沉降监测在码头后方陆域软基处理中的应用

邓艳青

（广东省航运规划设计院有限公司，广东 广州 510050）

1 背景

广东沿海某厂配套建设3000t 级件杂货码头采用高桩结构，码头后方堆场采用分区进行真空预压进行处理。施工区域内为淤泥软弱层，厚度在4.2m 到16.0m 之间。厚度深浅不一且厚度较厚，属于欠固结土，是不良地基现象，工程性质较差。处理面积约167085 m2，共分真空预压A1、A2、A3、A4 区。真空预压施工过程，进行了表面沉降观测、孔隙水压力监测，得到了一些有用数据。本文结合现场地质情况、施工过程及监测数据，对A1 区部分数据进行分析总结，对今后类似的工程具有借鉴作用。

2 相关规定

（1）地基处理后残余沉降量：交工后残余沉降≤20cm；

（2）卸载标准：需要满足两个条件。其一是维持真空度在85kPa，持续保持90 天后，通过实测沉降曲线推算出的固结度达到90%以上；其二是地面沉降连续10 天每天不大于1.5mm 的沉降。

3 工程地质条件

施工场地原为蚝塘，表层吹填土，根据工程地质勘察报告揭示，本项目覆盖层为淤泥、淤泥质土、粉质粘土、砾砂等；下伏基岩为燕山期花岗岩。主要土层描述如下：

（1）淤泥、淤泥质土：灰黑色，具腐臭味，上部多含贝壳碎屑，底部多夹含少量石英砂质及腐木，饱和，流塑～软塑。

（2）粉质粘土：灰黄、土黄、深灰、褐红等色，主要为粘土及少量石英砂砾组成，岩芯泥柱状，切面稍粗糙，饱和，可塑～硬塑。

（3）砾砂：土黄、灰黄、深灰、灰白色，组分以石英砂为主，次棱角状，分选性一般，少量粘土胶结，局部为粉细砂，底部含少量石英脉碎石，稍密为主，顶部局部呈松散状，底部渐过渡至中密状。

4 监测数据分析

4.1 表面沉降分析

4.1.1 沉降量分析

地表沉降主要由两部分组成，分别是打设塑料排水板期间的沉降量、真空预压期间的沉降量。

（1）打设塑料排水板期间的沉降量。打设排水板期间地表沉降按根据铺设砂垫层后场地平均标高、布管后场地平均标高确定，A1 区插板期间平均沉降为0.237m。

（2）真空预压期间沉降。A1 区共布设18 个表面沉降标。部分沉降标真空预压期间沉降～时间曲线如图。A1 区靠近海边，淤泥、淤泥质土较厚，土体压缩量大，沉降也大。真空预压期间A1 区平均沉降量分别为598.3mm，其中，A1 区N41 测点累积沉降量最大，为932mm，沉降量大与该点处淤泥软土分布较厚密切有关。

图1 N41-N44 测点沉降-时间变化情况

（3）总沉降量。各个分区的总沉降量是打设塑料排水板期间沉降和真空预压期间沉降量之和，A1 区插板期间平均沉降量237mm，真空预压期间平均沉降量598.3mm，平均总沉降量835.3mm。

4.1.2 沉降速率分析

真空预压卸载的重要控制指标为实测地表沉降速率。卸载标准为地面沉降连续10 天每天不大于1.5mm的沉降。因此对沉降速率进行监测并认真分析是指导施工过程的关键工序。

A1 区部分典型测点沉降速率～时间变化曲线如图2所示。由图2 可知，各监测点真空预压开始时沉降速率较小，真空恒载后，沉降速率迅速增大，并经历一个峰值，此后随恒载的进行，沉降速率逐渐减小，直至最后卸载前连续10 天沉降速率低于1.5mm/d。

图2 典型测点沉降速率～时间变化曲线图

4.2 孔隙水压力分析

孔隙水压力计采用钻孔埋设法，每2 ～3m 一只，单独成孔埋设。真空预压期间，孔隙水压力随真空度的传递逐渐消散，各孔压监测点孔压～时间变化曲线如图3所示。由图3 可知，在起始阶段，孔隙水的压力快速减少，尤其是在压力稳定后变化最为明显，在这之后慢慢趋于平缓。在真空荷载作用下，土体中的总应力保持恒定，随着孔隙水压力逐渐减小，土体的有效应力会随之增加，土体就会固结，土体强度随之提高。

图3 孔压监测点孔压～时间变化曲线图

5 基于监测数据的预测分析

5.1 最终沉降量预测

5.1.1 沉降预测方法

最终沉降量的预测方法有很多，常用的方法有双曲线法、三点法、浅岗法等三种方法。为了更全面地了解各监测点真实沉降状况，可采用多种方法进行预测，并对结果进行比对，得到更优的数据。

5.1.1.1 双曲线法

双曲线法是《真空预压加固软土地基技术规程》（JTS 147-2-2009）推荐使用的最终沉降预测方法，根据实测沉降资料按下列公式进行推算：

St-满载t 时间的实测沉降量（cm）；

S0-满载开始时的实测沉降量（cm）；

t-满载预压时间，从满载时刻算起；

α、β-待定系数，根据实测资料确定。

5.1.1.2 三点法

常用的预测最终沉降的方法还有《港口工程地基规范》（JTJ250-2010）中提及的三点法，其计算方法如下：

为最终沉降量，S1、S2、S3分别为t2、t2、t3时刻的沉降量，且t3-t2=t2-t2。[2]

5.1.1.3 浅岗法（Asaoka）

浅岗法是建立在太沙基单向固结方程的基础上（以体积应变表示的形式），

设t 时刻的沉降为St，其计算模型如图4、图5所示，当Stj=Stj-1时所得沉降即为最终沉降，故。

图4 浅岗法tj——Stj 关系图

图5 β0、β1 求解图

5.1.2 沉降预测结果

采用双曲线法预测的各监测点最终沉降量为61.17 ～148.18mm，最终平均沉降量为96.14；三点法预测的各监测点最终沉降量为55.55 ～124.54mm，最终平均沉降量为85.51；浅岗法预测的各监测点最终沉降量为56.4 ～127.95mm，最终平均沉降量为86.96。从三种方法的预测结果得知，大部分测点采用双曲线法预测的最终沉降量偏大于三点法和浅岗法预测值，预测的最终沉降量与其软土分布厚度基本吻合。这三种方法预测的沉降量分别为148.18mm、124.54mm、127.95mm。

5.2 固结度分析

根据实测沉降推算出的最终沉降量，即可按下式计算时间的固结度。

式中St为t 时刻实测沉降值，预测最终沉降量，Ut为t 时刻的固结度。

按双曲线法、三点法、浅岗法推算的最终沉降量，分别推算固结度。按双曲线法推算的固结度为79.12%～94.46%，平均固结度为88%；按三点法推算的固结度为94.14%～99.68%，平均固结度为98%；按浅岗法推算的固结度为91.63%～99.31%，平均固结度为97%。双曲线推算的固结度偏低于另外两种方法，综合三种方法的推算结果，大部分监测测点大部分达到或接近90%，经综合判断，固结度基本达到设计要求。

5.3 工后残余沉降分析

工后沉降是评价地基处理效果的重要指标之一，工后残余沉降可按下式进行计算。

式中，St为t 时刻实测沉降值，为预测最终沉降量，Sr为工后残余沉降。

根据实测沉降、最终沉降量计算工后残余沉降，按双曲线法推算出的各测点工后残余沉降量为4.35 ～30.94mm，工后平均残余沉降量为12.31；按三点法推算出的各测点工后残余沉降量为0.18 ～7.3mm，工后平均残余沉降量为1.68；按浅岗法推算出的各测点工后残余沉降量为0.62 ～10.71mm，工后平均残余沉降量为3.13。从推算结果分析，双曲线法推算出的各测点工后沉降大部分小于20cm，只有N31、N41、N44 分别为21.56mm、30.94mm、21.52mm，与上述测点附近软土较厚有关，另外两种方法预测的上述点的工后沉降均小于20cm，经综合判断，工后沉降基本满足设计要求。

6 结论

综上所述，我们可以得出以下几点结论：

（1）地表实测沉降速率，可以为真空预压软基处理施工提供卸载依据。

（2）孔隙水压力监测，可以监测真空预压施工过程中的真空度，动态指导施工，分析加固效果。

（3）利用地表实测资料可以预测最终沉降量，推算得到的固结度因选择的预测方法的不同，推算结果有所不同，双曲线推算的固结度偏低于三点法和浅岗法，综合分析三种方法的推算结果，大部分测点平均固结度达到或接近90%，综合判断，基本达到要求。根据三种不同方法预测的最终沉降量推算的工后残余沉降平均值基本满足≤20cm 的要求。