真空联合堆载预压软基处理分层沉降监测

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摘要：介绍了真空联合堆载预压软基处理中，分层沉降孔的钻孔、沉降管的埋设以及监测过程中应注意的事项。通过具体工程实例的分层沉降数据，分析了分层沉降的规律及软基处理的影响深度，并对当层间土体出现拉裂假象的原因做了分析。

关键词：真空联合堆载预压，分层沉降，地表沉降，刺入沉降

Abstract: the article introduces the joint vacuum preloading in soft foundation treatment, lamination settlement of drilling hole, the subsidence of the tube and monitoring embedded the precautions in the course. Through the case study of the lamination settlement data, this paper analyzes the lamination settlement of soft foundation treatment rule and the influence depth, and opposition between layers of soil mass appear cracking reasons to make the analysis illusion.

Key words: joint vacuum preloading, lamination settlement, the surface subsidence and penetrate into the settlement

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

引言

真空-堆载联合预压法是在真空预压法和堆载预压法基础上发展起来的软基加固技术, 具有真空预压和堆载预压的双重加固效果[1]。目前，在国内各个工程领域得到了广泛的推广和应用。在真空联合堆载预压过程中，软基发生了很大的沉降量，土体被压缩固结。地表沉降观测能够反映出场地整个竖向变形情况，而分层沉降观测则是掌握不同深度土层压缩量的最好的办法。通过观测土层内部不同部位的沉降大小，可以掌握各土层的变形特性及有效压缩层厚度，了解软基处理施工及运行期间的固结状况，判断其稳定性，作为控制施工进度、改进施工方法及确保工程安全的依据[2]。本文结合具体工程实例，对分层沉降管埋设注意事项及数据处理时遇到的问题进行分析，为类似工程积累有益的经验。

1 工程概括及地质条件

新会双水发电厂有限公司热电联产项目，拟建于广东省江门市新会区双水镇工业开发区。全厂区均分布有较厚的淤泥，流塑至软塑状，厚度由5.3～21.8m不等。设计采用真空-堆载联合预压处理。真空预压设计加载要求为膜下真空度≥85kPa。荷载采用覆水荷载，由抽真空期间地基固结排出的水体及外界河流中的抽水组成，平均覆水深度约1.5m。全区总处理面积近20万平方米，依据主厂房、煤场区及水工建构筑物等划分为6个处理区域。厂区各土层分布情况如下。

（1）填土：主要由粘性土组成，呈松散～稍密状态，地层厚度0.5～6.4m。

（2）淤泥：饱和，主要呈流塑状态，局部靠近粘土层部位呈软塑状态，淤积成因。厚度范围5.3～21.8m，平均厚度13.21m。此层是本次地基处理的主要对象。

（3）砂土：该层在场地范围内水平方向上分布不连续，多呈透镜体状分布，或在局部地段以夹层状出现在淤泥层中。地层厚度0.4～3.6m，

（4）粘土：粘性好，干强度较高，湿，主要呈可塑状态，局部呈硬塑状态，冲积成因。地层厚度1.1～12.1m。

2 分层沉降监测原理及注意事项

2.1 分层沉降的监测原理

分层沉降监测是通过在不同深度与层位的土层处布置分层沉降磁环，让分层沉降磁环随着所在的土层的压缩变形而变化其位置，由其位置的变化来确定分层沉降磁环所在土层土体的压缩固结量[3]。电磁式分层沉降观测仪的主要元件是内部带有磁感应器的探测器的测量探头，它遇到土中的分层沉降磁环的磁性后电流将会发生变化，引起蜂鸣器发出声响。分层沉降观测仪还有一个重要的元件便是受温度变形很小的钢卷尺，长度一般为50～100 m，其连接在测量探头端部随同探头一起进入分层沉降管中，测量每个分层沉降磁环的深度数据[4]。

2.2 分层沉降监测的计算方法

分层沉降测量时，设每个分层沉降磁环的初始读数为 （即分层沉降磁环距管口的距离），历次测量时每个分层沉降磁环的读数为，分层沉降管管口的初始高程为，每个分层沉降磁环的初始高程为，历次（t时刻）测量时每个分层沉降磁环的高程为（为t时刻管口高程），则通过下式可计算出历次测量时每个分层沉降磁环的沉降量[3]：

(1)

由每次分层沉降磁环的沉降量，可以推知沉降磁环之间土层的压缩量为：

（=2,3,4…） (2)

将每个沉降磁环之间土层的压缩量叠加，即为第一个磁环以下所有土层的压缩总量：

(3)

2.3分层沉降监测注意事项

（1）随着抽真空施工的进行，分层沉降管会发生一定的沉降量，每次测量时必须测量管口高程，否则计算出来的磁环高程可能会出现上升现象，而与实际不符。

（2）施工过程中，分层沉降管不可避免的会发生一定的沉降量，其中包括刺入沉降量和管弯曲引起的沉降量。当沉降管底端没有埋入淤泥层以下的较为稳定土层，分层沉降管会发生较大的刺入沉降量，这样可能会管的下沉量大于磁环的下沉量，造成固定环带动磁环向下移动，产生被动沉降量。文献[3]中提到，根据经验，每个分层沉降磁环与其上部的固定环之间的距离至少应该控制在50 cm以上，实际操作较难实现，沉降管套着磁环埋入土体的过程中，磁环会受到孔壁向上的阻力而使磁环的位置最终处在固定环下方，固定环的位置也正是事先设计好的让磁环所处的位置，如图1。所以，为了不让沉降管较大的刺入沉降引起磁环被动沉降，将沉降管的底端买入淤泥下的稳定土层至少0.5m较为稳妥，这样避免了管的下沉量大于磁环的下沉量。

图 1 分层沉降管示意图

（3）为了减小沉降管弯曲引起的管口沉降量，钻孔时应该保证成孔质量，钻孔应尽量垂直。

3 算例分析

取该厂Ⅴ区内分层沉降观测孔（编号：Ⅴ-FC1）为研究对象，进行分层沉降数据分析，该处地层情况为砂垫层约0.5m，填土约0.5m，淤泥约13m，淤泥下为砂层和粘土层。该孔共埋设6个分层磁环，从砂垫层顶面往下1.0m、3.0m、7.0m、9.0m、11.0m和13.0m处安装一个沉降磁环,观测土体分层压缩情况，各环分层累计沉降随时间变化见图2。从图2中可以看出：随着深度的增加，磁环的累计沉降量随之减少，和地基附加应力随深度递减的现象相符合。地表沉降稍大于磁环1的沉降，这和抽真空时，地表面0.5m的砂垫层和0.5米的松散填土有较大的孔隙率有关。摘取部分日期的分层沉降量数值，见表1，从中可以看出：软基主要沉降量发生在环１～环５之间，其压缩量占地表总沉降量的81%,真空联合堆载预压影响深度为地面以下11.0m。

图2:Ⅴ-FC1各环沉降量及地表沉降量累计值 图3:Ⅵ-FC1各环沉降量及地表沉降量累计值

取该厂Ⅵ区内分层沉降观测孔（编号：Ⅵ-FC1）为研究对象，进行分层沉降数据分析，该处地层情况为砂垫层约0.5m，填土约0.5m，淤泥约13.5m，淤泥下为砂层和粘土层。该孔共埋设6个分层磁环，从砂垫层顶面往下1.0m、4.0m、8.0m、10.5m、12.5m和14.5m处安装一个沉降磁环,观测土体分层压缩情况，各环分层累计沉降随时间变化见图3。从图3中可以看出：磁环1与磁环2之间土层的压缩量从7月26日开始有变小的趋势，说明该层土体7月26日后并没有被压缩，而是被拉裂，这并不符合实际。结合地表沉降随着时间变化曲线可知，地表至磁环2之间土层压缩量一直呈增长趋势，并无异常。分析造成此现象的原因：磁环1处沉降管弯曲较大，磁环1被卡住，无法随着磁环1周围土体一起下沉，而造成磁环1与磁环2之间的土层存在拉裂的假象。

4 结语

（1）为了保证分层沉降观测的准确性，沉降孔的钻孔应该尽量垂直，减少沉降管弯曲造成的磁环沉降；沉降管底端应该超过软土层，达到较硬土层0.5m以上，防止沉降管过大的刺入沉降引起磁环的被动沉降；每次测试时，均应测试管口高程。

（2）真空联合堆载预压下，磁环的累计沉降量随着磁环深度的增加而减少。本工程Ⅴ区的软基处理影响深度，主要发生在地面以下11.0m范围内。

（3）当计算过程中发现磁环间土层发生拉裂的失真情况时，说明个别磁环受到分层沉降管弯曲影响，而无法同周围土体一起下沉。此时，可以结合地表沉降量或者相邻磁环的累计沉降量综合分析判断该层土体的实际压缩情况。

参考文献：

[1] 尹敬泽,刘慧敏.真空-堆载联合预压下地基变形特性分析[J].公路,2004(8)：209-212.

[2] 苏国祥,王简年.真空预压软基处理工程监测[J].港工技术,2009(s1): 116-119.

[3] 凌柏平,龚永康,张建跃.真空预压软基处理分层沉降监测[J].水运工程，2010(12)：129-134.

[4] 滕俊常,林弘,孙志鸿.分层沉降观测技术的应用[J].黑龙江交通科技,2001(2):13-14.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。