某场地沉降原因分析及趋势预测.doc

某场地沉降原因分析及趋势预测 周卫东 （河南省航空物探遥感中心河南郑州450053） 【摘要】爆破挤淤是软土地基常用的一种地基处理方式，以其施工快速、费用低等优点，在沿海地区应用广泛。但爆破挤淤也存在局限性，夹砂、淤泥厚度较大时清除效果较差。本文通过一场地的沉降监测数据，结合工程地质条件，对沉降原因进行分析，对最终沉降量进行了估算，并根据监测数据对沉降趋势进行预测，以期对类似工程提供借鉴。 关键词爆破挤淤；软土地基；沉降预测；固结度 TheApplicationAnalysisofPTCPipePileCompositeFoundationonSoftSoilSubgrade ZhouWei-dong （AeroGeophysicalSurveyandRemoteSensingCenterinHenanProvinceZhengzhouHenan450053） 【Abstract】Blastingcrowdedsiltingismonlyusedawayofdealingwithsoftsoilfoundatin，withitsrapidconstrauctin，lowcoasadvantages，incoastalareasshouldbeextensive，blastingcrowdedsiltingalsohavelimitations，butforthelargerthicknessofsandsiltremovaleffectispoorer.Inthispaper，agroundsubsidencemonitoringdata，binedwiththeengineeringgeologicalconditions，analysisofsubsidensreasons，toestimatefinalsettlement，andaordingtothemonitoringdatatoforecastthesubsidencetrend，toprovidereferenceforsimilarprojects. 【Keywords】Blastingcrowdedsilting；Softsoilfoundation；Settlementprediction；Degreeofcosolidation 1.概述 （1）我国沿海地区存在大面积淤泥和淤质土等软土，这些软土的特点是高含水量、高孔隙比、高压压缩性。在荷载作用下将发生较大的沉降，且沉降完成的时候很长。随着对沿海的开发，用地紧张常需要填海造地，对于大面积回填来说，常用的方法有预压排水固结、爆破挤淤等。其中，爆破挤淤可以清除淤泥，快速提供场地。在填海造地中被广泛应用。爆破挤淤法也有其适用性，当软土中夹有较厚砂层时，对于砂层下部的软土往往达不到清除效果，在荷载作用下引起地面沉降。 （2）本文通过一场地的沉降监测数据，结合工程地质条件，对沉降原因进行分析，对最终沉降量进行了估算，并根据监测数据对沉降趋势进行预测。以期对类似工程提供借鉴。 2.工程概况和工程地质条件 2.1某场地位于滨海潮间带，采用控制加载爆破挤淤置换法处理淤泥的淤泥质土，由于爆破挤淤的宽度在坡脚平台处受到限制，在坡脚的地方局部采用挖泥的方法将淤泥挖出，回填块石。 2.2场地地层上部为淤泥和淤泥质土、淤泥质土底层普遍分布有一层中粗砂或粉细砂层，砂层以下为可塑至硬塑状态的粘性土，其下为残积土和基岩风化。地层分布自上而下描述如下。 1淤泥：表层03.00m为褐灰色，3.00m以下为灰色，深灰色，流塑软塑状，含云母和贝壳碎屑，局部混有粉细砂，淤泥含水率平均值为63.5%，无层理构造，为欠固结土。本层厚度大且分布连续，厚度1.4511.80m，平均厚度约为5.20m，底标高平均约为-7.85-21.80m，平均标准贯入击数N1击。 2淤泥质粘土：灰色深灰色，流塑软塑状，混少量粉细砂团，夹黑色腐植物，平均标贯击数为12击，在局部钻孔中与淤泥质粉质粘土互层出现，厚度较大且连续，厚度1.4510.60m，平均厚度约5.09m，分布底标高约为-7.10-19.80m。 1粉细砂：褐灰色灰褐色，稍密状，局部为中密，平均厚度约为1.93m，分布顶标高-15.70-25.70m，平均标贯击数为14击。 2中粗砂：本层以透镜体出现，根据本次勘察结果，平均标贯击数为15击。 3砾砂：灰褐色，夹混圆砾，局部混碎石、卵石，呈中密状，在勘察区内较为连续，在沿纵轴线中部局部缺失，平均厚度约为2.61m，分布标高为-13.50-30.30m，平均标贯击数为20击。 1粘土，灰色深灰色，含有机质，混少量贝壳碎屑，软塑可塑状，本层较为连续，平均厚度约为7.22m，分布顶标高-19.80-34.60m，本层间与2粉质粘土互层出现，但以本层为主，平均标贯击数为5击，含水率为39.2%，平均孔隙比e为1.12，液性指数为0.78，具有一定的结构强度。 2粉质粘土，灰色深灰色，含有机质，含少量贝壳碎屑，软塑可塑状，本层为1粘土夹层，局部呈互层出现，顶标高与粘土相同，平均厚度约为3.12m，平均标贯击数为5击。 4粘土，灰色浅灰色，兰灰色，硬塑至坚硬状，土质较均匀，局部夹铁锰质结核，本层位于1粘土之下，残积土以上，不连续，仅在局部钻孔见到，平均标贯击数为18击。 1残积土，本层在钻探过程中在少数钻孔中见到，以浅灰色，黄褐色为主，凝灰岩分布区表现为粉土状，混少量粉细砂，基岩为花岗岩分布区呈中粗砂状，粘土结构。在整个勘察海域内一般第四纪沉积层下直接可见到风化基岩，因此本层表现为分布无规律，平均标贯击数为26击。土的主要物理力学指标见表1，分布情况见图1。 3.检测结果分析 3.1施工完成后对爆破挤淤效果进行了钻探和物探检测，其中工程物探采用了浅层地震、面波两种方法进行检测。并沿轴线设置了沉降观测点。爆破挤淤检测的总体结论如下：（1）爆破挤淤抛石落底标高在2.90m-21.70m。（2）爆破挤淤抛石厚度在2.50m27.00m。（3）爆破挤淤泥石混合层（泥质碎石）厚度一般在0.501.40m。（4）爆破挤淤抛石落底在粉细砂、中粗砂、砾砂、粘土、中风化花岗岩、中风化凝灰层上。但，砂层下部分布的淤泥质土，爆破挤淤没有清除。在ZK18附近，仍存在一定厚度的淤泥质土。沉降点对应的检测钻孔号、抛填层底标高以及对应的原淤泥层底标高见下表2。 3.2通过分析爆破前后的工程地质条件，沉降较大的原因如下： （1）砂层下部存在淤泥质粘土（第二层），由于爆破不能清除，且该段第一层淤泥厚度较大，局部可能未完全清除； （2）原砂层下存在的3-1、3-2层粘土，属可塑，局部软塑，在回填层作用下，仍可产生一定的沉降，且沉降速率较慢。对后期沉降有一定影响。 4.沉降趋势分析和沉降量预测 图2为1、2、3号沉降观测点的沉降量和时间关系曲线，从观测数据可以看出，1号点已经稳定，但2、3号点沉降速率有所减缓，但仍未处于稳定状态。 根据实测的沉降时间曲线推算沉降量的方法有两种，一是指数曲线配合法，二是沉降曲线图解法（Asaoka）法。两种方法分别如下： 4.1指数曲线配合法。 指数曲线配合法是在各种排水条件下，由土层平均固结度的普遍表达式推导而来的，也称三点法，表达式如下： 其中：S最终沉降量 S1、S2、S3加荷停止后，任意三个时间t1、t2、t3时刻所对应的沉降量。 从s-t曲线推算最终沉降量时，为了减小误差，一般选取三组不同的（t，s）值，再求出平均值作为最终沉降量的估值。 4.2沉降曲线图解法（Asaoka法）。 4.2.1沉降曲线图解法是Asaoka1978年提出的一种从一定时间过程所得的沉降资料来预计最终沉降量和沉降速率的方法，由以垂直体积应变的偏微分方程推导而来，该方程可以近似用一个以级数形式的微分方程表示，其n阶递推关系式表示如下1： 对于大多数实际情况，通常第一阶（n=1）近似就已足够，因此上式可以简化成 Sj=0+1Sj-i（3） 式中：Sjj时刻的沉降量 01常数 4.2.2根据实测沉降资料，作图可确定待定参数和最终沉降量。见下图3，步骤如下： （1）将沉降时间关系曲线划分成相等的时间段t，读出相应于时间t1、t2时的沉降量s1、s2 （2）在以轴si-1和si的坐标系中将沉降值s1、s2以点（si-1，si）画出，同时作出si-1=si的45直线。 （3）作直线（I）使之尽量与这些点吻合，这条直线与45o线线相交的点sfc就给出了最终固结沉降量sk1。 图3Asaoka法应用图例 根据上述两种方法，对三个点的沉降量进行预测，并根据下式对地基土的平均固结度预测。 Utt时刻地基土的平均固结度（%） Stt时刻地基的沉降量（mm） S地基总沉降量（mm） 其结果见表3。 取二者推算中的大值，取S11697、S21230S91000，据此推算三点的固结度分别为97%、99%、92%。通过以上分析可知，由于堆填时间已超过4年，砂层下淤泥质粘土层的固结度已达90%以上，主固结沉降已基本完成，后期次固结沉降量不大。 5.结论 综合以上分析，可得出如下结论： （1）场地局部地段沉降较大的原因主要是砂层下部存在淤泥质粘土（第二层），由于爆破不能清除，且该段第一层淤泥厚度较大，局部可能未完全清除。 （2）原砂层下存在的3-1、3-2层粘土，在回填层作用下，仍可产生一定的沉降，且沉降速率较慢。对后期沉降有一定影响。 （3）根据沉降-时间关系曲线预测总沉降量时，可以采用指数配合法以及沉降曲线图解法两面三刀种方法进行预测。 （4）根据实测沉降曲线可以去推算地基土的固结度，根据推算，本场地固结度已达