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改进Asaoka法反演固结系数方法
摘 要:针对地基处理中塑料排水板堆载预压情况,结合竖井固结理论,对Asaoka法中斜率与固结系数的关系式进行修正,得到了同时考虑竖向和水平向固结的反演公式.采用大型堆载预压工程实测沉降数据,对改进的Asaoka法中的固结系数进行反演计算,结果表明:考虑水平向固结系数的影响以及井阻和涂抹效应情况时,改进方法的固结系数比Asaoka法固结系数小,沉降计算值与实测值较接近,误差在５％以内.
关键词:Asaoka法;固结系数;堆载预压;固结理论;沉降预测
中图分类号:TU４４７ 文献标志码:A 文章编号:１６７３Ｇ３８５１(２０１８)０５Ｇ０３６７Ｇ０５
０ 引 言
塑料排水板堆载预压是处理地基较常用的方法[１],但在塑料排水板堆载预压工程中,地基土固结沉降的有效预测尤为重要.在实际堆载预压过程中,按固结理论计算地基的固结变形时间往往较实测的固结时间要长[２],其中室内试验得到的固结系数与现场得到的固结系数的差异是影响固结速率的主要因素[３Ｇ４],因此固结系数对软土地基沉降的准确预测影响显著.
固结系数的确定方法较多,如:张仪萍等[５]从一维固结理论出发,利用主固结沉降与其速率的关系,提出了固结系数的推算方法,该方法避免不受次固结影响,但只针对一维固结理论,没考虑到水平向固结,不能反映真实的固结情况;李涛等[６]推导出试样剩余沉降(最终沉降与沉降的差值)对数与时间呈线性关系,并根据线性方程的系数得出试样的固结系数;邓永锋等[７]根据太沙基一维固结理论推导了沉降量与固结系数的关系式.当前关于固结系数的研究主要集中在一维固结理论,仅考虑竖向固结的影响而没有考虑水平向的影响,从而导致固结系数较实测值偏大.
反演计算法是一种常用的沉降预测方法,它以现场实测沉降数据为基础反演计算地基土的固结系数[８],其中Asaoka反演计算法应用最广泛.本文基于竖向排水体饱和土地基固结理论,对Asaoka法的固结系数反演计算式进行改进,考虑水平向固结影响,利用改进的固结系数反演式对地基土的沉降进行预测.依据改进的Asaoka法,对浙江某围涂工程地基土的固结系数进行反演计算,利用所得固结系数计算最终沉降,并将计算的最终沉降与实测最终沉降进行了对比.
１ Asaoka法原理
２ 对Asaoka法的改进
由式(８)反演计算可得到一般软土地基的固结系数,但是对于有塑料排水板堆载预压情况下的软土地基,其固结速率较没有塑料排水板堆载预压的快,因此原反演公式不适用于竖井地基固结.
地基处理中常采用砂井或塑料排水板加速地基的排水固结.固结由两种排水作用引起:a)沿垂直方向的渗流;b)水平方向的轴对称渗流.将这两种渗流方式用极坐标表示,则可得到砂井地基排水固结方程[１１]:
３ 固结系数的反演计算
３．１ 工程案例
为验证改进固结系数反演公式的准确性,以舟山某围涂工程的沉降监测数据为研究对象进行验证计算.
该 工程一期陆域总面积约６７２万m２,共分为１１个区域,分区分期施工.地基加固采用塑料排水板堆载预压方案,堆土高度约３．０m.塑料排水板呈正方形布置,间距为１．１m,塑料排水板插板深１７~３０m,其中CJ１＃Ｇ１６、CJ１＃Ｇ２３、CJ１＃Ｇ５１(CJ１＃表示地块一上的测点)三个测点所在区插板深度为１８．７m.根据岩土勘察报告显示,地块一勘探深度范围内的地基土层大致分为５层,土层分布特征如表１所示,土层物理力学指标如表２所示.
为避免沉降监测中各因素对沉降监测值的影响,较分散的选取了地块一的三个测点沉降值,并对沉降数据进行等时距处理,得到时间与沉降关系如表３所示.由于塑料排水板没有打穿透水层,所以只讨论单面排水情况.
表４是通过Asaoka法的图解形式获得的各监测点对应的斜率β１,以及通过竖井固结理论得到的轴对称径向排水应力固结参数βr.塑料排水板堆载预压过程中,排水板中向外排水会受到一定的阻力,且在排水过程中,周围土体因受到一定扰动而在排水板周围产生涂抹层,使得土的渗透性下降.径向排水应力固结参数同时考虑了井阻和涂抹效应,在一定程度上降低了土的渗透系数,更加符合实际.
根据表５中的反演计算公式计算得出相应测点的固结系数Cv 如表６所示.从表６可以看出,在单面排水情况下,Magnan等的实测计算法与Asaoka法所对应的固结系数反演公式所算得的固结系数相近,但计算值明显大于改进方法所反演的固结系数值,而且数值大小相差近两个数量级.本工程室内固结试验在１００kPa和２００kPa压力下所得土的平均固结系数分别为１．６７×１０－３cm２/s和１．３０×１０－３cm２/s,而本案例堆载荷载约１１０kPa,介于１００kPa和２００kPa之间,由此可以发现本文所计算的固结系数与固结试验所得固结系数在同一数量级且与室内试验值接近.
导致前两种方法计算值大于本文改进方法计算值的主要原因,是前两种方法在进行推算固结系数时只考虑了竖向固结,而本文改进的方法是基于竖向排水体饱和土地基固结理论改进得到的,同时考虑了竖向固结和水平向固结,还考虑了井阻及涂抹影响,因此竖向固结系数较小,更接近于塑料排水板堆载预压的实际工况.
表７给出了三个测点的最终沉降计算结果及其相关参数,选取时间为２０１６年３月３１日到２０１６年８月２９日,共１５２d.首先通过改进反演固结系数法反演计算固结系数,运用所得固结系数对最终沉降进行预测,得出各测点的最终沉降值.通过计算所得最终沉降值与实测沉降值进行对比,发现两者的相对误差都在５％以内,表明改进方法的预测值与实际值较吻合.
４ 结 论
本文对Asaoka法反演固结系数方法进行修正,获得了以下结论:
a)改进的Asaoka法综合考虑了水平向和竖向的排水影响,能够更好地反映土体的实际固结状态.
b)改进的Asaoka法同时考虑了井阻与涂抹效应,使得计算结果更贴近于实际工况.
c)利用改进的Asaoka法反演计算固结系数,能够有效地预测地基沉降,本文案例中沉降预测值与沉降实测值的误差均在５％以内.
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