基于工程实例固结系数变化规律

基于工程实例的固结系数变化规律研究摘要：本文主要通过工程实例，分析了软基处理加载过程中，实测沉降速率大于理论沉降速率，恒载期间实测沉降速率小于理论沉降速率是因为随着荷载增加固结系数逐渐变小。

关键词：固结系数软基处理沉降速率
1、工程概况
固戍污水处理厂位于宝安区西乡街道办固戍村内，西邻珠江出海口。

一期工程建设规模为24万立方米/日，占地约11万平方米。

地貌类型为海岸相冲积平原及低山残丘斜坡地带。

场地岩土层主要为第四系海相冲积土层、第四系坡积土层、第四系残积土层，下伏基岩加里东期混合花岗岩。

根据监测结果，加载过程中，实测沉降速率大于理论计算速率；而在恒载期间，实测沉降速率小于理论计算速率。

根据西部通道工点的理论计算，恒载120天后理论固结沉降曲线应基本稳定，小于lmm/天。

而实际上，沉降依然很大，恒载240多天后，固结沉降曲线才基本趋向稳定，比计算时间长了1倍多。

深圳市固戍污水处理厂软基处理恒载也达到了180多天，最后进行超载处理。

这主要是由于深圳地区海相淤泥的主固结系数随着荷载增加而减小造成的，室内固结实验和实测曲线反演cv都证明了这一点。

2、实测累计沉降曲线
根据沉降板观测结果，编制沉降-时间关系曲线，如下图1所示。

由图可见沉降总体上可以分为加载期间沉降与恒载期间沉降两个部分，图上虚线所示：
（1）加载期间沉降
通过计算，加载过程中沉降占总沉降量的65%左右。

对应于每一级加荷都有较大的沉降发生，显示出软土层对于加荷是非常敏感的，在加载间隔沉降发展也较快，几近以直线的方式发展，加载产生的沉降台阶不明显。

（2）恒载期间沉降
通过计算，恒载期间沉降占总沉降量的35%左右。

较之加载期间沉降量曲线，曲线变缓，恒载120多天后开始转平，但沉降速率仍较大，恒载预压180多天后，曲线基本稳定。

图1 实测累计沉降量曲线图
3、理论计算曲线
过去计算一般采用太沙基理论公式计算，太沙基的理论假设是荷载是一次性瞬时加载。

然而，此假设与实际操作相差甚远。

一次性加载情况下，容易破坏软土地基的稳定性，失去了地基处理的初衷。

而且在施工中往往也是分级加载。

因此，对根据太沙基法求得的固结时间关系或沉降时间关系都必须加以修正。

高木俊介对于分级加载的情况下进行了修正，然而也仅考虑了径向估计排水没有考虑竖向固结排水。

曾国熙对其进行了改进，考
虑了竖向排水固结，把和两者联合起来得出，并且固结度理论解用以下的普通式来表示：
改进的高木俊介法对于竖向排水固结或竖向排水固结与径向排水共同作用的固结情况都适用，只有赋予两个参数以不同的意义，则对于不同的排水条件都能用式子（1）表示。

多级加荷情况下固结度的计算，只需将用普通式代替积分即可，如式子（2）所示：—t时刻多级加荷情况下修正后地基平均固结度；
—第n级荷载的加荷速率；
—各级荷载的累加值；
、—分别为第n级荷载起始和终止的时间（从零点起算），当计算第n级荷载加载过程中某时间t的固结度时，改成t；
、—排水固结参数。

由改进的高木俊介法计算任意时刻的固结沉降量为：
（3）
在深圳市固戍污水处理厂软土地基处理工程中，根据处理前的岩土工程勘察报告：
径向、竖向固结系数：，；
最终沉降量的取得，是依据沉降板的实际观察数据。

4、实测曲线与理论计算曲线对比
本次计算选取s28、s38号沉降板，最终沉降量分别为=1499mm
和=1643mm。

图2实测与理论计算沉降量曲线对比图（s28）
图3实测与理论计算沉降量曲线对比图（s38）
根据图2、图3实测与理论计算沉降量的对比：加载期间（第一条虚线左侧），实测曲线沉降台阶不如理论计算曲线明显，理论计算累计沉降量小于实测沉降量；恒载期间（第一条虚线右侧），曲线都呈抛物线向前发展，但理论曲线明显比实测收敛快，到第二条虚线时，实测与理论值比较接近，此时固结度约为70%。

恒载期间理论值总体大于实测值。

由曲线推算，恒载120天后，理论曲线变化已经基本稳定，沉降速率小于0.6mm/d，此时计算固结度约为95%。

但是实际上，恒载120天后，实测日沉降很很大，满足不了设计要求，通过监测数据推算，固结度达到95%需要的时间约为240天，比理论计算值落后了120天。

为了保证工期，最后决定超载，超载土方1.8米。

根据卸载日期计算，实际恒载加超载的时间为180天。

5、结论
通过上述分析，造成上述差异的原因在于，一维固结理论认为cv在整个固结过程中是不随荷载增加而变化的常数。

卸载前钻探取样进行室内土工试验，径向、竖向固结系数值都有较大的变化且逐
渐变小。

具体的固结系数随荷载增加的变化规律，由于工程实例所限，仍需更深一步的研究。

注：文章内所有公式及图表请用pdf形式查看。