延安煤油氣資源綜合利用項(xiàng)目場地形成與地基處理工程

陳 學(xué)1   張馨怡1  水偉厚2

(1.上海申元土工程有限公司,上海200040;2.中化巖土集團(tuán)股份有限公司, 北京 102600)

摘要:場區(qū)位于濕陷性黃土地區(qū), 場地由削峰填谷形成,地形復(fù)雜,山大溝深,設(shè)計(jì)采用多層多工藝高能級(jí)強(qiáng)夯法地基處理成套方案, 依據(jù)強(qiáng)夯試驗(yàn)成果進(jìn)行設(shè)計(jì)方案優(yōu)化,結(jié)合現(xiàn)場施工資料,對(duì)施工期沉降及工后沉降實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)分析, 形成一套完備的高填方地基處理技術(shù), 為今后濕陷性黃土地區(qū)高填方工程的設(shè)計(jì),施工、監(jiān)測及檢測提供參考。

關(guān)鍵詞:強(qiáng)夯法地基處理成套技術(shù);黃土濕陷性;檢測;監(jiān)測

1  工程概況

陜西延長石油 (集團(tuán)) 延安煤油氣資源綜合利用項(xiàng)目場平地基處理工程, 本項(xiàng)目廠址坐落于延安市富縣境內(nèi),項(xiàng)目建設(shè)用地坐落在洛河兩岸,由于受地形限制,洛河把工廠分成四大部分:東區(qū), 西區(qū), 南區(qū) (污水處理廠), 北區(qū) (綜合行政管理區(qū)). 因其他區(qū)地勢平坦,填方高度小,而西區(qū)場地的填方高度大,且場平設(shè)計(jì),實(shí)驗(yàn)區(qū)試驗(yàn)情況、檢測、監(jiān)測等資料情況較為完備,故在本文中主要針對(duì)項(xiàng)目西區(qū)加以論述說明。

該項(xiàng)目西區(qū)地形復(fù)雜, 山大溝深, 為典型的 “削峰填谷” 工程. 西區(qū)南北向長約1.4km, 東西向?qū)捈s0.7km, 西區(qū)場地將原有的花旗溝 (東西向), 大塔溝 (南北向) 回填形成廠區(qū),花旗溝溝口位置回填高度達(dá)到70m,整個(gè)廠區(qū)挖填土石方量約3000萬m3填料主要為黃土, 采用分層回填＋強(qiáng)夯的方法進(jìn)行處理。

西區(qū)各主要分部分項(xiàng)工程開工,完工時(shí)間表見表3.17-1。

西區(qū)主要分部分項(xiàng)工程開工, 完工時(shí)間表

2  工程、水文地質(zhì)概況

2.1地形、 地貌及地層情況

擬建場地西區(qū)位于段家莊村的扶塔山,花渠山及菜子梁上,地形起伏較大.扶塔山地面高程為890.00~1080.0m,相對(duì)高差為190.0m;花渠山地而高程為883.00~1030.0m,相對(duì)高差為147.0m;萊子梁地面高程為890.00~1020.0m,相對(duì)高差為130.0m. 場地局部地段為 20.0~40.0m 的陡坎, 場地最高點(diǎn)在扶塔山梁頂, 高程約為1080.0m。地貌單元屬黃土粱峁。據(jù)勘探揭露,場地地層自上而下依次為:耕植土,第四紀(jì)全新世坡洪積黃土狀土;第四紀(jì)晚更新世風(fēng)積黃土,殘積古土壤;第四紀(jì)中更世風(fēng)積黃土,殘積古土壤,三疊系下統(tǒng)瓦窯堡組砂巖及砂、頁巖互層體,西區(qū)場地原始地形地貌、地層情況分別見圖3.17-1,圖3.17-2。

2.2 水文地質(zhì)條件

(1)地表水

建設(shè)場地內(nèi)的大塔溝與花渠溝,有季節(jié)性流水,枯水期斷流,雨期為洪水排泄通道.在場地挖填整平過程中,應(yīng)注意地表水,特別是季節(jié)性暴雨洪水對(duì)其的不利影響。

(2)地下水

擬建場地淺部土層中的地下水屬暫時(shí)性上層滯水,其水位動(dòng)態(tài)變化主要受控于地表水體,大氣降水、地面蒸發(fā)和滑坡堆積層中的裂隙、隔水層等多種因素的影響,并隨氣候的變化而變化,此外,擬建場區(qū)下伏基巖中還存在基巖裂隙水.地下水在部分地方從基巖面與第四系覆益層接觸而或基巖出露的地方以下降泉的形式排泄,設(shè)計(jì)及施工過程時(shí)應(yīng)考慮地下水對(duì)其的不利影響。

3  地基處理設(shè)計(jì)方案

3.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

(1)分層強(qiáng)夯地基土壓實(shí)系數(shù)不小于0.95;

(2)地基承載力特征值不小于200kPa;

(3) 地基處理后的填土地基壓縮模量Esl-2不小于 10MPa;

(4) 分層強(qiáng)夯地基處理有效加固深度不小于分層回填土厚度;

(5) 消除原狀濕陷性黃土地基的濕陷性。

3.2 場地形成設(shè)計(jì)方案

(1) 場地原狀濕陷性黃土強(qiáng)夯處理方案

根據(jù)原狀濕陷性黃土層的分布區(qū)域及分布厚度,依據(jù)現(xiàn)行《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范>,<濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范> 及現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果, 采用不同能級(jí)和工藝的強(qiáng)夯法處理黃土地基的濕陷性,滿足原狀土地基承載力和變形、濕陷性等要求,強(qiáng)夯處理能級(jí)為4000~12000kN·m。挖方區(qū)土層含水量較高區(qū)域,采用強(qiáng)夯置換工藝進(jìn)行處理,強(qiáng)夯置換能級(jí)為2000~12000kN.m。

(2) 填筑體分層回填與地基處理方案

場地各區(qū)為厚度不等的深厚填土,最深處為西區(qū)70m,根據(jù)上述規(guī)范和近十年強(qiáng)夯法的發(fā)展,為保證填土壓實(shí)效果和縮短工期,通過工期、質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性比較,根據(jù)不同的分層回填厚度,采用不同能級(jí),不同施工工藝的分層強(qiáng)夯方案,回填區(qū)域土方回填和強(qiáng)夯分8層進(jìn)行,第一層為沖溝回填碎石滲層,回填至該層頂后,統(tǒng)一采用8000kN·m高能級(jí)強(qiáng)夯一次性加固處理;自895m至952.0m,黃土填土最大厚度為57m,分為七層回填和強(qiáng)夯施工,第二~第四層每層回填厚度為12m,采用12000kN·m高能級(jí)強(qiáng)夯處理,第五,六層回填厚度為8m,采用8000kN.m能級(jí)強(qiáng)夯處理;第七、八層回填厚度為4.5~6.5m,采用4000kN·m能級(jí)強(qiáng)夯處理.西區(qū)場地強(qiáng)夯分層示意圖見圖3.17-3。

(3)沖溝排滲處理方案

為了確保填土的工程性狀不受到地下水破壞,并消除地下水對(duì)場地穩(wěn)定性的影響,在進(jìn)行回填的溝道內(nèi)布設(shè)排水盲溝和滲溝,在填方區(qū)底部形成完善的地下排水系統(tǒng)。

沖溝底部采用盲溝形式進(jìn)行處理,盲溝施工前,首先進(jìn)行基底清理工作,清除表層軟弱覆蓋層至基巖面,沿沖溝底部鋪設(shè)2m厚的卵礫石,粒徑要求是5~40cm,中等風(fēng)化巖石。宜溝保持自然地形排水坡度,縱坡坡度不小于2%.盲溝頂部鋪設(shè)>300g/m2的滲水土工布。

沖溝溝口處由于洛河水位的影響,其50年一遇洪水水位為891.54m,100年一遇洪水位為893.04m,為保證沖溝回填土不受水位的影響,895m標(biāo)高以下均采用級(jí)配良好的砂碎石回填。

4  強(qiáng)夯試驗(yàn)研究

4.1 試驗(yàn)區(qū)施工目標(biāo)

考慮本工程的特點(diǎn), 在正式施工以前要求進(jìn)行強(qiáng)夯試驗(yàn), 進(jìn)一步驗(yàn)證方案的可行性、確定施工工藝參數(shù), 強(qiáng)夯試驗(yàn)的目標(biāo)如下：

(1) 判斷各種工藝和能級(jí)的強(qiáng)夯地基處理方案在本場地的適宜性;

(2) 評(píng)價(jià)地基處理的效果, 包括強(qiáng)夯處理范圍和有效加固深度, 場地經(jīng)強(qiáng)夯處理后,地基土的承載力、壓縮模量等指標(biāo)是否滿足設(shè)計(jì)要求;

(3) 校核強(qiáng)夯后場地的平均沉降量或抬升量;

(4) 對(duì)不同能級(jí)強(qiáng)夯振動(dòng)影響進(jìn)行試驗(yàn)測試,.評(píng)價(jià)強(qiáng)夯振動(dòng)對(duì)周圍環(huán)境的影響, 確定與周邊工程的安全施工最小距離;

(5) 通過試驗(yàn), 獲得土方自然方與壓實(shí)方之間的最終松散系數(shù)實(shí)測值;

(6) 進(jìn)行試驗(yàn)性施工, 預(yù)知施工中可能出現(xiàn)的各類問題, 及早提出相應(yīng)解決措施, 使大面積施工工期,成本和質(zhì)量處于可控狀態(tài)。

4.2 試驗(yàn)區(qū)施工參數(shù)

本場地采用的主要強(qiáng)夯能級(jí)為 12000kN.m,8000kN.m,4000kN·m,其加固深度分別為12m,8m,6m,由于西區(qū)分為2個(gè)標(biāo)段,在I,II標(biāo)段分別選取了3個(gè)試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行了施工前的強(qiáng)夯試驗(yàn)工作,施工參數(shù)均相同。但后期經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn),在IB試驗(yàn)區(qū)填筑體檢測結(jié)果中, 其輕擊壓實(shí)系數(shù)不能達(dá)到0.95, 對(duì)夯點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)夯后重新檢測, 其土層平均壓縮模量和壓實(shí)系數(shù)均有一定的提高,根據(jù)施工過程中的情況調(diào)整了12000kN.m能級(jí)的強(qiáng)夯參數(shù), 并重新選擇IA試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行了試夯工作。 各強(qiáng)夯能級(jí)的設(shè)計(jì)參數(shù)見表3.17-2。

由于12000kN·m在濕陷性黃土地區(qū)采用較少,且能級(jí)高,較典型,可為后續(xù)類似工程提供經(jīng)驗(yàn), 下面進(jìn)行詳細(xì)說明.

(1)12000kN·m能級(jí)試驗(yàn)區(qū)土體填筑施工工藝

試驗(yàn)區(qū)填筑體處理面積不小于36mX36m (試驗(yàn)區(qū)面積最終以實(shí)測為準(zhǔn)), 填筑體邊坡1: 1.5放坡, 夯點(diǎn)距邊界安全距離不小于3m. 填料宜選取西區(qū)挖方區(qū)的土料, 施工方應(yīng)對(duì)填料的來源性狀等進(jìn)行記錄及描述?；靥詈穸葹?2m,每次攤鋪厚度為1m,攤鋪完成后進(jìn)行初步碾壓,其壓實(shí)度不宜小于0.90(采用環(huán)刀法測試,每層按每1000m2取3點(diǎn)的密度隨機(jī)選取), 填筑體強(qiáng)夯試驗(yàn)主能級(jí)為12000kN·m。

(2)12000kN·m能級(jí)試驗(yàn)區(qū)強(qiáng)夯施工工藝

本能級(jí)強(qiáng)夯共分5遍進(jìn)行,第一遍強(qiáng)夯能級(jí)為12000kN·m,夯點(diǎn)間距10.Om,正方形布置,收錘標(biāo)準(zhǔn)按最后兩擊平均沉降量不大于 20cm 控制,且擊數(shù)不少于20擊控制,強(qiáng)夯結(jié)束后將夯坑推平;第二遍強(qiáng)夯能級(jí)為12000kN·m,夯點(diǎn)間距為10m,為第一遍夯點(diǎn)中間插點(diǎn), 收錘標(biāo)準(zhǔn)按最后兩擊平均沉降量不大于 20cm 控制, 且擊數(shù)不少于20擊控制,強(qiáng)夯結(jié)束后將夯坑夯坑推平;第三遍強(qiáng)夯能級(jí)10000kN.m,在第一、二遍之間插點(diǎn), 收錘標(biāo)準(zhǔn)按最后兩擊平均沉降量不大于15cm 控制, 且擊數(shù)不少于15擊, 強(qiáng)夯結(jié)束后將夯坑推平; 第四遍強(qiáng)夯能級(jí)為 6000kN ·m, 夯點(diǎn)位于第一, 二, 三遍夯點(diǎn)中心, 收錘標(biāo)準(zhǔn)按最后兩擊平均沉降量不大于10cm 控制,且擊數(shù)不少于10擊,強(qiáng)夯結(jié)束后將夯城推平;第五遇為強(qiáng)務(wù)能級(jí)2000kN·m的滿夯,要求夯印1/3搭接,每點(diǎn)夯3擊,滿夯結(jié)東后將夯坑推平,整平場地。

4.3 試驗(yàn)區(qū)強(qiáng)夯施工檢測

(1)檢測目的

地基強(qiáng)夯處理完成后, 在滿足相關(guān)規(guī)范規(guī)定的間隔期后, 應(yīng)對(duì)地基處理效果進(jìn)行檢測。

①對(duì)原場地滑坡體處理效果的檢測

本試夯場地位于西區(qū)滑坡體上, 必須先對(duì)滑坡體進(jìn)行強(qiáng)夯處理, 因此對(duì)滑坡體的處理效果進(jìn)行檢測,合格后方可進(jìn)行土體填筑, 并進(jìn)行填筑體的強(qiáng)夯施工和檢測; 如果不合格,需進(jìn)行補(bǔ)夯直至檢測合格為止。 檢測內(nèi)容包括黃土濕陷性, 壓實(shí)度、 承載力檢測等。

②對(duì)填方體處理效果的檢測

為達(dá)到設(shè)計(jì)要求, 對(duì)填筑施工參數(shù)進(jìn)行檢查和檢測, 包括濕陷性黃土處理的效果, 每層填筑厚度、 含水量控制、 夯實(shí)程度等。通過檢測確定施工過程中的填土壓實(shí)度、 承載力、 變形等指標(biāo)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求,如未達(dá)到設(shè)計(jì)要求需要繼續(xù)進(jìn)行夯實(shí)處理或晾曬或經(jīng)加濕處理后繼續(xù)夯實(shí)處理,如達(dá)到設(shè)計(jì)要求可以進(jìn)行下一層鋪設(shè)填土和夯實(shí)處理。

(2) 檢測方法及原理

①淺層平板載荷試驗(yàn)

填筑體表層地基土強(qiáng)夯后的地基承載力檢測利用淺層平板載荷試驗(yàn)進(jìn)行檢測。 平板靜載荷試驗(yàn)原理是保持強(qiáng)夯后填筑體地基土的天然狀態(tài),模擬設(shè)計(jì)要求的200kPa的荷載條件,通過一定面積(面積1m2)的承壓板向地基施加豎向荷載,根據(jù)荷載大小與沉降量的關(guān)系, 分析判定強(qiáng)夯處理后填筑體地基的承載力特征值。

②靜力觸探試驗(yàn)

靜力觸探試驗(yàn)是用靜力將探頭以一定的速率壓人土中, 利用探頭內(nèi)的力傳感器, 通過電子量測器將探頭受到的貫入阻力記錄下來。由于貫入阻力的大小與土層的性質(zhì)有關(guān), 因此通過貫人阻力的變化情況, 可以達(dá)到了解土層工程性質(zhì)的目的。

按照設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案要求,本項(xiàng)目采用靜力觸探試驗(yàn)主要用于評(píng)價(jià)原狀地基土及填筑價(jià)的深層地基土承載力,因此,采用單橋靜力觸探試驗(yàn)。 利用靜力觸探評(píng)價(jià)地基土的承哉力, 主要靠巖土工程師的工程經(jīng)驗(yàn), 地區(qū)經(jīng)驗(yàn)并與載荷試驗(yàn)成果比對(duì), 是一種經(jīng)驗(yàn)意義上的承載力評(píng)價(jià)方式。

③探井開挖及室內(nèi)土工試驗(yàn)

濕陷性黃土地基強(qiáng)夯及分層填土地基強(qiáng)夯處理效果的檢測采用開挖探井采取土試樣講行土工試驗(yàn).室內(nèi)土工試驗(yàn)提供的參數(shù)包括含水量,比重,天然密度,干密度,孔隙比飽和度、 液限、塑限, 壓縮系數(shù),壓縮模量,濕陷系數(shù), 自重濕陷系數(shù)等常規(guī)物理力學(xué)參數(shù),對(duì)處理后的黃土進(jìn)行濕陷性評(píng)價(jià),通過物理力學(xué)參數(shù)對(duì)比,判定強(qiáng)夯處理加固效果。

④填土初步碾壓跟蹤試驗(yàn)

填土初步碾壓壓實(shí)系數(shù)試驗(yàn)采用環(huán)刀取樣法, 待每層土鋪設(shè)壓實(shí)之后, 每層采取環(huán)刀試樣進(jìn)行密度試驗(yàn),測求所鋪設(shè)的填土的壓實(shí)系數(shù)。

⑤填土擊實(shí)試驗(yàn)

擊實(shí)試驗(yàn)是在一定的擊實(shí)功作用下, 能使填筑土達(dá)到最大密度所需的含水量稱為最優(yōu)含水量, 與其對(duì)應(yīng)的干密度稱為最大干密度。 主要與土的可塑性及夯實(shí)功有關(guān). 擬建廠區(qū)位于山區(qū),其土性差異較大,因此,當(dāng)填料變化時(shí),擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)必然會(huì)發(fā)生變化。

⑥重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)

重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)是巖土工程中常規(guī)的原位測試方法之一, 它是利用一定質(zhì)量的落錘(63.5kg),以一定高度的自由落距(76cm)將標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的探頭(直徑74mm,錐角60) 打人土層中, 讀取每貫人10cm 的讀數(shù)N63.5, 根據(jù)探頭貫人的難易程度評(píng)價(jià)土層的性質(zhì)。

(3) 檢測成果的分析評(píng)價(jià)

①壓實(shí)度

強(qiáng)夯施工完成后,進(jìn)行探井取樣,進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn),填筑體夯實(shí)后的壓實(shí)度檢測成果見表3.17-3,經(jīng)檢測符合設(shè)計(jì)要求。

從各個(gè)試驗(yàn)區(qū)填筑體的靜力觸探試驗(yàn)和土工試驗(yàn)結(jié)果看,夯點(diǎn)和夯間的檢測結(jié)果并無明顯差異,對(duì)應(yīng)的填筑體下部均能被有效加固。值得一提的是,在IB試驗(yàn)區(qū)填筑體的檢測結(jié)果中,其輕擊壓實(shí)系效不能達(dá)到0.95,對(duì)夯點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)夯后爪新檢測,其土層平均壓宿模量和壓實(shí)系數(shù)均有一定提高,根據(jù)施工過程中的情況,在IB試驗(yàn)區(qū)主分過程中,務(wù)坑深度最大達(dá)7m之多,之后的低能級(jí)滿夯并不能有效加固該部分土層。

②靜力觸探

6處靜力觸探的試驗(yàn)深度為11.0m,各處的比貫人阻力平均值見表3.17-4。

由上述表中數(shù)據(jù)可知,各處的比貫人阻力平均值介于10.4~13.3MPa之間。單橋靜ヵ觸探試驗(yàn)是一種經(jīng)驗(yàn)意義上的深層地基土承載力評(píng)價(jià)手段,由于其不直接測定變形指標(biāo),因此,若當(dāng)變形滿足要求時(shí),根據(jù)在濕陷性黃土地區(qū)的經(jīng)驗(yàn),本次靜力觸探試驗(yàn)范圍內(nèi)的地基土承載力特征值均能滿足 200kPa 的設(shè)計(jì)要求。

③靜載試驗(yàn)

靜載試驗(yàn)用于判定承壓板影響范圍內(nèi)淺層地基土的承載力特征值,3處靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)及地基承載力特征值判定結(jié)果見表3.17-5。

由表3.17-5中的數(shù)據(jù)及靜載試驗(yàn)曲線分析,淺層地基土的承載力特征值滿足設(shè)計(jì)要求。

結(jié)合試驗(yàn)區(qū)的檢測資料可知, 強(qiáng)夯試驗(yàn)的最終檢測結(jié)果基本滿足了設(shè)計(jì)要求. 從試夯施工過程來看, 動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和信息化施工非常必要。

5  高填方場地沉降計(jì)算與分析

5.1 高填方地基變形分析的方法

高填方地基沉降變形包括下部軟弱土層的固結(jié)沉降和上部非飽和填土的自重壓密沉降. 文中施工期沉降是指土方工程填筑期間所發(fā)生的高填方地基沉降, 工后沉降是指土方工程完工之后的高填方地基沉降。

關(guān)于高填方地基沉降的理論計(jì)算,通常由附加應(yīng)力引起的土基沉降,可由分層總和法來計(jì)算壓縮層范圍內(nèi)的總沉降量,用太沙基固結(jié)理論來計(jì)算不同時(shí)間的沉降量。但是對(duì)于填筑體的自身瞬時(shí)壓縮變形和不同時(shí)間的壓縮變形計(jì)算,目前還沒有通行的方法。國內(nèi)對(duì)此主要有以下幾種方法探索:

①采用改進(jìn)的分層總和法來分析高填方的沉降, 一般應(yīng)用于路堤的沉降;

②采用非線性有限元法或其他數(shù)值分析方法分析填筑體的變形;

③利用類似高填方工程長期現(xiàn)場監(jiān)測經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行工程類比分析;

④基于工程實(shí)測資料的反分析和預(yù)測。

其中,有限元的方法, 由于科學(xué)發(fā)展水平有限,目前人們對(duì)土體固結(jié)壓縮過程,尤其是對(duì)于重塑土的壓縮和固結(jié)的微觀認(rèn)識(shí)仍不充分和完全,基于固結(jié)理論建立的本構(gòu)模型存在著理論基礎(chǔ)上無法克服的缺陷。 同時(shí), 有限單元法和其他數(shù)值方法都依賴于計(jì)算參數(shù)的準(zhǔn)確性, 這些參數(shù)需要借助室內(nèi)試驗(yàn)獲得。由于室內(nèi)試驗(yàn)參數(shù)與現(xiàn)場實(shí)際值的差異, 導(dǎo)致理 論方法計(jì)算的沉降值往往與實(shí)測值出人較大。因此, 工程上, 往往采取經(jīng)驗(yàn)類比等方法,同時(shí)最直接的是基于工程實(shí)測資料進(jìn)行反分析和預(yù)測。

結(jié)合本項(xiàng)目,高填方地基沉降變形的計(jì)算方法主要參考以下幾種方法:

(1) 改進(jìn)的分層總和法

高填方地基沉降仍可采用分層總和法, 但考慮到隨著填土的逐漸增加, 填土的壓縮指標(biāo)也在不斷變化. 為此,必須對(duì)分層總和法做些適當(dāng)?shù)男拚?應(yīng)用一般的分層總和法, 將高填方土體分成n層進(jìn)行計(jì)算。考慮到填土過程中填土荷載是逐級(jí)施加的,施工到某一層時(shí)它所引起的壓縮變形是由每層填土荷載作用于其下各層填土所產(chǎn)生變形的總和,涉及分級(jí)沉降量疊加的問題. 為了方便計(jì)算及符合實(shí)際作如下的假定:

①每級(jí)填方荷載增量引起的固結(jié)過程是單獨(dú)進(jìn)行的,和上一級(jí)或下一級(jí)荷載增量所引起的固結(jié)無關(guān);

②每級(jí)荷載是一次瞬時(shí)施加的.即不考慮每層填土的施工時(shí)間,認(rèn)為是在很短的時(shí)間內(nèi)施加的;

③某一時(shí)刻的總沉降量等于該時(shí)刻各級(jí)荷載作用下的沉降量的疊加。

鑒于此假定就可求解出任意級(jí)填土所引起的地基變形,如下式所示:

(2) 長期現(xiàn)場監(jiān)測經(jīng)驗(yàn)公式

目前國內(nèi)外對(duì)于類似項(xiàng)目塊碎石為主的非飽和粗粒土和巨粒土變形研究較少, 僅有少數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式,如德國和日本的工后沉降估算公株式(式3.17-1),勞斯和列斯特公株式(株式3.17-2), 顧慰茲公式 (式3.17-3),戈戈別里德捷公式 (式 3.17-4), 高填方地基工后沉降估算公株式(株式3.17-5).其中s為工后沉降(m),H為填方高度(m),E為地基土變形模量,k,n,m為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。

由于式(3.17-1)~式(3.17-4) 中僅考慮了填筑高度這一因素, 而未考慮填料的變形模量和工程加載速率等因素,因而其結(jié)果是粗略的,式(3.17-5)的適用性還有待工程實(shí)踐的進(jìn)一步驗(yàn)證。另外 , Sower 等對(duì)美國 14 座碎石壩的長期沉降進(jìn)行了研究, 這些壩的高度從50m到100m不等,填料既包括石灰?guī)r,砂巖,也包括花崗巖等.Sower等發(fā)現(xiàn)這些碎石壩的沉降量隨著時(shí)間的推移而變緩,但一直在持續(xù)著,沉降和竣工后時(shí)間的對(duì)數(shù)之間有大致的線性關(guān)系:

(3)已建高填方機(jī)場沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)

①貴陽龍洞堡機(jī)場

貴陽龍洞堡機(jī)場為貴州省“八五”重點(diǎn)建設(shè)工程,跑道長3200m,道面寬60m(含兩側(cè)道肩各7.5m),滑行道長3200m,道面寬38m(含兩側(cè)道肩各7.5m)跑滑軸線間距180m.廠區(qū)地形條件差,最大削方高度114.67m,最大填方高度54m,挖填土石方量2400萬m3.填料為中風(fēng)化的石灰?guī)r碎石料,其次為呈粉砂、角礫、碎石松散顆粒狀強(qiáng)風(fēng)化白云巖.填筑方式為分層填筑十振動(dòng)碾壓,之后以單擊夯擊能3000kN·m進(jìn)行強(qiáng)夯。

由于缺乏施工期沉降觀測資料,施工期沉降利用水電部門大壩沉降經(jīng)驗(yàn)公式顧慰茲公式計(jì)算。

②云南大理機(jī)場

大理機(jī)場位于云南省大理白族自治州境內(nèi)。跑道長2600m,寬45m,兩側(cè)各設(shè)1.5m道肩.機(jī)場等級(jí)為4C。場區(qū)地形條件差,道槽最高填方30.3m。填料為挖方區(qū)自然級(jí)配石渣,夯實(shí)的單擊夯擊能為 2000kN·m。

由于缺乏施工期沉降觀測資料,施工期沉降利用水電部門大壩沉降經(jīng)驗(yàn)公式顧慰茲公式計(jì)算.

④公路路基規(guī)范估算方法

公路設(shè)計(jì)手冊 <路基>(第二版)中之處:“黃土高路堤自身工后下沉量與填土高度有直接關(guān)系,根據(jù)鐵路、公路的少量觀測資料,對(duì)壓實(shí)較好的高路堤,可按填土高度的1%~2%估計(jì)”。

我國鐵道科學(xué)研究院西北研究所和第一設(shè)計(jì)院對(duì)黃土高路堤下沉的觀測研究表明當(dāng)壓實(shí)系數(shù)K>0.85時(shí),路基頂面以下填土核心部位竣工后下沉量約為路堤高度的0.7%~1%,邊坡部位的下沉還要大.根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,竣工后的下沉量可按下株式估算:

5.2 施工期沉降監(jiān)測實(shí)測資料與理論計(jì)算的對(duì)比分析

針對(duì)本項(xiàng)目的特點(diǎn),在初步設(shè)計(jì)階段,填筑體施工期沉降主要采用 Sower 經(jīng)驗(yàn)公株式和顧慰茲公式來進(jìn)行分析計(jì)算,Sower經(jīng)驗(yàn)公式中參數(shù)a值取0.5進(jìn)行計(jì)算。假定場平工程施工期為2年,采用上述兩種方法以及實(shí)測數(shù)據(jù),針對(duì)不同填筑體高度的施工期沉降進(jìn)行分析,填筑體施工期沉降計(jì)算結(jié)果見圖3.17-6。

   根據(jù)顧慰茲公式和實(shí)測數(shù)據(jù),對(duì)不同填筑體高度的沉降計(jì)算結(jié)果分析可知,填筑體施工期的沉降量隨填筑體高度的增加而增大, 符合地基土沉降變形的規(guī)律。顧慰茲公式是基于水利水電大壩(面板堆石壩)的經(jīng)驗(yàn)公式,在填料,地基土性質(zhì),施工工藝等方面都與本工程差別較大,因此,類似經(jīng)驗(yàn)公式的參考價(jià)值不大,主要還是依靠實(shí)測來了解施工期的地基沉降.而施工期的沉降監(jiān)測,一般僅作為了解場地形成的過程,不作為工后沉降預(yù)測和判定地基穩(wěn)定的條件。因此, 在此不作進(jìn)一步的分析和探討。

   監(jiān)測單位在施工期間完成的監(jiān)測成果, 在宏觀上反映了施工階段填筑體處理的效果,施工期累積沉降量指標(biāo)反映的是施工過程中高填方地基的壓縮變形,包含了分層回填過程中各分層土的累積壓縮量, 也包含了施工過程中各種工況的影響, 是場平施工情況的綜合反映,與工后變形無直接關(guān)系, 工后沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)及沉降速率變化趨勢才是設(shè)計(jì)及預(yù)測依據(jù)。

5.3 西區(qū)高填方場地工后沉降分析

從規(guī)范建議, 到類似工程的經(jīng)驗(yàn), 高填方場地的工后沉降分析預(yù)測都是基于工后一定時(shí)間的監(jiān)測成果基礎(chǔ)上進(jìn)行。

目前,由于工后沉降監(jiān)測工作的滯后,未獲得場平竣工后的沉降監(jiān)測數(shù)據(jù),因此,無法進(jìn)行基于實(shí)測的沉降預(yù)測, 應(yīng)業(yè)主的要求, 對(duì)西區(qū)高填方工后沉降的預(yù)測, 只能依靠理論計(jì)算和類似工程經(jīng)驗(yàn)的類比分析, 因此, 分析的結(jié)果僅供參考, 不能作為后期工程建設(shè)的依據(jù)。

下表為不同厚度填筑體采用改進(jìn)分層總和法、 Sower公株式、貴陽龍洞堡機(jī)場、 云南大理機(jī)場等沉降經(jīng)驗(yàn)公式以及呂梁機(jī)場沉降擬合公式, 公路路基規(guī)范建議及鐵科西 北院經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的結(jié)果對(duì)比。

上述經(jīng)驗(yàn)方法中,呂梁機(jī)場經(jīng)驗(yàn)公式是基于工后340天的實(shí)測擬合獲得的,因此,僅能對(duì)工后第一年的沉降量作為參考, 參考Sower 公式工后沉降曲線的特點(diǎn), 工后第一年沉降約占總沉降量的40%,可以估計(jì)總工后沉降量約為工后第一年沉降量的2.5倍,以H=68m為例,預(yù)估30年內(nèi)的工后沉降量約為55cm。

從上述估算方法結(jié)果對(duì)比可以看出, 不同的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算結(jié)果差異較大, 工后沉降量在17~136cm范圍內(nèi),相差近一個(gè)數(shù)量級(jí), 反映出不同項(xiàng)目工后沉降的差異性很顯著。因此,不能簡單地用已有的模型或經(jīng)驗(yàn)公式去估算本項(xiàng)目的工后沉降量, 必須采取結(jié)合工后沉降實(shí)測的,基于工后變形數(shù)據(jù),進(jìn)行回歸分析,建立適合本場地特點(diǎn)的預(yù)測模型,反演相關(guān)的模型參數(shù),進(jìn)而對(duì)工后較長時(shí)間的變形作出相對(duì)合理的分析和預(yù)測,以此作為工后建設(shè)的決策和參考依據(jù)。

6 結(jié)論

(1) 本項(xiàng)目占地面積較大, 處理范圍廣, 場地地質(zhì)條件較為復(fù)雜,在對(duì)地基處理進(jìn)行多種方案對(duì)比分析后,認(rèn)為強(qiáng)夯施工的方案是適合板工程的最理想方案,節(jié)省了大量的工程費(fèi)用.

(2) 大面積強(qiáng)夯施工采用不同能級(jí)、不同夯間距、 不同施工工藝的設(shè)計(jì)方案準(zhǔn)確。 強(qiáng)夯施工后土體密實(shí), 壓縮性降低,均勻性有所改善, 承載力提高。

(3) 通過對(duì)試驗(yàn)段強(qiáng)夯施工的檢測和西區(qū)大面積填方區(qū)域工后的沉降監(jiān)測等相關(guān)實(shí)測數(shù)據(jù)分析, 原設(shè)計(jì)所選擇的參數(shù)恰當(dāng), 相關(guān)施工工藝控制合理, 強(qiáng)夯的施工效果理想, 均滿足原設(shè)計(jì)的要求.

(4) 高填方工程是一個(gè)系統(tǒng)性的工程, 環(huán)環(huán)相扣, 施工過程中應(yīng)重視檢測監(jiān)測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析, 及時(shí)跟進(jìn)調(diào)整優(yōu)化設(shè)計(jì)方案, 實(shí)施動(dòng)態(tài)化設(shè)計(jì)和信息化施工, 確保工程進(jìn)度及質(zhì)量, 同時(shí)節(jié)約造價(jià)。