位移监测在软土地基中的研究与应用.pdf

2862023年4月江西建材工程技术与应用位移监测在软土地基中的研究与应用沈新中中冶武勘工程技术有限公司，湖北武汉430000摘要：我国沿海诸省存在着大量软土地基，地基处置措施的效果需经实测地基变形来进行分析。文中以福建罗源湾工业区某钢厂二期规划原料场项目为例，通过实测沉降，分析真空、堆载联合预压处理大面积沿海滩涂软土地基效果，结果表明，在基本同等条件下，总沉降量与淤泥厚度成正比关系。土体由淤泥、淤泥质土固结为黏土地基预计沉降最大接近5 m。地基土在真空、联合堆载预压荷载作用下，固结度已达在9 0%以上，平均固结度为9 5.9 1%，预计残余沉降（双曲线法）小于3 0 0 mm。真空堆载联合预压处理效果较好。关键词：位移；监测；软土地基；联合预压处理中图分类号：TU753文献标识码：B文章编号：10 0 6-2 8 9 0（2 0 2 3）0 4-0 2 8 6-0 3Research and Application of Discement Monitoring in Soft Soil FoundationShen XinzhongMCC Wukan Engineering Technology Co.Ltd.,Wuhan,Hubei 430000Abstract:There are a large number of soft soil foundations in coastal provinces of China,and the effectiveness of ground treatment measuresneeds to be analyzed through measured ground deformation.In this paper,the project of the second phase planned raw material yard of a steelplant in Fujian Luoyuan Bay Industrial Zone is taken as an example,and the effect of vacuum preloading combined with surcharge preloadingon the treatment of large-area coastal mudflat soft soil foundation is analyzed through the measured settlement.The results show that underthe same conditions,the total settlement is proportional to the thickness of the sludge.The soil mass is consolidated from silt and muddy soilto clay foundation,and the estimated maximum settlement is close to 5m.Under the action of vacuum and combined surcharge preloading,thedegree of consolidation of the foundation soil has reached over 90%,with an average degree of consolidation of 95.91%.It is estimated thatthe residual settlement(hyperbolic method)is less than 300mm.The effect of vacuum and surcharge preloading treatment is good.Key words:Displacement;Monitoring;Soft soil foundation;Combined preloading treatment0引言我国沿海诸省、市，内陆湖泊地区以及我国西部山区沟谷部位，大量存在着软土地基，在这类地基上修建工程建筑，不经过处理或处理不当，会降低工程质量，甚至会造成较为严重的工程事故。地基沉降分析是一项复杂的系统工程。Biot1从弹性理论出发，根据有效应力原理、土的连续条件和平衡方程，提出了完善的土三维固结理论，被称为真三维固结理论。目前，关于地基三维沉降计算的方法主要有：EropoB法、Skempton和Bjerrum的半经验法、Lamble应力路径法、黄文熙三维压缩法 2-5 等。此外，不少专家学者也对地基的三向压缩变形进行了研究，但大多数研究均为三维变形条件下的最终沉降量计算问题，很少涉及三维变形沉降量随时间的变化关系 6-7 。本文以福建罗源湾工业区某钢厂二期规划原料场项目为例，通过埋设地表沉降板监测软土地基，经过真空联合堆载预压后地表沉降变形特征，根据现场实际监测资料，运用最优沉降预测方法，对场地地表沉降进行了推算。1工程概况钢厂二期规划原料场项目位于福建罗源湾工业区厂区东作者简介：沈新中（19 7 3-）男，湖北天门人，本科，工程师，主要研究方向为工程测量、监测及智慧应用。北角原料场内。整个场地北、西、东三面环山，原始地貌为鱼塘，视野开阔，堤分隔，从南至北分别为1 5 塘。地基处理场区东西宽约5 40 m，南北长9 0 0 10 0 0 m，面积约3 10 5 14m。场地位于罗源湾北岸钢铁工业园厂区北侧下土港村南侧，整个场地北、西、东三面环山，南面向海，属低山地貌，中南部原始地形为鱼塘，属浅海滩涂地貌。场地内分布的主要地层有人工填积层（Qml）、第四系全新统长乐组海积层（Q.cm）、第四系全新统东山组海积层（Q4dm）、第四系上更新统龙海组冲洪积层（Q,al+pl），第四系残积层（Q，）层。2地基处理方式地基处理采用真空联合堆载预压排水固结法进行。场地现状为堤分隔的鱼塘，堤硬高程为1.0 2.0 m，鱼塘中水深为1 2 m，塘底有0.5 1m厚的浮泥。地基处理施工流程为：抽排积水一铺设纵横交叉的土工格栅填筑海砂或水渣整平场地一打设塑料排水板铺设真空管一铺设真空膜一分区边缘真空膜埋深防漏抽真空施工真空膜上铺设无纺土工布分层填筑堆载（厚度6 8 m）抽真空停止施工地表强夯与满夯一反复堆矿与卸矿。抽真空作业时间为18 0 d，堆载预压为15 0 d。3地表沉降监测3.1监测点布置与场地地基处理的工序与进展情况相配合，于当年7 月从2872023年4月工程技术与应用江西建材2塘开始分区监测仪器设备的埋设、安装工作，至次年1月完成1#塘的仪器埋设。本次地表监测采用埋设沉降板，选用瑞士Leuca公司的TC402电子全站仪，配合单棱镜进行观测，该仪器的标称精度2.0，测距中误差2+2 10-6 D（m m）。地表沉降监测布置点如图1所示。按设计要求确定稳定控制标准：沉降量不大于15 mm/d，水平位移不大于5 mm/d。真空卸载标准为：满载时间不小于150d，以工后固结沉降满足设计要求作为卸载的主要指标，以实测地面沉降速率满足连续15 d小于2 mm/d为辅助要求。3.2监测结果分析以2 塘为例进行分析。2塘真空区共布设10 个地表沉降监测点，非真空区布设3个地表沉降监测点，2 塘分为东、西2 个区进行抽真空作业。监测数据表明：2 塘西区监测期间场地的最大沉降量（CJ2-2点）为4.9 6 9 m，2 塘东区监测期间场地的最大沉降量（CJ2-6点）为4.9 9 2 m，最大沉降测点位于2 个区相邻处，全区偏南侧。纯抽真空期间，两个区中部（CJ2-5点、CJ2-10点）沉降最大，在之后的堆载期，2 个抽真空区交界区沉降逐步上升并超过真空区中部。抽真空作业停止后，由于真空区内缩作用减除，真空区边部向外产生变形，真空区近边部产生相应较大沉降，2 个抽真空区交界区沉降量超过真空区中部。总体分析，在基本同等条件下，总沉降量与淤泥厚度成正比关系。场地东西两侧由于位于区域边缘而沉降稍小。2#塘非真空区最大沉降2.8 18 m，后期沉降较大，这是因为真空泵放在该处，真空区停止抽真空，真空泵撤走之后，该处才进行较高堆载，与真空区地表找平。统计数据见表1，本区地表沉降荷载时程曲线见图1 图3。表12 塘地基沉降监测成果表m沉降监各阶段沉降量总沉降量测点号插板期抽真空期堆载期恒载期真空卸载后CJ2-10.1751.1501.4471.161一3.920CJ2-20.1751.1851.6321.7090.2534.954CJ2-30.1751.1421.5280.7820.0083.635CJ2-40.1751.1661.7401.1970.0944.372CJ2-50.1751.1592.0930.9670.1564.550CJ2-60.3071.3231.5501.5890.2034.972CJ2-70.3071.2611.4371.4930.2904.788CJ2-80.3071.2091.6831.1910.1324.522CJ2-90.3071.3061.4831.1580.2494.503CJ2-100.3071.3601.6321.4220.1354.8560-CJ2-1CJ2-2-1000CJ2-3CJ2-4CJ2-5-2000U/树2-30004000-5000-60007/289/1611/512/252/234/45/247/139/110/2112/10日期图12塘西区地表沉降-荷载时程曲线0-CJ2-1CJ2-2-1000CJ2-3CJ2-4+CJ2-5-2000-3000-4000-5000-60007/289/1611/512/252/234/45/247/139/110/2112/10日期图22#塘东区地表沉降荷载时程曲线一CJ2-11CJ2-12 CJ2-13-1000-2000-30007/289/16611/512/252/234/45/24.7/139/110/2112/10日期图32塘非真空区地表沉降-荷载时程曲线1#、3#、4#、5 塘沉降规律与之相似，统计结果见表2 所示1#、3、4#、5#塘沉降规律与之相似，统计结果见表24沉降预测本工程选取双曲线法进行预测。双曲线法假定从填土开始到任意时刻t的沉降量S的关系可用式（1）表示。t=+t(1)S.-S.式中，S。为全荷载施加完成的初期沉降量（t=0）；s,为t时刻沉降量；、为从实测值求得的系数。由实测的t/（s,-S o）-t 的拟合直线，求得直线的截距和斜率，即可求得任意时间的沉降量s和最终沉降量。P01品11（o,So)（tStS图4双曲线法推算沉降示意图沉降预测方法是根据以上沉降预测方法推算结果的相关系数高低来进行选择的，选择相关系数最高的两种预测方法作为最优预测方法。根据现场实际监测资料显示，运用最优沉降预测方法，对场地地表沉降进行了推算。其中，固结度和残余沉降按以下公式进行计算。288上接第2 8 5 页）2023年4月江西建材工程技术与应用残余沉降：S,=Sis-S,S(t)固结度：U,100%二S(o0)式中，S。为最终沉降量；S,为t时刻的沉降量；S,为残余沉降量。场地地表沉降预测结果如表2 所示。表2沉降预测结果当前沉已完成最终沉残余沉已达到测点相关区域降量S。沉降量降量S。降S,固结度备注编号系数/mm/mm/mm/mmUI%50.983289.54463.24668.5205.3 95.6060.983476.646134851.9238.9 95.08真空联合1塘140.993581.34499.24846.4347.292.84堆载预压180.982628.23285.93533.0247.193.0120.992992.24953.65038.885.298.3150.993427.34549.64912.8363.292.61真空联合2塘60.993179.84971.55024.352.898.95堆载预压100.983298.745864770.0184.096.1420.991988.73469.13488.419.399.4540.991626.53037.63057.419.899.35真空联合3塘70.9927364424.74673.1248.494.69堆载预压100.992538.84517.24560.743.595.694#塘20.993527.34016.24067.451.298.74真空联合70.993103.53836.53973.8137.396.54堆载预压10.992085.72907.72987.179.497.34真空联合5#塘30.991798.32593.52814.2220.7 92.16堆载预压70.871331.81754.11871.5117.493.73由表2 可知，地基土在真空、联合堆载预压荷载作用下，和进度得以保障，又减少了施工过程中产生的建筑垃圾，施工操作简便，降低了人工成本投人，具有良好的经济效益。（2）轻质泡沫土隔热层与主体结构的紧密结合，充分提高了建筑物的整体性与结构强度，解决了传统工艺的质量问题。（3）轻质泡沫土混凝土价格约3 6 0 元/m，而聚苯乙烯板块材价格约45 0 元/m，两者相比较，轻质泡沫土混凝土价格优势明显，经济效益显著。6.2社会效益（1）作为地暖的隔热层，泡沫水泥轻质土楼板隔热性能良好，能够有效防止热量的散失，节约能源。（2）泡沫水泥轻质土楼板隔热层能够耐受5 0 0 以上的高温，且无有害性气体产生，与聚苯乙烯装饰材料相比，具有良好的环保性能。（3）施工机械化程度高，可显著降低人工成本投人。（4）传统的聚苯乙烯隔热层在受压下易变形，导致上部装饰层发生破坏，后期维护成本高。泡沫水泥轻质土具有良好的耐压性能和耐久性，与建筑物同寿命，大大降低了维护成本。固结度已达在9 0%以上，平均固结度为9 5.9 1%，预计残余沉降（双曲线法）小于3 0 0 mm。5结语通过实测沉降分析真空-堆载联合预压处理大面积沿海滩涂软土地基效果，结果表明：（1）在基本同等条件下，总沉降量与淤泥厚度成正比关系，场地东西两侧由于位于区域边缘而沉降稍小。（2）土体由淤泥、淤泥质土固结为粘土（有机质含量超过5%，定名为有机质粘土），地基预计沉降最大接近5 m。（3）地基土在真空、联合堆载预压荷载作用下，固结度已达在9 0%以上，平均固结度为9 5.9 1%，预计残余沉降（双曲线法）小于3 0 0 mm。参考文献1 Biot M.A.General theory of three-dimensional consolidation J,J.of Applied physics,1941,12:155.2Rendalic L.Porenziffer and Porenwasserdruck in Tonen M J,Bauingenieur,1936.3Skempton A.W.Bjerrum L.A Contrbution to the Settlement Analysis ofFoundation on ClayJ.Geotechnique,1957,7（4）.4Lambe T.W.Stress Path Method J,Proc,ASCE,1967,6.5黄文熙，张文正，俞仲泉。水工建筑物土壤地基的沉降量与地基中的应力分布【J.水利学报，19 5 7（3）：1-6 0.6葛尚奇，江文豪，郑凌透，等.外荷载随时间变化下软土地基一维大变形固结通解J。岩石力学与工程学报，2 0 2 2，41（S2）：3464-3475.【7 王思刘，张冬琪，陈纪胜，等.真空预压下软土地基的固结特性和沉降计算方法J.铁道科学与工程学报，2 0 2 2（3）：6 7 4-6 8 2.7结语综上所述，泡沫水泥轻质土具有轻质化、抗压强度高等特点，泡沫轻质土楼板隔热系统具有施工技术简单、施工效率高、技术成熟等特点，可广泛推广应用。参考文献【1】林久平，高明永.气泡混合轻质土在陡坡路堤中的应用及技术经济分析J】.公路，2 0 2 2（8）：8 2-8 5.2江永华，现浇气泡混合轻质土在路基施工中的应用J】.福建交通科技，2 0 2 1（12）：2 3-2 5.3梁伟峰.气泡混合轻质土在路基台背回填中的应用效果分析J】：福建交通科技，2 0 2 1（10）：47-49.4银彦鹏.泡沫水泥轻质土在软土路基处理中的应用【J.山西交通科技，2 0 16（1）：7-9.5 月唐良智.轻质泡沫水泥注浆材料的应用研究【D.长沙：中南大学,2 0 11.【6 肖礼经.泡沫水泥轻质土在公路建设中的应用与研究 D.长沙：湖南大学，2 0 0 3.