臺(tái)州市椒江污水處理廠二期工程地基真空預(yù)壓處理原位監(jiān)測(cè)
摘要：臺(tái)州市椒江污水處理廠已建一期工程規(guī)模為5×104m3/d，二期擴(kuò)建工程規(guī)模為10×10 m3/d，其中醫(yī)藥化工廢水設(shè)計(jì)水量約為2×104m3/d，市政污水設(shè)計(jì)水量約為8×10 m3/d。在總結(jié)一期地基基礎(chǔ)真空預(yù)壓經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)二期工程的地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了優(yōu)化，為達(dá)到監(jiān)控施工安全、檢測(cè)加固效果、驗(yàn)證地基基礎(chǔ)處理方案合理性和實(shí)用性的的目的，進(jìn)行了施工監(jiān)測(cè)。
關(guān)鍵詞：污水處理廠,真空預(yù)壓,地基基礎(chǔ),原位監(jiān)測(cè)
椒江二期污水處理廠位于現(xiàn)狀污水處理廠南側(cè)，西鄰沿海高速，東靠臺(tái)州灣。場(chǎng)區(qū)主要受力土層天然地基承載力低，約為40~70kPa，為高壓縮性軟土，天然地基難以滿足大部分建、構(gòu)筑物承載力及變形要求，應(yīng)進(jìn)行地基處理。針對(duì)本工程總平面圖布置，結(jié)合一期工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及經(jīng)濟(jì)比較，采用大范圍真空預(yù)壓(聯(lián)合堆載)的方案進(jìn)行地基加固處理。
項(xiàng)目于2008年1月29日開始抽真空，7月28施工單位停泵，整個(gè)抽真空過程歷時(shí)181天。為達(dá)到監(jiān)控施工安全、檢測(cè)加固效果、驗(yàn)證地基處理方案合理性和實(shí)用性的目的，進(jìn)行了施工監(jiān)測(cè)
1、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的內(nèi)容和布置
1.1、原位監(jiān)測(cè)目的
監(jiān)測(cè)的目的主要有以下幾個(gè)方面：一是能及時(shí)發(fā)現(xiàn)加固過程中出現(xiàn)的問題，以便及時(shí)解決它;二是作為施工過程的控制，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)了解工程進(jìn)展和軟基的加固效果，以判斷加固工程是否達(dá)到了預(yù)期的目的，從而決定加固工程的中止及后續(xù)工程的開始時(shí)間;三是可以為工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)，驗(yàn)證與指導(dǎo)施工設(shè)計(jì)，也可為理論研究提供詳實(shí)的佐證。
1.2、主要原位監(jiān)測(cè)項(xiàng)目
1、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括：沉降標(biāo)、孔隙水壓力、分層沉降、測(cè)斜、水位、真空度衰減。
2、加固效果的檢驗(yàn)包括：鉆孔取土、現(xiàn)場(chǎng)十字板。
1.3、主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的目的
1、地表沉降標(biāo)：最簡(jiǎn)潔直觀的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，可監(jiān)測(cè)加固過程中何時(shí)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，判斷加固進(jìn)程能否結(jié)束。
2、膜下真空度:了解真空壓力隨時(shí)間的變化情況。
3、分層沉降：了解各土層的壓縮情況，判斷加固達(dá)到的有效深度及各深度土層的固結(jié)程度。本項(xiàng)目在場(chǎng)地中央布置了一個(gè)分層沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)。
4、水平位移：測(cè)量土體在加固過程中的側(cè)向位移情況，一方面是了解土體側(cè)向位移量的大小，判斷側(cè)向位移對(duì)土體垂直變形的影響;另外也可了解土體側(cè)向移動(dòng)對(duì)鄰近建筑物的影響。
5、真空度監(jiān)測(cè)：主要了解真空度沿垂直排水通道中的傳遞規(guī)律，了解真空度在垂直排水通道中的傳遞損失。
6、地基孔隙水壓力：了解在淤泥中真空度隨時(shí)間的發(fā)展過程，從而可以判斷淤泥的加固效果，推算淤泥土的固結(jié)程度。
7、水位：分場(chǎng)地外和場(chǎng)地內(nèi)水位監(jiān)測(cè)，設(shè)在加固區(qū)外的水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要是了解加固過程中真空度擴(kuò)散對(duì)周圍地下水位的影響;設(shè)在加固區(qū)內(nèi)的水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要是了解抽真空過程中加固區(qū)內(nèi)地下水位的變化規(guī)律，為分析加固效果和設(shè)計(jì)計(jì)算提供資料與依據(jù)。
8、地基強(qiáng)度測(cè)試：在加固前后各進(jìn)行一次現(xiàn)場(chǎng)十字板剪切試驗(yàn)，可了解地基軟土層加固前后強(qiáng)度變化的狀況和地基的處理效果。
9、鉆孔取土：通過試驗(yàn)結(jié)果分析加固前后土體的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)改善情況，判斷加固的效果。
2、監(jiān)測(cè)成果分析
2.1、地表沉降分析
2.1.1、打設(shè)排水板至抽真空期間的地表沉降
打設(shè)排水板至抽真空期間的地表平均沉降為620mm，但很不均勻，地表高程有抬高和降低，相差很大，有些地方抬高了212mm，有些地方沉降了1297mm，這異，F(xiàn)象主要是由于場(chǎng)地平整前狀態(tài)極不均勻和圍堰加載地面擠淤兩個(gè)因素造成的。場(chǎng)地平整前，場(chǎng)地北側(cè)為建筑垃圾堆場(chǎng)，局部高程達(dá)4m，南部為水塘，平整時(shí)部分區(qū)域回填土厚達(dá)2m以上，這就造成了原垃圾堆場(chǎng)區(qū)域插板期間沉降小，而原水塘區(qū)域沉降大，最大達(dá)1297mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般場(chǎng)地插板沉降300～500mm的水平。此外，在排水板打設(shè)期間，圍堰附近一些區(qū)域地面抬高，這是因?yàn)榇蛟O(shè)排水板期間圍堰正在施工加載，由于場(chǎng)地內(nèi)地面高程低(相對(duì)于場(chǎng)地外地面高程)和地基土強(qiáng)度小，部分區(qū)域圍堰在加載后大幅度沉降，導(dǎo)致場(chǎng)地內(nèi)與圍堰相鄰部分地面抬高或降低。
2.1.2、抽真空期間地表沉降
抽真空期間，場(chǎng)地內(nèi)平均沉降量855mm，最大沉降量(測(cè)點(diǎn))值為1037mm;最小沉降量值為627mm;最大沉降點(diǎn)和最小沉降量點(diǎn)相鄰很近，位于與東南側(cè)圍堰相垂直的小監(jiān)測(cè)斷面上。最大沉降和最小沉降相鄰很近是由以下原因造成的：場(chǎng)地東南側(cè)原為水塘，土質(zhì)較軟，地基加固處理時(shí)沉降量大是正常的，但因南側(cè)圍堰的擠淤導(dǎo)致了場(chǎng)地內(nèi)南側(cè)邊緣的沉降量減小，使得最大沉降點(diǎn)和最小沉降量值點(diǎn)發(fā)生在較近的區(qū)域內(nèi)。
在抽真空期間，場(chǎng)地外沉降均勻(測(cè)點(diǎn)在圍堰外20m處)，在圍堰南側(cè)和西南側(cè)等有活水源區(qū)域，沉降量普遍較小，最小值僅11mm;在圍堰北側(cè)無活水源區(qū)域，沉降量普遍較大，最大達(dá)335mm。此外，在有活水源區(qū)域，場(chǎng)地外土體基本無開裂和不均勻沉降現(xiàn)象，而在無活水源區(qū)域，場(chǎng)地外30m范圍內(nèi)土體的開裂和不均勻沉降現(xiàn)象很顯著(見圖1)。
在抽真空前場(chǎng)地內(nèi)地表沉降速率約1mm/d，抽真空后沉降速率明顯增大，其中在抽真空后第20天達(dá)到最大，最大值達(dá)24mm/d，之后逐漸出現(xiàn)減小趨勢(shì)。此外，在抽真空過程中，沉降速率與膜下真空度密切相關(guān)，膜下真空度增高沉降速率增大，膜下真空度降低則沉降速率減小。圖2是D5-3測(cè)點(diǎn)地表沉降速率與真空度變化的過程曲線，從可以看出，沉降速率的變化趨勢(shì)與真空度完全一致。
抽真空結(jié)束時(shí)，場(chǎng)地內(nèi)最大高程差達(dá)1528mm，累計(jì)總平均沉降量(包括排水板打設(shè)期間沉降量)為1447mm，卸載后最大回彈量為47mm。
2.2、膜下平均真空度隨時(shí)間變化
本項(xiàng)目中，膜下真空度采用孔壓計(jì)探頭監(jiān)測(cè)，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，在真空泵停泵時(shí)，孔壓計(jì)探頭與真空表的讀數(shù)基本一致，但在真空泵運(yùn)行時(shí)，孔壓計(jì)探頭比真空表讀數(shù)要小5～10kPa，而且，真空度越大，兩者差值越小。此現(xiàn)象在文獻(xiàn)中有記載，應(yīng)屬正，F(xiàn)象。據(jù)施工單位真空表資料，內(nèi)場(chǎng)地平均真空度大于-70kPa的累計(jì)時(shí)間有三個(gè)月左右。
圖1抽真空期間場(chǎng)地外土體開裂現(xiàn)象
2.3、分層沉降分析
據(jù)地基土分層沉降監(jiān)測(cè)資料，自1月29日開始抽真空，淺層的土體在開始迅速壓縮沉降，隨著抽真空時(shí)間的增加，壓縮沉降向深層發(fā)展，各點(diǎn)的沉降速率逐漸變小，同時(shí)沉降曲線趨于緩和;在相同的時(shí)間，總體上淺部的沉降量大于深部的沉降量。此外，從分層沉降監(jiān)測(cè)資料看，在停泵前加固土體20m以下有一定的沉降量，但較小，17m的范圍內(nèi)的沉降占總沉降的約95%，11m范圍內(nèi)的沉降總沉降量的約72%，固結(jié)壓縮主要發(fā)生在地表下17m的范圍內(nèi)。
2.4、水平位移分析
在真空預(yù)壓期間，土體不會(huì)產(chǎn)生“側(cè)向擠出”現(xiàn)象，地基無向外擠出量，真空預(yù)壓不會(huì)產(chǎn)生由于側(cè)向位移而引起的瞬時(shí)沉降。據(jù)本項(xiàng)目的水平位移監(jiān)測(cè)成果，抽真空期間在場(chǎng)地外側(cè)，插板深度內(nèi)的地基土都出現(xiàn)了較大的向場(chǎng)地方向的水平位移，這說明負(fù)壓的深層傳遞較好。對(duì)比而言，北側(cè)20m范圍內(nèi)的水平位移發(fā)展較均勻;在南側(cè)，因抽真空初期南側(cè)圍堰加載，深層土體出現(xiàn)了向外擠淤現(xiàn)象，停止加載后，隨著抽真空的進(jìn)行，土體水平位移開始向場(chǎng)地方向發(fā)展。
水平位移的發(fā)展與膜下真空度密切相關(guān)，以北側(cè)圍堰東部X1側(cè)斜管為例：在5月18號(hào)真空度降低之前，地表下20m范圍內(nèi)的水平位移速率約1mm/d，但淺層水平位移速率大于深層的速率;真空度降低一半后，淺層水平位移速率小于深層的速率，其中淺層0～5m的水平位移速率為0.36～0.41mm/d，深層5～21m的水平位移速率為0.41～0.52mm/d;真空度回復(fù)到原來水平后，淺層水平位移速率又大于深層的速率。
2.5、真空度監(jiān)測(cè)分析
在穩(wěn)定抽真空過程中，場(chǎng)地外深2～22m的土體內(nèi)存在6～10kPa的負(fù)壓，其中10～20m范圍內(nèi)的負(fù)壓稍大些。
關(guān)于真空度監(jiān)測(cè)分析，以抽真空結(jié)束前6月30號(hào)(6月30號(hào)后膜下真空度開始減小)場(chǎng)地中西側(cè)z9組(排水板中探頭)和z9-1(泥中探頭)為例，在6月30號(hào)時(shí)，地表下16m范圍內(nèi)的泥中負(fù)壓已有較大的消散，固結(jié)度達(dá)90%以上，而22m以下的消散程度不顯著。
2.6、水位變化分析
場(chǎng)地外：在開始抽真空時(shí)，場(chǎng)地外水位在地表下0.3～0.5m，在開始抽真空后，在西側(cè)和南側(cè)圍堰外，因有補(bǔ)充水源，整個(gè)抽真空過程中土體中的水位變化不大。北側(cè)圍堰外無活水源，地下水位受雨水的影響，在抽真空初期，雨水少，受場(chǎng)地內(nèi)抽真空影響，土體中水位最高下降達(dá)0.4m，梅雨季節(jié)來臨后，土體中水位有明顯上升。
場(chǎng)地內(nèi)：在開始抽真空時(shí)，場(chǎng)地內(nèi)水位基本在密封膜下0～0.2m，在正常抽真空過程中，六個(gè)測(cè)點(diǎn)處的水位一般可降到膜面以下0.6m，地下水位面最低可降到膜面以下1.0m。
3、加固效果分析
3.1、加固前后物理性指標(biāo)的變化
加固后16m以內(nèi)土體的容重增大，含水量降低，孔隙比減小。
3.2、加固前后現(xiàn)場(chǎng)十字板強(qiáng)度的變化
本監(jiān)測(cè)項(xiàng)目在真空預(yù)壓法加固地基前后進(jìn)行了兩次微型十字板剪切強(qiáng)度試驗(yàn)，通過這兩次的十字板剪切強(qiáng)度對(duì)比，可以了解地基軟土層強(qiáng)度變化的狀況、地基處理的效果。加固后十字板強(qiáng)度變化規(guī)律：
1、淺層地基土強(qiáng)度都有明顯增長(zhǎng)，尤其是接近地表，強(qiáng)度增加了近一倍。
2、十米以下，地基土強(qiáng)度雖有增長(zhǎng)，但不顯著。
3.3、加固后土體的承載力
關(guān)于加固前后的地基承載力，根據(jù)《椒江污水處理廠二期工程巖土工程勘察報(bào)告》，加固前地基承載力一般為5～6t/m2，真空預(yù)壓加固地基后，委托第三方檢測(cè)單位進(jìn)行了淺層平板載荷試驗(yàn)，根據(jù)該試驗(yàn)報(bào)告，加固后滿足地基土承載力特征值90kPa的設(shè)計(jì)要求。
4、結(jié)語
通過對(duì)施工過程的原位監(jiān)測(cè)及其成果分析，可以獲得很多寶貴的結(jié)論和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)今后椒江地區(qū)真空預(yù)壓法加固軟土地基的設(shè)計(jì)施工起到較好的指導(dǎo)作用。
1、地基的總沉降量和固結(jié)度與單位面積上的真空作用功率及作用時(shí)間有密切關(guān)系。真空預(yù)壓法處理軟土地基不僅要確保真空壓力穩(wěn)定，而且要求保證足夠的真空泵運(yùn)行數(shù)量，因此地基處理設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)膜下真空壓力、單位面積真空作用功率和加固時(shí)間全面考慮。
2、在軟土地基上修建構(gòu)筑物，往往需要解決工后沉降的問題，相對(duì)于強(qiáng)度控制而言，工后沉降控制是軟土地基處理的難點(diǎn)。在真空預(yù)壓加固軟基施工中，如有經(jīng)常停泵現(xiàn)象，則在沉降預(yù)測(cè)計(jì)算時(shí)，應(yīng)修正沉降數(shù)據(jù)。
3、在真空預(yù)壓施工中，密封膜的保護(hù)是關(guān)鍵，尤其在膜上覆水時(shí)，密封膜破損過頻繁將直接導(dǎo)致整個(gè)加固工程的失敗。
4、分層沉降監(jiān)測(cè)成果表明，在相同的時(shí)間，總體上淺部的沉降大于深部的沉降。17m的范圍內(nèi)的沉降占總沉降的約95%，11m范圍內(nèi)的沉降總沉降量的約72%，固結(jié)壓縮主要發(fā)生在地表下17m的范圍內(nèi)。
5、本工程采用真空預(yù)壓法加固超深軟土天然地基，據(jù)十字板剪切強(qiáng)度試驗(yàn)，淺層十字板剪切強(qiáng)度提高了近一倍;根據(jù)淺層平板載荷試驗(yàn)后的試驗(yàn)報(bào)告，地基承載力從加固前的5～6t/m提高到9t/m？傮w而言，地基工程性質(zhì)得到很大改善，地基加固處理效果良好。
參考文獻(xiàn)
1 臺(tái)州市椒江污水二期地質(zhì)勘查報(bào)告 臺(tái)州市椒江建筑設(shè)計(jì)研究院2007
2 臺(tái)州市椒江污水處理二期與再生水回用工程設(shè)計(jì)方案 中國(guó)市政華北設(shè)計(jì)研究院 2007
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
