堆载预压加固软基的现场监测与检测

陈鹏千，郑汉钦，曾 艺，蔡依晴

（阳光学院，福建福州 350015）

0 前言

我国港口工程的建设已经跟不上水运事业的大力发展，为了适应大型港口设施的需要，新兴的港口工程建设已逐渐向外海深水区推进。在推进的过程中，要面临一系列的问题，其中复杂的建设环境给勘察、设计、施工都提出新的挑战。尤其是软土地基，更是港口工程建设中经常遇到而又不得不去解决的重要问题。

软土地基具有压缩性高、强度低和渗透性差等工程特性。这些性质使得软土在固结过程中的变形量很大，有些甚至超过压缩层厚度的40%，持续过大的沉降会影响建筑物的正常使用，与砂土粉土等渗透性大的土层不同，软土排水固结所需的时间很长，若在施工过程中或施工结束后产生较大的沉降，将导致工程出现安全隐患。所以在软基上修建工程设施，会存在地基承载力低、沉降量大和明显的不均匀沉降等问题。

1 堆载预压法加固软基的原理

堆载预压法是工程上常见的一种地基处理方法。它是在软基表面覆盖一层砂垫层可作为水平的排水通道，接着按一定间距打设袋装砂井或塑料排水板，可作为竖向的排水通道，最后在砂垫层上方堆载给软基施压。随着时间的推移，软基在外荷载的作用下，土中的孔隙水会沿着排水通道缓慢排出产生固结。根据地基的固结程度，在确保施工安全的前提下，逐级填筑到设计高程，图1 为堆载预压法。

图1 堆载预压法

饱和软黏土地基在荷载作用下，孔隙中的水被慢慢地排出，孔隙体积慢慢减小，地基发生固结变形，同时，随着超静孔隙水压力逐渐消散，有效应力逐渐提高，地基土的强度逐渐增长，图2为土体压缩示意图。

图2 土体压缩

2 监测与检测的目的

为了保证堆载预压期间地基不出现滑移破坏的现象，也为了确保软基加固的效果，结合相关规范和设计的要求，在加载过程中，必须对场地的填筑过程和预压期间地基的应力应变等进行动态监测。根据观测数据成果再结合相关试验，分析掌握软基在填筑过程中的强度增长、固结度、沉降量、侧向变形和稳定等变化规律。若有指标超过允许值，则应发出预警，停止施工并采取措施保证工程安全。在确保施工安全和工程质量的前提下，合理地控制加载的速率和确定预压的时间，达到指导施工的目的。实现信息化管理施工，为工程验收、设计验证提供重要依据

3 监测与检测项目

3.1 监测工作基准点

作为控制测点的基准点，监测工作基准点应埋设在变形区以外。可以利用监测工作基准点去校核测点的观测水平位移和沉降。为保证基桩的基准性和测点的长期观测，工作基准点应采用无缝钢管，埋深大于10m，桩顶部采用50cm 现浇混凝土加以固定，并在地面上浇筑1.0m×1.0m×0.2m 的观测墩台，桩顶露出平台15cm，在桩顶固定好基点测头。

3.2 地表沉降

地表沉降通过在砂垫层中设置沉降标进行观测，沉降标下沉量采用DINI0.3 型电子水准仪、配合3m 铟钢水准尺，按三等水准进行观测。沉降标由底板、测杆、保护管三部分组成，沉降标底板采用50cm×50cm×8mm 钢板，标杆用外径为Ф15mm 的镀锌管，保护管采用Ф65mm 钢管。埋设时，先采用全站仪放样定位，再将组装好的沉降标埋设在砂垫层以下0.50m（标高约2.00m）处，根据堆载情况不断加高测杆与保护管，但要保证管顶始终都露出地面，并做好警示标记。监测过程中，测杆要保持垂直状态，通过测得测杆顶端的标高，计算出测点在不同时间的沉降量和沉降速率，从而控制加载施工速率和加载高度。

3.3 深层分层沉降

深层分层沉降通过在软土内埋设分层沉降标进行观测，观测仪器采用SC 钢尺水位沉降仪，测读至1mm。分层沉降标由沉降管和沉降环组成，采用钻孔法埋设。埋设时，先采用全站仪放样定位，再通过工程钻机成孔（Ф110mm），然后将连接好的沉降管（Ф53mm）下至孔底，沉降管管顶、底均用盖子封口，沉降环（Ф53mm）按设计要求（间距3m）放到指定位置，沉降管与孔壁之间用砂回填，并做好警示标记。日常观测时分层沉降管随加载厚度的增高而接高。随着土层的沉降，沉降环也会跟着沉降，故可通过观测沉降环的位置，进而测出不同深度土层的沉降量。要求每次测量时均测量沉降管管口标高。

3.4 孔隙水压力

孔隙水压力通过在软土中埋设振铉式孔隙水压力计进行观测，孔隙水压力大小采用HXzx-2 型频率计测定。为保证孔隙水压力计100%的成活率，孔隙水压力计埋设采用单孔单只压入法埋设，埋设间距为3m。埋设前先采用全站仪放样定位，再采用工程钻机引孔（Ф110mm，清水洗孔）至设计埋设深度以上1m 处，然后将振铉式孔隙水压力计压入土体设计深度，上部采用粘土球封孔。埋设好后在监测旁插入约5m 长的竹竿，把地面电缆线绑在竹竿上加以保护，随着加载厚度的增高电缆线不断往上绑，并做好警示标记。

3.5 地表水平位移

地表水平位移通过在堆载预压区筑填边坡坡脚附近埋设位移边桩进行观测，观测仪器采用DTM-352 型全站仪。位移边桩采用木桩（长度2m，断面100mm×100mm），埋设前先采用全站仪放样定位，桩底埋置深度1.5m，间距30m，沿场地周边均匀布设，每组布置四根木桩，并做好警示标记。

3.6 深层水平位移

土体深层水平位移通过在堆载预压区外侧边界1~2m 处埋设测斜管进行观测，观测仪器采用CX-801 型测斜仪，测读精度为0.01mm。测斜管采用钻孔法埋设，即在设计位置上采用钻机钻孔，钻孔直径110mm，成孔深度为揭穿软土层进入下部土层3～5m，孔内清理干净，然后放入测斜管，测斜管管底用盖子封口，边放入测斜管，边向管内灌水，测斜管（Ф70mm）下入预定深度后，对准方向（一对槽垂直于填土边线），在测斜管和钻孔井壁之间填入砂，边填边灌水，固定测斜管，测斜管管顶用盖子封口，并做好警示标记。

3.7 地下水位

软土层地下水位变化通过在软土层中埋设水位管进行观测，观测仪器采用SC 钢尺水位沉降仪，测读至1mm。水位管采用钻孔法埋设，即在设计位置上采用钻机成孔（Ф110mm，清水洗孔），成孔深度为进入软土层2m，然后下入Ф75mm 过滤管，管外填砾，并对上部抛填砂层段管外采用填粘性土止水，水位管管顶用盖子封口，并做好警示标记，每次测量时均测量水位管管口标高。

4 加固效果评价

截至监测结束，被处理区软基的平均固结度能够达到设计要求，说明由堆载预压引起的沉降已基本完成。

综合室内土工试验和现场十字板剪切试验的成果分析，软基经堆载预压处理后，各项物理力学指标均有一定程度的提高，土体性质改善较明显。且经堆载预压处理后，被处理软基的地基承载力特征值也能达到设计要求。

由此可见，利用堆载预压法处理软土地基可以达到预期的加固效果。

5 结论

监测和检测工作的主要目的是为了可以有效验证理论预测是否具备足够的正确性，也可以对当下的设计方案进行深层次的研究以及优化，及时掌握施工过程中的不利因素，指导施工，以免出现安全事故。

众所周知，施工现场存在很多不确定的因素，所以监测在软基加固过程中就显得尤为重要，因为它可以为软基填筑过程中提供较为准确的数据和信息，成功实现信息化监测。因此，软基处理时的过程监测工作对于整个工程或项目运转能够发挥重要的作用。

6 展望

目前堆载预压施工过程主要依靠现场监测来指导施工，信息化施工在施工过程中虽有一定的应用但仍有很大的改进空间，包括监测数据采集及处理的及时性、监测控制指标的适用性、采用稳定性控制方法的适用性、监测数据反演固结参数的适用性、土体固结引起土体强度参数的改变以及下级加载量的确定等问题。