真空预压下软弱土沉降的可靠性

　　前言 

 

　　在房屋建筑及工业厂房施工中经常会遇到软弱地基，软弱地基主要由粉土、粉质粘土、淤泥及淤泥质粘土组成。这些软弱土层具有承载力低、压缩性高、渗透性低等特点，形成了大面积的软弱地基，在使用之前需要进行工程处理。真空预压法是在拟处理地基上铺设砂垫层，并设置竖向排水通道（塑料排水板或砂井），然后铺真空膜密封，再通过真空泵使薄膜下形成真空，在负压压力作用下加速地基固结，达到要求后卸载。

 

由于真空预压处理方法简单、工期短、造价低、且不会在处理过程中造成地基失稳，在软基处理中得到了广泛应用。固结度和沉降速率是卸载的重要标准，因此对地基的沉降进行预测有着重要的地位。本文将针对土性参数的变异系数大等特点，结合一维Terzaghi固结方程，运用概率分析的方法给出了失效概率为5%的预测沉降。 

 

 

　　1.1一维Terzaghi固结的地基沉降 

 

　　在很多对沉降的计算方法中，没有考虑软弱土的固结。例如：基于e-lgp法的地基沉降的概率分析、基于规范方法的地基沉降的概率分析。软弱土的沉降与时间有着很大关系，并且在土体固结的过程中，软弱土的强度等参数也在不断增强。故，对于软弱土的沉降分析，应尽可能建立在土体的固结问题之上。 

 

　　在均质、饱和地基中任意时间、任意深度孔隙水压力 为： 

 

　　1.2 软弱土沉降的可靠度指标 

 

　　本文将采用目前可靠度分析中常用的几何法进行分析。这种方法是在可靠度指标的几何意义衍生出来的。它的几何意思可以看成是：在标准正态坐标系下，原点到极限状态曲面的最短距离[7]。 

 

　　首先是功能函数的确定。针对各种正态随机变量，可以设它们的功能函数为： 

 

　　土体的参数有很多不服从正态分布，不是正态随机变量。对于这种情况，需要将这样的变量进行当量正态化处理。对于验算点 处的概率分布函数和概率密度函数值，当量正态分布与原分布分别相等。这样可以原分布转化为当量正态分布，当量正态分布的均值和标准差分别为： 

 

　　1.3 软弱沉降的可靠度计算 

 

　　软弱土沉降的可靠度是指软弱土的沉降小于某一容许值的概率。按照1.2节中功能函数的定义方法，软弱土沉降的功能函数可以表示为： 

 

　　在功能函数表达式中，一共有3个随机变量 。 可根据《建筑结构设计统一标准》中规定恒荷载效应服从正态分布，变异系数取0.07。压缩模量 可将现场测得的数据当量正态化。固结系数 对于利用真空预压来软弱土地基的情况，需要考虑塑料排水板的排水固结作用。对于塑料排水板的在固结过程中所起的作用，可以简化为调整土体固结系数。土体固结系数的调整可以依照前人的方法进行调整： 

 

　　我们可以采用Matlab优化工具箱的强大优化功能来求解这一模型。求解时只需建立目标函数和约束函数，然后调用Matlab优化工具箱中的fmincon函数求解即可得到可靠度指标和标准正态空间中的验算点。 

 

 

　　2.1工程概况 

 

　　华锐风电工程位于T5区东侧。此区域宽约200m，长约1000m，分8个深层加固区域和5个浅层加固区域，总面积约为20万�O。施工位置为软弱土，土质为淤泥，含水量较高，压缩性大，透水性差。本次地基处理采用一次性真空预压深层处理的方案，采用直排式真空预压方法进行处理，真空度为≥80KPa，抽真空时间为105天，完成地基处理后进行土建部分施工。 

 

　　2.2相关参数 

 

　　结合工程概况，随机变量为服从均值为80kpa，变异系数为0.07的正态分布。压缩模量经过当量正态化之后服从均值为2.14Mpa，方差为1.43的正态分布。固结系数通过式（10）进行转化（对塑料排水板的进行考虑），然后在进行当量正态化处理后，服从均值为8.46cm/s，方差为4.35的正态分布。 

 

　　将相关参数代入到式（11）中，编写相关的matlab计算程序，可以得到对应时间的沉降值及其失效概率为5%的沉降图。 

 

 

　　一维Terzaghi固结理论与概率分析相结合，从正态空间中可靠度指标的几何意义出发，建立了可靠度指标求解的优化模型，并利用Matlab 优化工具箱的优化功能求解，得到沉降预测值及相应的可靠度指标。将该方法运用到软弱地基的真空预压工程中，得到的实效概率为5%的预测沉降值与实际值相符。 

 

　　参考文献 

 

　　[1]周治钊，肖明贵，吴名江. 软土真空预压加固设计的沉降系数法[J]. 路基工程，2011，155（2）：85-87. 

　　[2] 周明琪，楼晓明. 真空与堆载预压法地基处理的对比分析[J].低温建筑技术，2011，140（2）：95-98.