堆载预压法在温州深厚软土地基处理中的应用

◎ 章途鑫 温州市交通工程管理中心

1.引言

我国沿海地区分布着大范围的淤泥质软土，随着城市的快速发展，对这些淤泥质软土进行处理进而对这些区域充分利用成为沿海地区开拓空间的迫切需求。这些软土多处于超饱和状态，含水率可达到100%～200%，压缩性大，水渗透性差，处理难度大。

20 世纪50 年代初，瑞典学者Kjellmen提出的真空预压法，成为软基处理研究的里程碑[1]。近年来，国内的众多学者对软基处理方法进行了总结和研究，取得了快速发展。盛焕明等对真空预压负压力在地下水位线上、下传递规律，提出真空压力在地下水位线以下也会传递[2]；曹建勇、姜建芳、刘贺等研究了先浅层、再深层真空预压二次加固方法在道路区软基处理的案例，结果标明效果较好，能够满足使用要求[3,4,5]；朱森林、贾敏才、周波等在潮汕机场、上海港、广州南沙等地深厚软土处理项目中分别研究了堆载预压法、二次真空预压法、真空预压法加固效果，结果表明加固后地基承载力有较大幅度提交，土体物理力学性能指标也得到了较大提高[6,7,8]。

温州市地处浙江省南部，沿海约有530平方公里的滩涂。作为“七山二水一分田”的少地城市，这些滩涂区域的建设开发，对温州市的发展显得尤为重要。温州地区滩涂软土含水量高、孔隙比大，部分区域软土层厚度甚至超过30m，这些软土层普遍表现为透水性差、抗剪强度低、灵敏度大，地基处理难度很大。本文以温州某项目为例，对堆载预压法处理该地区深厚软土地基进行了研究，该项目自2017年9月开始，2020年6月完工，地基处理取得了较好效果。

2.工程地质条件

根据勘察资料，项目场地划分为5个工程地质层，9个工程地质亚层，地层自上而下简述如下：

①层：素填土，层厚0.3～0.5m。②1层：淤泥，层厚1.4～11.5m。②2层：淤泥，层厚7.2～11.1m。②3层：淤泥，层厚6.7～14.2m，层顶高程-20.7～-15.8m。③1层：淤泥质黏土，层厚5.3～9.5m。③2层：黏土，层厚2.0～16.0m。④2层:黏土夹粉砂，层厚4.8～16.6m。④3层:粉砂夹黏土，层厚4.7～12.2m。④3’层:粉砂夹粉土，层厚1.3～6.4m。⑤2’层：卵石层厚大于6m。

3.地基处理及监测方案

3.1 地基处理主要方案

地基加固采用打设塑料排水板进行固结排水，主要施工步骤如下。

测量放线→铺设两层冲灌袋装砂垫层→打设塑料排水板→铺设一层砂被、覆盖土工布、软体排→抛石棱体、回填开山石至-5.0→间歇2个月→抛石棱体、回填开山石至-2.0m→间歇2个月→抛石棱体、回填开山石至+1.0m→+1.0m平台护面→间歇2个月→回填开山石至+4.0m→+2.0m平台护面→间歇2个月→上部结构+6.5m。

3.2 监测方案

通过对地基处理的跟踪监测不仅可以确保施工的安全顺利进行，还可以根据监测效果及时提供一些具有价值的信息，对施工过程中可能出现的各种不利现象，及时调整施工参数、施工工序以及是否要采取应急措施等提供技术依据。

在本项目的实施过程中，布置了表层沉降、深层分层沉降、深层水平位移孔隙水压力等监测参数，监测设备埋设位置示意图如图1所示。

图1 监测点布置断面图

4.监测结果与分析

试验断面设计监测内容为表层沉降4个、深层分层沉降1组、深层水平位移3组、孔隙水压力1组。

4.1 表层沉降

在断面轴线内侧29.5m处布置一组表层沉降观测点编号C-1，在轴线内侧4.5m处布置一组表层沉降观测点编号C-2，在轴线外海侧23m处布置一组沉降观测点C-3，在堤轴线外海侧63m处布置测点C-4。测试数据曲线见图2、图3。

图2 表层累计沉降量监测曲线图

图3 表层沉降速率监测曲线图

表层沉降盘沉降监测自2018年9月5日开始，至2020年7月12日结束。其中C-1和C-4由于在施工过程中不断损坏，未能恢复，从而在后续中断了两点监测。在施工过程中，表层沉降盘发生了较大沉降，监测期内最大累计沉降量为5277mm，发生在C-2沉降盘。C-3测点处于一级平台上，和C-2位置沉降盘标高差5.5m，最终沉降量为3476mm，沉降量较C-4小1830mm。

表1 土体物理力学参数表

监测过程中，沉降速率出现13次超标情况（控制标准15mm/d），沉降速率最大值为34mm/d，发生在施工初期加载过程中。由图2可见，在施工过程中，该断面表层沉降速率一直处于波动状态，在加载过程中沉降速率变化无收敛趋势，但在停止加载后速率明显收敛，逐渐稳定，至施工结束时，沉降速率为1～2mm/d，地基处于基本稳定状态。

4.2 深层分层沉降

在轴线内侧4.5m处布置了一组深层分层沉降观测点，测试曲线图4。

图4 深层沉降标累计沉降量监测曲线图

该组深层分层沉降监测自2018年8月25日开始，2020年4月7日结束。根据监测数据，该点最大分层沉降为3763mm，监测过程中，深层分层沉降未发生超过控制标准（15mm/d）的情况。各土层压缩量情况见表2。

表2 深层沉降标监测各土层压缩量统计表

根据分层沉降曲线，该监测点主要沉降发生在-29.5m以上区域，其他地层相对较小。

4.3 孔隙水压力

在轴向上布置一组孔隙水压力测点，测试曲线如图5。

图5 超静孔隙水压力监测曲线图

孔隙水压力观测自2018年8月16日开始，至2020年7月5日结束。根据观测数据，施工加载过程中该断面产生的超静孔压相对较大，最大值为129.5kPa，发生在KY-10点，即埋设高程-10m位置监测点。至监测结束，该断面KY-7、KY-10、KY-13、KY-22监测点超静孔压仍然较大，分别为105.6kPa、121.1kPa、105.5kPa、93.5kPa，消散结果不甚理想。

由图5超静孔压变化曲线可见，施工加载过程中，埋设于各深度位置的孔压监测传感器监测数据均有增大，在间歇期内均有所下降，尤其在间歇期较长的时间内孔压下降趋势明显，表明深层土体内的水能够通过排水板排出，排水板在本项目超深软土地基处理中发挥了明显作用，使深层软土发生排水固结。

4.4 深层水平位移

在该监测断面布置深层水平位移测点3组，分别是轴线内侧24.5m位置编号Q-1，在堤轴线外海侧28m处布置测点Q-2，在外海侧68m处布置Q-3。测试曲线见图6～图8。

图6 Q-1深层水平位移监测曲线图

图7 Q-2深层水平位移监测曲线图

图8 Q-3深层水平位移监测曲线图

深层水平位移监测自2018年8月15日开始，至2020年7月18日结束，监测到深层水平位移速率最大值为19.0mm/d，发生在2018年11月29日Q-3测斜孔-2.5m高程位置；累计位移量最大值为844.6mm，方向为向围堤外侧，发生在Q-2测斜孔-12.0m高程位置；监测过程中发生42次变形速率超标情况（控制标准5mm/d）。至施工结束时，该断面深层水平位移变化速率为0～0.2mm/d，地基处于稳定状态。

由监测结果可见，在施工加载过程中地基深层土体发生了较大位移，变形主要发生在-10m～ -25m土层。随着深度增加，原状土的物理力学性质逐渐变好，发生的变形越来越小，在-40m以下发生的变形可以忽略不计。

根据三组深层水平位移曲线，表明地基深层土体变形规律符合堤身受力特点，Q-1主要表现为向堤身陆侧的变形，主要是受主堤堆载影响，-9m～-43m为向陆侧变形，最大累积位移量为-83.8mm。Q-2表现为向海侧的变形，最大累积量为844.6mm，位于-2.5m；Q-3位于堤轴线外侧二级平台，表现为向海侧的变形，最大变形量为136.8mm，发生在-19.0m高程位置。

5.加固效果

5.1 钻孔取土

在地基处理完成后，对加固区进行取土及室内土工试验检测。因处理区加固前未进行相关检测，故将本次检测结果与勘察资料进行对比。本次检测钻孔“ZK6、ZK7、ZK4、ZK5”分别与勘察资料中钻孔“K8、K10、K15、K16”位置接近，因此将其试验结果分别对比，取本次加固处理深度范围内（约-24m）各项数据的平均值进行统计分析，结果见表3。结果表明，加固后土体在含水量、孔隙比、压缩系数等均有较明显的减小，土体强度有明显增长。

5.2 载荷板试验检测

施工结束后，进行载荷板试验3组，检测结果见表4检测结果表明，试验最大加载至240kPa，最终沉降量分别为7.93mm、11.75mm、16.74mm，地基均未出现破坏状态，1/2满载即120kPa沉降量分别为6.10mm、6.04mm、6.48mm，均未超过0.01b即15mm，试验数据正常，根据规范，判定以上各检测点承载力容许值不小于120kPa，陆域地基处理区承载力特征值不小于120kPa。

表4 载荷板试验检测结果统计表

6.结论

经过现场长达两年多的施工及监测，表明排水板+分级堆载预压法在温州深厚软土地基处理中效果明显，可基本满足使用需求。

监测结果可见，在该项目中，排水板在本项目深厚软土地基处理中发挥了较明显的排水效果，施工加载过程中超孔压消散相对较好。在施工过程中，地基发生了较大的沉降变形，监测断面最大沉降量达到5277mm，至施工结束时沉降速率仍然在1～3mm/d，后期的残余沉降量仍然较大。施工初期及出水加载阶段，深层水平位移均出现了多次超标情况，表明该阶段施工风险较大，至施工结束时，深层水平位移速率为0.1mm/d，地基横向变形处于稳定状态。

根据深层分层沉降监测结果，土层压缩主要沉降发生在-29.5m以上区域，其他地层相对较小。由深层水平位移监测结果可见，在施工加载过程中地基深层土体变形主要发生在-10m～-25m土层，由此可见，该深度段土层纵向、横向变形均较大，在施工过程中应作为最不利土层引起重视，监测中也应重点关注该层土体的变形情况，出现异常及时排除风险。

综合监测及检测结果，堆载预压法在温州地区深厚软土地基处理中，分层加载中容易出现变形速率过大的情况，施工工期较长，但地基处理效果较好，达到了预期加固目标。