,依据现场实测数据计算,绘制t与的关系图,并确定系数,计算St。
2.1.3 三点法沉降预测原理
根据固结度定义:
本文采用某跨海通道西人工岛A-6区的三个监测点的实测数据进行沉降预测,三个监测点分别为CJ-33、CJ-34、CJ-35。
2.2.1 浅岗法沉降预测计算
选取A-6区三个监测点的实测沉降数据作为样本进行分析,时间间隔取7天左右,如表1所示。
表1 各测点沉降值与时间关系
表2 浅岗法工后沉降和固结度计算
通过浅岗法对A-6区三个监测点进行沉降预测,各监测点直线拟合决定系数R²均在0.94以上,表明数据存在明显的线性相关,浅岗法求解的结果具有一定的可靠性,在沉降预测的同时还对各监测点的工后沉降和固结度进行了计算,见表2。
经分析可知,三个监测点的固结度皆在95%以上,其中CJ-33、CJ-34两个监测点的固结度超100%,预测的工后沉降值为负值,这种情况有悖于常理,表明这两个监测点预测的工后沉降值偏小,实际固结度存在虚高现象,实际地基加固效果可能并未达到推算出的固结度。
2.2.2 双曲线法沉降预测计算
A-6区堆载完工时间为2018年5月7日,因此选取5月7日作为起点时间t0,A-6区沉降数据见表3~表5。
监测点CJ-33经拟合相关曲线得α=0.14185,β=0.00136,经计算得最终沉降S∞=1146.29mm。
监测点CJ-34经拟合相关曲线得α=0.25583,β=0.000465,经计算得最终沉降S∞=2571.54mm。
监测点CJ-35经拟合相关曲线得α=0.28511,β=0.00179,经计算得最终沉降S∞=903.66mm。
利用双曲线法预测最终沉降的同时,还对工后沉降和固结度进行了分析,分析结果见表6。
从表6可看出,A-6区三个监测点中CJ-34点推算出的固结度仅为34.3%,固结效果不明显,其余两个监测点的固结效果总体良好,仍有一定的上升空间。
2.2.3 三点法沉降预测计算
从A-6区三个监测点各选取三个点对最终沉降进行预测,其中=30d,选取的时间和沉降值见表7。
表3 监测点CJ-33沉降数据处理表
表4 监测点CJ-34沉降数据处理表
表6 双曲线法工后沉降和固结度计算
表7 各监测点沉降值与时间选取表
表8 三点法工后沉降和固结度计算
CJ-33监测点的最终沉降
CJ-34监测点的最终沉降
CJ-35监测点的最终沉降
本文还借助三点法对三个监测点的工后沉降和固结度进行了计算,计算结果如表8所示。
从表8可看出,CJ-33 与CJ-34监测点的固结度分别达到77.8%和86.1%,总体固结效果良好,而CJ-35固结度仅为58.3%,固结效果一般。
本文通过浅岗法、双曲线法和三点法分别对A-6区三个监测点的最终沉降值进行预测,并对工后沉降和固结度作出分析,结果表明,双曲线法的预测较为保守,浅岗法预测的工后沉降存在负值,表明工后沉降预测值较小,固结度超出100%,与现场实际情况不符。采用三点法对A-6区三个监测点的几个时刻的沉降进行预测后,发现预测沉降值都较为吻合。在实际工程中,可通过现场实测沉降数据,采用三种方法分别进行沉降预测,根据预测的结果,选择合适本工程的的预测方法,为后续的施工提供有力的帮助。