某吹填及軟基處理工程三個(gè)時(shí)期土的物理力學(xué)性質(zhì)比較

盧飛楠++王海建++吳超

[摘 要]隨著吹填和軟土地基處理在圍墾造地上的廣泛應(yīng)用，研究和探討工程施工各階段土體物理力學(xué)性質(zhì)的變化成為工藝改進(jìn)的基礎(chǔ)。本文通過對(duì)吹填及軟基處理工程各階段土體物理力學(xué)性質(zhì)的比較，分析其變化過程，旨在探索一般性規(guī)律，用以指導(dǎo)工藝改進(jìn)和后續(xù)工程。

[關(guān)鍵詞]吹填；軟基處理；物理力學(xué)性質(zhì)；比較

中圖分類號(hào)：TU470 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）09-0161-02

1、引言

目前國內(nèi)沿海城市都在進(jìn)行圍墾開發(fā)，圍區(qū)建成后一般使用吹填加軟基處理的方式進(jìn)行處理，此法可以有效利用河口疏浚產(chǎn)生的棄土，產(chǎn)生比較客觀的經(jīng)濟(jì)效益。隨著類似工程數(shù)量增加和規(guī)模的不斷擴(kuò)大，通過改進(jìn)工藝來降低施工成本，提高施工效率并且保證施工質(zhì)量，成為競(jìng)爭(zhēng)者不斷的追求。本文結(jié)合浙南某吹填及軟基處理工程，分析和比較各階段土體物理力學(xué)性質(zhì)的變化，得出結(jié)論。該區(qū)域的地質(zhì)條件在浙南沿海地區(qū)具有較強(qiáng)代表性，研究的結(jié)果具有一定的指導(dǎo)意義。

2、工程簡介

淤泥從海底吹至陸上，到固結(jié)完成，共經(jīng)歷海相淤泥、吹填淤泥、淺層軟基處理土體三個(gè)時(shí)期，以下分別簡稱T0、T1、T2時(shí)期。

浙南地區(qū)某吹填及軟基處理工程總建設(shè)面積約為 200萬 m2，吹填土采用附近河口進(jìn)港航道的疏浚土，軟基處理后平均標(biāo)高不低于+3.50m（國家85高程，下同）。在工程的T0、T1、T2三個(gè)時(shí)期分別進(jìn)行了取土樣試驗(yàn)并測(cè)定其物理力學(xué)指標(biāo)，本文對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)比較分析，數(shù)據(jù)處理過程中已用正負(fù)三倍標(biāo)準(zhǔn)差法舍棄了帶有粗差的數(shù)據(jù)。

3、各時(shí)期物理力學(xué)性質(zhì)

3.1 海相淤泥

工程吹填施工前，在取土區(qū)選取了5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行取土樣試驗(yàn)，取土深度0～12m，共38個(gè)樣本，土樣物理力學(xué)性質(zhì)見表1。

3.2 吹填淤泥和淺層軟基處理后土體

工程吹填至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，進(jìn)行排水晾曬。淤泥吹填完成時(shí)呈泥漿狀，落淤過程經(jīng)歷沉積與自重固結(jié)2個(gè)階段，待表層硬殼層基本形成，開始進(jìn)行無砂墊層真空預(yù)壓軟基處理，恒載時(shí)真空泵負(fù)壓穩(wěn)定在85kPa，土體在外力作用下排水固結(jié)。

本工程吹填厚度在2.5～3.5m之間，在吹填完成后和軟基處理后分別隨機(jī)選取10個(gè)和170個(gè)點(diǎn)進(jìn)行取土樣試驗(yàn)，分別有30個(gè)和510個(gè)樣本，與吹填前試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。根據(jù)結(jié)果可知：本工程吹填區(qū)的新近吹填淤泥工程性質(zhì)很差，粒徑在0.075mm～0.05mm之間的粉粒含量為0.63%，粒徑小于0.05mm的黏粒含量99.33%，表明本工程吹填淤泥土顆粒很細(xì)，以黏粒為主，后期加固處理難度較大。

三個(gè)時(shí)期土體物理力學(xué)性質(zhì)按取樣深度對(duì)比見表2。

由表2可以看出，淤泥在T0、T1、T2三個(gè)時(shí)期經(jīng)歷了擾動(dòng)、稀釋再固結(jié)等過程，含水量和孔隙比都大幅上升再大幅下降，最終土體趨于穩(wěn)定。本工程T0時(shí)期淤泥的含水量w和孔隙比e相對(duì)較低，T1時(shí)期的含水量也處在相對(duì)較低的水平。由此可判斷本取土區(qū)海相淤泥沉積時(shí)間較長，物理力學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定。

4、計(jì)算、比較、分析

4.1 含水量與濕密度

根據(jù)表2可以看到，經(jīng)過T0、T1和T2時(shí)期，含水量在吹填完成時(shí)達(dá)到最大值，而且w和ρ表現(xiàn)出一定的線性相關(guān)。

4.2 土方量

由土的三相關(guān)系[5]及

…………………①

…………………②

可得

Vs=V/（1+e） ………………③

其中：e為孔隙比，V為土的體積，Vv為土中氣相與液相體積之和，Vs為土中土顆粒體積。

海相淤泥、吹填淤泥及處理后土體的孔隙比分別為e0、e1、e2，計(jì)算取表4中的標(biāo)準(zhǔn)值，有e0=1.671，e1=2.492，e2=1.389，實(shí)測(cè)的三個(gè)時(shí)期土體體積如表3所示：

結(jié)合表3和③式可估算三個(gè)時(shí)期對(duì)應(yīng)的的有效土顆粒的體積，見表4。

由表3、表4可得到三個(gè)時(shí)期的土方比例關(guān)系：

V0：V1：V2=1：1.33：0.81 …………④

Vs0：Vs1：Vs2=1：1.02：0.90 …………⑤

4.3 分析

4.3.1 實(shí)測(cè)土方量

本文使用南方Cass軟件計(jì)算表5中的實(shí)測(cè)土方量時(shí)并未考慮吹填淤泥加載到原灘面后產(chǎn)生的基礎(chǔ)沉降，如此吹填土方量V1會(huì)比真實(shí)值偏??；而地基處理后的土方體積V2受基礎(chǔ)沉降和地下水位變化等因素的綜合影響，其與真實(shí)值的大小關(guān)系確定需要比較復(fù)雜的論證。

④式中的V0：V1=1：1.33，不在經(jīng)驗(yàn)值1：1.6～1：1.8范圍內(nèi)，原因在于本工程吹填淤泥的含水量比經(jīng)驗(yàn)值要低很多?？梢钥吹?，該工程吹填完成一個(gè)月后含水量平均值仍為144.5%，遠(yuǎn)大于本工程的83.0%。

而導(dǎo)致本工程吹填淤泥含水量較低的原因，一方面在3.1中已提到本工程海相淤泥的含水量和孔隙比均小于其它地區(qū)，其可能影響吹填淤泥含水量偏低，另一方面從吹填區(qū)取土到實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，不可避免會(huì)有水分缺失，這也會(huì)影響吹填淤泥的實(shí)測(cè)含水量。

4.3.2 有效土顆粒體積

⑤式中，假設(shè)Vs0為1.00份（量綱為立方米，下同），則Vs1為1.02份，Vs2為0.90份，Vs2

Vs1和Vs0近似相等，但Vs1>Vs0，在邏輯上可以理解為錯(cuò)誤。其原因可能為： V0為船報(bào)挖方，其數(shù)值由施工船舶自帶的監(jiān)測(cè)設(shè)備根據(jù)采集的流量和濃度等指標(biāo)計(jì)算得來，其精確性有待商榷；而測(cè)量開挖區(qū)的水深來計(jì)算挖方，則測(cè)區(qū)渾濁度太高，儀器測(cè)量水深存在較大誤差，另外河口區(qū)的泥沙回淤也給土方量測(cè)定帶來不小干擾。

5、結(jié)論

1.本工程所測(cè)得的溫州地區(qū)海相淤泥和吹填淤泥的含水量均相對(duì)較低。

2.淤泥在T0、T1、T2三個(gè)時(shí)期經(jīng)歷了擾動(dòng)、稀釋再固結(jié)等過程，含水量和孔隙比都大幅上升再大幅下降，最終土體趨于穩(wěn)定。

3.本工程T1、T2時(shí)期的w和ρ表現(xiàn)出一定的線性相關(guān)，對(duì)于工程所在地區(qū)該種土質(zhì)在特定的含水量范圍（45%～90%）內(nèi)可能存在的某種關(guān)聯(lián)，值得進(jìn)行更廣泛的探討。

4.關(guān)于土方量測(cè)定，加載后的基礎(chǔ)沉降和地下水位變化等因素的綜合影響有待進(jìn)一步研究。

5.基于含水量w、孔隙比e等物理指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)平均值，本文得到的土體體積比例關(guān)系對(duì)類似工程有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 彭濤等. 吹填淤泥填海造陸技術(shù)在深圳地區(qū)的應(yīng)用[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2001， （2）：68-72.