真空联合堆载预压法的卸载条件研究

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摘要：通过对厦门某软基处理试验段的各种监测数据，以双曲线法推求最终沉降量的前提下绘制沉降速率与剩余沉降量之间的关系，找到主次固结的分界点。真空联合堆载预压法中真空荷载的卸载时机为主次固结的分界点，填土荷载的卸载条件依据容许工后沉降量得到各个测点的卸载沉降速率。

关 键 词：沉降速率；剩余沉降；卸载时机

中图分类号： TU74文献标识码：A 文章编号：

一、前言

真空联合堆载预压法在处理软土地基的应用越来越普遍，但是真空联合堆载预压的机理问题研究还不够成熟，卸载标准还没有统一的标准。真空联合堆载预压法的卸载包括两方面的内容：一是真空荷载的卸载时机，二是填土荷载的卸载时机。

对于真空荷载的卸载时机，雷正敏等[10]从饱和粘性土的主固结与次固结变形分析出发，通过绘制主、次固结沉降变形来推求到达次固结沉降的时间，到达次固结的时间即为真空荷载卸载的时间。对于填土荷载卸载时机的研究相对来说比较多一些。研究发现在实际工程中，当满足工后沉降量时往往不满足沉降速率。那么研究沉降速率与剩余沉降量的关系就显得很有必要。刘吉福等[2]认为地基设置了竖向排水体后，工后沉降与剩余沉降基本相等。张长生等[6]利用地基固结理论推导了沉降速率与剩余主固结沉降成正比的结论，并提出了沉降速率控制标准。周春儿等[9]假设时间-沉降曲线符合双曲线，推导了沉降速率与剩余沉降量之间的成平方关系。软土地基的次固结沉降是不容忽视的，单独求解次固结沉降量很困难。本文依托某软基处理实测沉降资料的基础上，利用双曲线法推求最终沉降量，然后绘制沉降速率与剩余沉降量的关系图，将软基沉降过程划分开来进行深入地探讨。

三、沉降速率与剩余沉降的关系

1.假设沉降-时间曲线为指数曲线，即

(1)

式中：St是t时沉降量，β为固结系数。

由(1)式可以得到沉降速率Vs与剩余沉降之间的关系：

(2)

式中：Vs为沉降速率，Sr为剩余沉降量。

指数曲线法忽略了次固结沉降，而软土地基前期沉降主要是主固结沉降。由公式(2)知前期沉降速率与剩余沉降成线性关系。

2.假设沉降-时间曲线为双曲线法，即

(3)

式中：t0为恒载阶段时间，S0为t0时的沉降量，a为t0沉降速率的倒数，b为t0剩余沉降的倒数。

由(3)式可以得到沉降速率Vs与剩余沉降之间的关系：

(4)

双曲线法即包含主固结沉降又包括次固结沉降，在几种曲线拟合法中，双曲线法推算的沉降量偏于保守，对工程最有利。公式(4)表明后期沉降速率与剩余沉降成二次非线性关系。

由以上分析知，若单独把沉降速率与剩余沉降的关系用线性和二次非线性的关系来表示的话欠妥。故对于不同的阶段应该分别考虑。

用曲线拟合法推求7个沉降测点的最终沉降量数据见下表1。

表1 用双曲线法推求最终沉降量

根据实测沉降资料和推算的最终沉降量可以得出任意时刻的剩余沉降量。

(5)

式中：Sj 是Tj时的实测沉降量，Srj是Tj时剩余沉降量。

Tj时的沉降速率用实测数据按下式计算

(6)

其中Sj+1是Sj之后相邻时间Tj+1对应的实测沉降量，Sj-1是Sj之前相邻时间Tj-1对应的实测沉降量。

根据各测点推测工后沉降和实测沉降速率绘制的散点图及拟合线见图1。

图1 沉降速率与剩余沉降的关系示意图

由图可见：

(1)测点S1-41、S1-44、S1-46、S1-47的沉降速率与剩余沉降量关系图有一个明显的拐点，一部分成线性关系，另一部分成二次非线性关系，并且拟合曲线的相关系数都达到了92%以上，若单独用线性关系或二次非线性关系拟合结果差。

(2)测点S1-42、S1-43的沉降速率与剩余沉降量成线性关系，并且拟合曲线的相关系数都达到了99%以上，相关性相当高。

(3)测点S1-45的沉降速率与剩余沉降量成二次非线性关系，线性关系拟合差。

由以上知，软基沉降过程主要分两个阶段：以主固结为主的沉降阶段、以次固结为主的沉降阶段，测点S1-41、S1-44、S1-46、S1-47在沉降速率与剩余沉降量关系图拐点对应的时间之前表现为以主固结沉降为主，时间之后表现为以次固结沉降为主；测点S1-42、S1-43一直处于主固结阶段；测点S1-45以次固结沉降为主。

四、真空联合堆载预压法卸载条件分析

1.真空荷载的卸载条件分析

在施工过程中如果地基已经完成了主固结沉降，则应该即使卸载真空荷载。所以问题的关键在于寻找主次固结的分界点。通过分析测点S1-41、S1-44、S1-46、S1-47在沉降速率与剩余沉降量关系图拐点对应的时间都是恒载110天，时间相当一致。所以真空荷载卸载的时间应为恒载后110天,从抽真空开始，时间大概6个月 ，这个时间与文献[10]中的真空荷载的卸载时间吻合。

2.填土荷载的卸载条件分析

若按本工程要求Sr≦200mm计算得到各测点的沉降速率控制标准见表2

表2 各测点卸载速率控制标准

所以不同的测点对应的沉降速率是不相同的，采用相同的沉降速率标准是不合适的。

五、结论

1.以双曲线法推求最终沉降量的前提下，沉降速率与剩余沉降关系因沉降所处的阶段不同而不同，在以主固结为主的沉降阶段表现为线性关系，在以次固结为主的沉降阶段表现为二次非线性关系。

2.真空联合堆载预压法中真空荷载的卸载时机为沉降由主固结沉降变为次固结的时间。

3.填土荷载的卸载条件，在某一容许工后沉降量条件下分别应用各测点的沉降速率与剩余沉降量关系式进行计算，按照相同的沉降速率作为卸载标准是不合适的。

参考文献

[1]刘吉福，陈新华. 应用沉降速率法计算软土路堤剩余沉降[J]. 岩土工程学报，2003，25(2)：32–36.

[2]刘吉福, 莫海鸿, 魏金霞. 对工后沉降法确定卸载时机的研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2006, 25(增刊2): 3518-3523.

[3]曹国强, 张仪萍, 张土乔, 等. 地基沉降速率与沉降的关系研究及其应用[J]. 岩土力学, 2003, 24(3): 467-470.

[4]张长生, 张伯友, 刘国楠, 等. 应用沉降速率推算剩余沉降及卸载时间[J]. 地球科学与环境学报, 2005, 27(4): 28-32.

[5]刘吉福. 沉降速率与剩余沉降的关系[J]. 广西大学学报: 自然科学版, 2010, 35(1): 193-198.

[6]周春儿、刘吉福. 软基路堤沉降速率与剩余沉降的关系[J]. 中南大学学报: 自然科学版, 2011, 42(1): 818-821.

[7]雷正敏. 真空联合堆载预压法中真空荷载的卸载条件研究.中国水运,2008, 4(8): 101-02.