实例讲解工程勘察在软基处理中的应用与研究,值得学习

本文通过工程实例讲述了软基处理中应用的工程勘察常用的处理方法,对两种软基处理的方式进行监测和检测数据的综合分析,并对两种软基处理的方法所取得的加固效果进行对比分析,从而得出结论。

一、工程概况

某工程位于钱塘江边,占地面积15万多平方米。根据勘察资料,拟建场地浅部有厚15m 左右的淤泥层,局部较薄,仅为4m 左右,变化较大。由于场区淤泥普遍厚度较大,填土后场地地基承载力不能满足设计要求,因此需对其场地进行加固处理。本工程根据施工特点分为A 区和B区,其中B 区又有A1 、A2 、A3 、A4 四个施工区域,B 区有B1 、B2 两个施工区域。

本工程采用的软土地基处理方法包括2种:

一是在A区采用插塑排水板结合真空预压法;

二是在B区采用插塑排水板结合堆载预压法。

A 区后来因工期较紧,为加快施工进度,将原设计改为插塑排水板结合真空预压联合堆载法处理软土地基,即在A 区抽真空40d后,当土体达到一定强度时开始进行二次堆填联合堆载),以达到降低土体含水量,提高固结度,提高土体强度,降低沉降量的软土地基处理目的。

二、工程中所采用的勘察方法方式

为防止土体在堆填过程中产生剪切破坏,保证江堤边坡稳定,同时为了指导软基处理的施工,保证施工质量,评价软基处理的效果,为以后的类似工程提供一些有益的参数,本工程对该填筑区域进行了表层沉降、分层沉降、淤泥层孔隙水压力的消散情况及土体深层水平位移的监测,并在加固前、后分别在各施工分区内钻孔取土进行室内土工试验和进行现场十字板剪切试验,以对照检验地基处理的效果。

图1 A、B区典型表层沉降时程曲线

三、工程勘察中监测结果分析

1. 表层沉降监测与结果分析

通过表层沉降监测可以控制吹填施工及真空预压联合加载速度,并通过沉降时程曲线,推算软土的最终沉降量,从而计算出各时期的软土的固结度和残余沉降量,以确定真空预压的卸载时间,并检验软基处理的效果。表层沉降监测大约按200m 纵横间距布置监测点,共埋设沉降标30 个。列举A区、B 区典型的地表沉降时程曲线进行分析,如图1 所示。

表层沉降监测结果表明:在A 区真空预压开始时,各沉降板沉降显著,沉降曲线陡降明显,到75d 左右时,沉降速率减缓,沉降曲线趋于平缓,经计算软土的各区平均固结度均已达到了90 %。B区表层沉降曲线较A 区平缓,说明B区表层沉降速度较A区慢,加固效果稍差。

由B1 、B2 两个区表层沉降数据对比可知:B1 区因插板施工和吹填砂施工较早,所以监测期间沉降量明显小于B2 区,这也说明堆载预压区的地表沉降主要发生在二次吹填砂施工期间。

2. 分层沉降监测及结果分析

通过监测软土层不同深度的沉降值,可以得到软土层不同深度的沉降时程曲线,从而了解填筑荷载对沉降的影响深度及上部填土标高达到设计要求后,深层土体的工后沉降何时可以趋于稳定,为工程设计及沉降计算提供依据。本工程只在B 区布设监测点,监测点水平间距取300m 左右,沉降磁环置于淤泥层顶面以下3 、7 、11 、15m ,具体埋设深度根据软土的具体厚度来定。监测结果如图2 所示,其中B1区(4 . 5 m )代表B1 区某孔4 .5m 处埋设磁环,以下同。

图2 B1、B2区分层沉降时程曲线

分层沉降监测数据表明:堆载预压区的沉降主要发生在上部软土层,堆载的主要影响深度为9m左右 ,即软土淤泥)层的1 / 2 处,而且上部土层的压缩速率较快,其沉降量约占总沉降量的70 %以上。通过对沉降数据的分析计算,可得到不同深度内软土的压缩量,计算结果见表1 。

表1 B1、B2区土层压缩量统计

3. 孔隙水压力监测及结果分析

孔隙水压力监测是软基填筑过程中重要的应力监测手段之一,通过观测不同深度软土的孔隙水压力的消散情况,根据孔压消散值推算出传感器埋设深度处的固结度,来监控软土的固结沉降完成情况,从而控制加载的速度及真空预压的时间,并保证场地的稳定性,最终可用来判定软基处理的效果。

本工程在A1~A4 、B1等5 区各设一个观测点,B2 区设工作监测点,各测点传感器埋设位置为淤泥顶面3 、7 、11m ,具体埋设深度根据软土的具体厚度来定。其部分监测结果见图3 。

图3 A、B区典型各层孔隙水压力消散时程曲线

通过对孔隙水压力的监测数据分析可知:在B 区真空预压施工开始后,孔隙水压力消散明显,且消散速度剧增,随着时间的推移,消散速度逐渐降低,并趋向稳定,并且上部软土层孔隙水压力消散明显较快,这说明塑料排水板排水路径良好,真空预压效果明显。一般在5d 以后,消散速率明显降低,呈缓慢消散趋势,到80d 左右时,孔隙水压力已基本趋于稳定,这说明此时软土层也已基本完成沉降固结。真空预压卸载后,孔隙水压力消散曲线反弹明显,孔隙水压力有所增加,说明真空预压处理软土地基取得了良好效果。在B 区(堆载预压区),孔隙水压力的消散速度一直处于一种缓慢的状态,只有在B2 区二次吹填时,孔隙水压力的消散速度才有较明显的增大,且最终的消散值均不大。

4. 深层水平位移监测及结果分析

通过测试海堤地基土体不同深度处的水平侧位移情况,控制填筑施工速度以保证江堤边坡的稳定和安全。

根据设计要求,监测点临江堤处共布置了5 处,测点水平间距控制在150~200m 之间,其监测成果曲线见图4(其中sl 等为测点编号)。

图4 深层水平位移深度变化曲线

根据本次监测结果,可以看出,整个填筑过程江堤边坡土体在各深度总水平位移量均不大,填土施工控制较好。总体来看,上部土层水平位移量明显大于下部土层,最大位移一般发生在3~4m 处,最大水平位移值为58.6 mm从4m 往下,位移量逐渐减小,10m 以下,位移量仅为2mm左右,表明堆载对深层位移的影响深度主要在10m 以内,这是因为浅部软土的强度低,受到外力作用后,容易产生水平位移。这一结果和分层沉降的监测结果是吻合的。

5. 室内土工试验及结果分析

为了对比分析B 区软基处理前后土的物理力学性质变化情况,在软基处理前、后取了较多的土样进行常规土工试验,试验结果如表2 所示。

表2 加固前后土体主要物理力学指标

从处理前后软土的物理力学指标对比结果可知:真空预压后软土的含水量、孔隙比、液性指数有较为明显的降低,土的密度有较为明显的提高,软土的物理力学性质指标有较为显著的改善,达到了软基处理的预期效果。

6. 十字板剪切试验及结果分析

为了判断软基处理前后软土土体强度和承载力的变化情况。本工程在软基处理前、后进行了十字板剪切试验(其中B 区只在处理后进行了十字板剪切试验),其试验结果如表3 所示。

由表3 十字板试验数据对比可知:A 区在真空预压后,土体强度增长明显,承载力基本值有较大提高。B区因只在堆载预压后进行了试验,不具有对比性,但可以明显地看出,该区淤泥的抗剪强度也较A 区真空预压前淤泥的抗剪强度有一定提高,说明堆载预压取得了一定效果。但其加固效果比真空预压加固效果稍差。

四、结论

通过对软土地基加固过程的监测及效果检测可以发现,真空预压法和堆载预压法处理软土地基是可行的,取得非常明显的效果。通过对监测和检测数据分析,可以得出以下结论:

  1. 真空预压开始时,土体表层沉降显著,沉降曲线陡降明显,到70~80d 左右时,沉降速率减缓,沉降曲线趋于平缓,卸载时平均固结度均已达到90% 。堆载预压表层沉降相对较小,其地表沉降主要发生在二次吹填砂施工期间。

  2. 堆载预压区的沉降主要发生在上部软土层,该方法的主要影响深度为9m左右,即软土层的1 / 2 处,而且上层土的压缩速率较快,沉降量约占总沉降量的70%以上。

  3. 真空预压开始时,孔隙水压力消散明显,且消散速度剧增,一般在5d 以后,消散速率明显降低,呈缓慢消散趋势,到80d 左右时,孔隙水压力已基本趋于稳定,即软土层也已基本完成沉降固结。真空预压卸载后,孔隙水压力消散曲线反弹明显,孔隙水压力有所增长。而堆载预压后,软土孔隙水压力的消散较为缓慢,只有在二次吹填时,孔隙水压力的消散才比较明显,但最终的消散值不大。

  4. 软基处理时,上部土层水平位移量明显大于下部土层,最大水平位移一般发生在3~4m 处,深层位移的影响深度主要在10m 以内。

  5. 真空预压后,软土的物理力学指标有较为明显的改善,土体强度增长明显,承载力基本值有较大提高,软基处理取得了良好效果。堆载预压法也有一定的处理效果,但相对真空预压效果稍差。

软土地基处理在沿江沿海地区基础建设中占据着越来越重要的作用,如何快速有效的对软土地基进行排水固结处理,提高软土地基的强度,一直是工程界所关注的热点和难点间题。希望以上的施工总结体会能对同行有借鉴意义。

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