范少峰 舒国志 邹耀天
深圳市建设工程质量检测中心，广东 深圳 518052
摘 要：堆载预压法是一种比较常用的地基处理方法。本工程中，在堆载预压区域内进行了沉降板、孔隙水压力、分层沉降、十字板剪切试验等方面的监测与检测，对地基加固的施工质量、加固效果做出了及时有效的评估。结果表明，通过堆载预压处理方法加固后，淤泥的含水量、孔隙比、压缩系数均明显降低，淤泥抗剪强度显著提高，加固后平均固结度达到90%以上。堆载预压法在该工程中的处理效果良好，可为类似的软基处理工程提供有益数据支持。
关键词：软基处理；沉降；孔隙水压力；固结度；十字板剪切试验
中图分类号：TU471.8 文献标识码：A 文章编号：
On-site monitoring and detection analysis of foundation treatment of an airport expansion project
Fan Shaofeng 1，Shu Guozhi 1，Zou Yaotian 1
(1. Shenzhen Construction Testing Center, Shenzhen, Guangdong 518052)
Abstract：Surcharge preloading method is a commonly used foundation treatment method. In this project, the monitoring and detection of settlement plate, pore water pressure, layered settlement, vane shear test and other aspects were carried out in the preloading area of the load, which made timely and effective construction quality and reinforcement effect of foundation reinforcement evaluation of. The results show that after reinforcement by the preloading treatment method, the water content, porosity ratio, and compression coefficient of the sludge are significantly reduced, and the shear strength of the sludge is significantly improved. The average consolidation degree after consolidation is more than 90%. The surcharge preloading method has a good treatment effect in this project, and can provide useful data support for similar soft foundation treatment projects.
Keywords：soft ground treatment; settlement; pore water pressure; degree of consolidation; vane shear test
0 引言
近年来，为解决土地稀缺问题，吹填造陆被越来越多的运用到施工工程中[1]。而吹填淤泥具有高含水量、高孔隙比、低渗透性、低强度等特点[2―3]。工程建设的首要任务就是先对这种软土地基进行处理，消除过大的沉降变形，否则会严重影响到工程的施工以及运营期的文档处理[4―6]。堆载预压法是工程中比较常用的一种软土地基加固方法，以往的工程实践证明，这是一种比较经济且合理的处理方法[7―8]。本文通过对某机场扩建工程堆载预压区的检测及监测数据进行深入分析，对地基的加固效果进行评价，为类似的软基处理工程提供有益的理论和数据支持。
在软基处理正常施工的情况下，为了反映出地基的固结、沉降和位移随时间和空间的变化，有必要对地基土进行监测，主要的监测项目有地表沉降监测、孔隙水压力监测和分层沉降监测。为了对施工质量、地基土的加固效果进行评估，需对其进行检测，检测项目为十字板剪切试验和原位钻孔取样，得出软土的抗剪强度及其物理力学指标。监测和检测项目具体设置以及平面位置见表1和图1。
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图1 研究区监测及检测及监测点平面布置图
Fig.1 Plan layout of monitoring and testing and monitoring points in the study area
1—沉降板观测点；2—分层沉降观测点；3—孔隙水压力观测点；4—十字板剪切试验孔；5—原位取样孔。
1 场地地质与水文条件
研究区原始地貌属于海积冲积平原，后经人工堆填，填海造陆形成陆域，地表堆积厚度较大的人工填土（砂）层，地势开阔平坦。研究区域淤泥层平均厚度近6m，平均含水率为73.4%，孔隙比较大，为1.83，压缩模量平均值为2.3MPa，压缩系数平均值为1.31MPa-1，属于高压缩性土。
本研究区域地表水系发育，地表水体主要为分布在水塘，主要接受大气降水及地下水侧向补给，水位受潮汐影响，水质受不同程度的工业污染，与海水有水力联系（这句有点跟前面的不搭）。本场区地下水主要受海水、大气降水以及地下水的侧向补给，地下水位受海水潮汐影响很大。按地层渗透性和弱透水层考虑，场区地下水位以上的土对混凝土结构、钢筋混凝土结构中的钢筋以及钢结构分别具有微腐蚀、腐蚀（腐蚀介质为氯离子）、微腐蚀（按PH值判断）的危害[9]。
2 监测情况及结果分析
2.1地表沉降
研究区域内共布置9个地表沉降观测点，根据监测结果，绘制各点地表沉降随时间变化曲线，见图2。由图可知，观测点CJ45的沉降量最大，高达1080.2mm，观测点CJ8的沉降量最小，仅为631.5mm，原因可能是由于不同位置土体的物理性质有所差异，如压缩模量、含水率和孔隙比等，导致不同位置的沉降量有较大差异。150天左右，沉降速率突然加速，其原因可能是由于在该时间内的加载速率较高。直到190天左右，沉降曲线出现拐点，沉降趋势明显由急变缓；堆载作用320天后，沉降量逐渐趋于平缓。
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图2 堆载预压地表沉降随时间变化曲线
Fig.2 Variation curve of surface settlement with time under preloading
根据沉降曲线推算土体的固结度，采用双曲线法[10]，推算得到的固结度平均 92.64%，采用三点法[11]，推算得到的固结度平均95.88%，工后沉降均小于15cm，固结度和工后沉降均已达到设计要求，说明经过堆载预压后的固结效果良好，各沉降板的工后沉降监测数据见表2。
2.2孔隙水压力
研究区内共设有3个孔隙水压力监测点，每个孔隙水压力监测点仪器埋设深度和初始值如表3所示，根据观测结果，绘制各点孔隙水压力随时间变化曲线（如图3）。在125天之前，除监测点“KY10-上”和“KY11-上”以外，其余监测点虽变化幅度较大，但总体处于上升趋势，其原因可能是该时间段内研究区处于加载阶段。125天之后，全部监测点的孔隙水压力变化幅度明显减小且呈现出逐渐
2.3分层沉降
研究区内3组，共9个分层沉降观测点，各监测点的沉降随时间变化的曲线如图4所示。由图可
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图3 孔隙水压力随时间变化曲线
Fig.3 Curve of pore water pressure with time
研究区内3组，共9个分层沉降观测点，各监测点的沉降随时间变化的曲线如图4所示。由图可知，堆载开始时，各个埋深的沉降磁环迅速下沉，随后曲线变缓。另外可以发现，埋深越小的沉降磁环，其保存较高下沉速率的时间就越长，最终所测得的沉降量也越大，埋设位置越深的沉降环，沉降量越小，说明，堆载预压处理软土地基，对浅层土体的加固效果较深层土体更加明显。通过观察曲线可以得出，在进行堆载了175天左右之后，除FC8的三个监测点外，其余监测点各个沉降磁环的沉降速率总体上逐渐趋于平缓。
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图4 分层沉降随时间变化曲线
Fig.4 Layered settlement curve with time
3 检测情况及结果分析
3.1十字板剪切试验
堆载完成后，在本研究区内取2个点位的样点（SZB1、SZB2）进行了十字板剪切试验（见图1），钻孔总进尺34m。处理前后的十字板剪切试验结果见表4。原状土抗剪强度随深度变化曲线如图5所示。SZB试验点为堆载预压处理前所进行的十字
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图5 原状土抗剪强度随深度变化曲线
Fig.5 Curve of shear strength of undisturbed soil with depth
板剪切试验孔，由十字板剪切结果对比可知，原状土抗剪强度从15.3kpa提高到30.15kpa，增长了约106.2%；重塑土的抗剪强度从6.4kpa提高到了10.9kpa，增长了约69.6%；灵敏度从2.4提高到了3.1，增长了约31.8%。由图可以看出，随检测深度的增加，原状土的抗剪强度逐渐增加，与实际情况相符，即淤泥层产生了排水固结，地基处理效果明显。
3.2原位钻孔取样
本研究区内共有5个原位取样钻孔（见图1），将研究区域内处理后的土进行室内基础物理力学试验，处理前后的物理力学指标见表5。由表5可知，通过堆载预压处理方法加固地基后，淤泥的含水量、孔隙比、压缩系数均有较为明显的降低，粘聚力和内摩擦角有了明显的提高，这些变化都说明经过堆载预压处理后土体强度有了明显的增长。
表5 处理前后的物理力学指标对比
Table 5 Comparison of physical and mechanical indexes before and after treatment
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4 结论
本文根据某机场扩建工程，在堆载预压区域结合现场监测及检测对其加固效果进行分析，得到以下结论：
（1）通过在场地中埋设地表沉降、孔隙水压力和分层沉降观测点，观测研究区域内土层的沉降及孔压变化情况，得出，在堆载预压前期，沉降观测点的变化速率较大，后期逐渐趋于平缓，且不同深度的沉降量有所差异，这可能与土体的特性、排水系统等因素有关。
（2）通过原位测试对堆载预压的加固效果进行评判，所得出的结果表明，经过处理后的淤泥抗剪强度与处理前相比有了明显的提高。淤泥的含水量、孔隙比、压缩系数均有较为明显的降低，粘聚力和内摩擦角有了明显的提高，这些变化均说明研究区内的堆载预压处理效果良好，故该处理方法值得推广。
参考文献(References)
[1]关振长, 陈诗, 黄明, 邓涛, 郭光照. 软基处理中土体抗剪强度与压缩模量的研究[J]. 地下空间与工程学报, 2015, 11(01): 216-221.(Guan Zhenchang, CHEN Shi, HUANG Ming, et al. The increment of shear strength and compression modulus during soft ground improvement[J]. Chinese Journal of Underground Space and Engineering, 2015, 11(01): 216-221. (in Chinese))
[2]李琳, 王清. 大面积吹填软土地基处理效果评价[J]. 水利水电科技进展, 2008,28(1): 78-81.(LI Lin, WANG Qing. Evaluation of consolidation effects of soft soil foundation by large-area hydraulic filling[J]. Advances inScience and Technology ofWater Resources 2008, 28(1): 78-81. (in Chinese))
[3]李少和, 黄曼, 林群仙. 堆载预压法处理软基沉降实测与理论计算分析[J]. 科技通报, 2015, 31(09): 93-96+111.(LI Shaohe，HUANG Man，LIN Qunxian. Soft Foundation Settlement Measurement and Theoretical Calculation Analysis Using Stack Preloading Method Treatment[J]. Bulletin of Science and Technology, 2015,31(09): 93-96+111. (in Chinese))
[4]娄炎. 真空预压法加固技术[M]. 北京: 人民交通出版社, 2002.(LOU Yan. Vacuum preloading reinforcement technology[M]. Beijing:China Communications Publishing & Media Management Co.，Ltd, 2002. (in Chinese))
[5]李强强. 真空联合堆载预压法处理软土路基实例[J]. 科技视界, 2018(17): 151-152.(LI Qiangqiang. Example of vacuum combined with surcharge preloading method for soft soil roadbed[J]. Science & Technology Vision, 2018(17): 151-152. (in Chinese))
[6]LI Pham Huy Giao, Vu Thi Hue, Nguyen Dang Han, Nguyen Thi Hai Anh, Nguyen Ngoc Minh. Land subsidence prediction for a new urban mass rapid transit line in Hanoi[J]. Elsevier B.V., 2020,5(2): 93-104. (in Chinese).
[7]周前方. 两种预压软基处理法的比选研究[J]. 住宅与房地产, 2018(09): 190+198.(zhou Qianfang. Comparison and Selection of Two Pre-pressed Soft Ground Treatment Methods[J]. Housing and Real Estate, 2018(09): 190+198. (in Chinese))
[8]陈林. 砂桩堆载预压在深层软基处理中的设计效果分析[J]. 工程建设与设计, 2019(20): 36-37+45.(CHEN Lin. Analysis of Design Effect of Sand Pile Preloading in Deep Soft Foundation Treatment[J]. Construction & Design for Projec, 2019(20): 36-37+45. (in Chinese))
[9]中国有色金属长沙勘察设计研究院有限公司. 深圳机场扩建工程T4航站区软基处理工程岩土工程详细勘察报告[R]. 深圳. 2016.(zhou Qianfang. Comparison and Selection of Two Pre-pressed Soft Ground Treatment Methods[J]. Housing and Real Estate, 2018(09): 190+198. (in Chinese))
[10]洪斌升, 丁荣祥, 黄林根, 占川. 双曲线与指数曲线模型在真空预压处理地基沉降预测中的应用分析[J]. 浙江水利科技, 2015, 43(03): 61-63+76.(HONG Binsheng， DING Rongxiang， HUANG Lingen，et al. Application Analysis of Hyperbolic and Exponential Curve Models in Prediction of Ground Settlement by Vacuum Preloading[J]. Zhejiang Hydrotechnics, 2015, 43(03): 61-63+76. (in Chinese))
[11]石朋飞, 乌效鸣, 泮伟. 双曲线拟合法预测真空预压土体的沉降量及固结度[J]. 安全与环境工程, 2012, 19(01): 120-123.(SHI Pengfei， WU Xiaoming， PAN Wei. Application of hyperbolic fitting method to bacuum preloading settlement and consolidation degree predicton[J]. Safety and Environmental Engineering, 2012, 19(01): 120-123. (in Chinese))
作者简介：范少峰(1963-)，男，青海西宁人，硕士，高级工程师，主要从事岩土、地基处理等领域检测和研究的工作。E-mail：shuguozhi@gmail.com