靜動(dòng)力排水固結(jié)軟基處理技術(shù)的試驗(yàn)研究

孟 慶 玲

(寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司，上海 201900)

靜動(dòng)力排水固結(jié)軟基處理技術(shù)的試驗(yàn)研究

孟 慶 玲

(寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司，上海 201900)

為消除某工程軟土地基的不良地質(zhì)現(xiàn)象，以緯三路為試驗(yàn)段，采用靜動(dòng)力排水固結(jié)法對(duì)軟土地基進(jìn)行了處理，確定了該方法的適用性，試驗(yàn)結(jié)果表明：采用靜動(dòng)力排水固結(jié)法可以有效地減小工后沉降，提高軟土的強(qiáng)度，并能有效地改善填土性質(zhì)，且費(fèi)用低廉，施工周期短。

靜動(dòng)力排水固結(jié)法，軟土地基，沉降，試驗(yàn)

1 概述

沿海某工程場(chǎng)地存在大片的淤泥區(qū)域，面積共約2.5 km2，該區(qū)域的淤泥抗剪強(qiáng)度低，靈敏度高，孔隙比大，工程性能極差。場(chǎng)平時(shí)需填方高度達(dá)6 m～8 m，而其上擬建的建構(gòu)筑物等不僅荷載較大，且對(duì)沉降要求嚴(yán)格。為此需進(jìn)行地基處理后方可滿足場(chǎng)地的穩(wěn)定與沉降要求。

綜合考慮本場(chǎng)地場(chǎng)平與地基處理的實(shí)際情況，結(jié)合擬建設(shè)施分布及使用要求，本工程推薦采用靜動(dòng)力排水固結(jié)法進(jìn)行地基處理。為驗(yàn)證該方法的適用性，為將來(lái)大片場(chǎng)地的施工提供借鑒參數(shù)，特選取緯三路的部分路段作為試驗(yàn)段進(jìn)行前期試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：該法可以有效地減小工后沉降，提高軟土的強(qiáng)度，并能有效地改善填土性質(zhì)，且費(fèi)用低廉，施工周期短，完全可適用于其他沿海地區(qū)工程軟土地基的處理。

2 試驗(yàn)段地基處理方案

2.1 靜動(dòng)力排水固結(jié)法機(jī)理[1,2]

靜動(dòng)力排水固結(jié)法是在傳統(tǒng)的強(qiáng)夯法和靜力排水固結(jié)法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，有機(jī)地利用強(qiáng)夯法的夯擊機(jī)具，與靜力排水固結(jié)法中排水體系進(jìn)行軟粘土地基處理的方法。

本試驗(yàn)段利用標(biāo)高補(bǔ)足用的土方作為堆載預(yù)壓料，夯擊填土的動(dòng)力效應(yīng)起一定的超載作用；塑料排水板作為豎向排水通道，縮短排水路徑，水平細(xì)砂層、盲溝和集(抽)水井的作用是水平排(匯)水，加載系統(tǒng)同排水系統(tǒng)有機(jī)組合來(lái)對(duì)淤泥進(jìn)行加固。

2.2 工程地質(zhì)條件

緯三路軟基段的主要工程地質(zhì)條件如下：①2層為素填土層，松散，平均厚度約為0.5 m；⑤1-1，⑤1-2層為淤泥，平均厚度約為10 m，平均孔隙比e=1.918，液性指數(shù)IL=1.31，淤泥土層(⑤1)的承載力特征值fak=45 kPa～50 kPa。不固結(jié)不排水粘聚力Cuu=10 kPa。靜力觸探qc=0.47 MPa。壓縮模量Es0.1～0.2=1.37 MPa，壓縮指數(shù)av0.1～0.2=1.92 MPa-1。⑤1-1，⑤1-2層是本次地基處理的主要對(duì)象；⑩1-1層為粘土層，可塑，平均厚度約為9 m，平均孔隙比e=1.013，液性指數(shù)IL=0.57，壓縮模量Es0.1～0.2=6.47 MPa；⑩1-2層為含粘性土中粗砂，中密。

2.3 緯三路地基處理方案

緯三路軟基處理主要采用靜動(dòng)力排水固結(jié)法進(jìn)行處理，其剖面圖如圖1所示。

靜動(dòng)力結(jié)合排水固結(jié)方法步驟如下：

1)場(chǎng)地清理。2)構(gòu)建場(chǎng)地臨時(shí)排水措施：設(shè)置盲溝、集水井等，盲溝交接處設(shè)集水井。3)鋪填細(xì)中砂：采用細(xì)中砂填至2.4 m。4)插設(shè)排水板。5)分層上覆填土：填土分兩級(jí)，第一級(jí)填至標(biāo)高4.0 m，第一輪夯擊后推平夯坑，間歇一段時(shí)間后，再填至7.0 m。填土完成后再進(jìn)行第二輪夯擊，然后再滿夯一遍，最后將整個(gè)表層推平碾壓不少于兩遍。6)夯擊結(jié)合抽降水：四遍點(diǎn)夯加一遍滿夯，第一、二遍夯擊能在600 kN·m～1 000 kN·m，位于第一次填土標(biāo)高；第三、四遍夯擊能在1 500 kN·m～2 500 kN·m，位于7.0 m標(biāo)高，施工過(guò)程中不斷抽降水，以保持排水通暢，施工過(guò)程如圖2和圖3所示。

2.4 地基處理計(jì)算

2.4.1 地基固結(jié)度計(jì)算

本工程采用靜動(dòng)力排水固結(jié)法對(duì)軟土地基進(jìn)行處理，以緯三路試驗(yàn)段為例，處理的淤泥土層厚度平均約為10 m，在7 m厚填土荷載作用下，采用標(biāo)準(zhǔn)B型塑料排水板，塑料排水板穿透淤泥土層，矩形布置，間距1.2 m×1.2 m，加荷—時(shí)間曲線如圖4所示。

根據(jù)JGJ 79—2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[3]，一級(jí)或多級(jí)等速加載條件下，地基的平均固結(jié)度按下式進(jìn)行計(jì)算：由此可以求出在不考慮動(dòng)力影響而只考慮堆載作用，4個(gè)～6個(gè)月后淤泥地基的固結(jié)度為80%，如果考慮動(dòng)力夯擊作用，土體的固結(jié)度將會(huì)進(jìn)一步提高。

2.4.2 穩(wěn)定性分析

根據(jù)菲蘭紐斯公式(1)：

Hc=5.52Ck/γ

(1)

得出如果不對(duì)軟土進(jìn)行處理，則緯三路一次填土極限高度約為3.5 m，只有待土體強(qiáng)度提高之后，才能進(jìn)行后續(xù)加載，顯然這將需要很長(zhǎng)的工期才能達(dá)到。

采用靜動(dòng)力排水固結(jié)法處理后，預(yù)壓荷載作用下地基土體的強(qiáng)度參數(shù)C的增長(zhǎng)可采用式(2)進(jìn)行計(jì)算：

ΔC=P0Uttanφcu

(2)

開(kāi)始施工3個(gè)月后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的固結(jié)地基土的強(qiáng)度已經(jīng)有較大的增長(zhǎng)，可以繼續(xù)填土至設(shè)計(jì)標(biāo)高。得出90 d后淤泥強(qiáng)度增長(zhǎng)了60%以上。采用Bishop方法對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行穩(wěn)定性分析，可以得到堆載6 m高后，路堤的整體穩(wěn)定安全系數(shù)為1.32，如圖5所示。因此采用靜動(dòng)力固結(jié)法進(jìn)行地基處理，3個(gè)月后可以填土到場(chǎng)平設(shè)計(jì)標(biāo)高，而且場(chǎng)地處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2.4.3 沉降歷時(shí)曲線

計(jì)算得到的沉降歷時(shí)曲線如圖6所示。由圖可知，插設(shè)塑料排水板后，10 m厚的淤泥土層，在上填7 m土方荷載作用下，4個(gè)月～5個(gè)月淤泥層固結(jié)度即可達(dá)80%，沉降量超過(guò)1 m。

2.5 實(shí)測(cè)結(jié)果

2.5.1 測(cè)點(diǎn)布置

緯三路試驗(yàn)段共設(shè)置了10個(gè)監(jiān)測(cè)斷面。在每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面取2點(diǎn)～3點(diǎn)進(jìn)行沉降、深層土體位移、孔隙水壓力監(jiān)測(cè)及土體原位測(cè)試、土體室內(nèi)試驗(yàn)。

2.5.2 沉降實(shí)測(cè)結(jié)果

圖7為6剖面測(cè)得的沉降歷時(shí)曲線。

2.5.3 填土后淤泥性能指標(biāo)的改善程度

地基處理施工完成6個(gè)月后，對(duì)淤泥的土性進(jìn)行勘察?？辈旖Y(jié)論如下：淤泥層通過(guò)處理后，頂部厚0.8 m～1.4 m淤泥已改良為可塑粘土，其標(biāo)貫擊數(shù)8擊～9擊；中部厚3 m～6 m淤泥改良為淤泥質(zhì)粘土，其孔隙比減少到1.436(根據(jù)緯三路詳勘報(bào)告，處理前為1.918)，含水量由處理前70.8%減少到53.4%，十字板強(qiáng)度處理前平均值為16.11 kPa，處理后為30.60 kPa；下部淤泥仍為淤泥，但孔隙比也減少到1.801，含水量由處理前70.8%減少到65.3%。十字板強(qiáng)度處理前平均值為16.11 kPa，處理后為26.52 kPa。緊鄰勘察孔的處理前后十字板強(qiáng)度比較如圖8所示。

2.5.4 填土性質(zhì)

填土處理后，勘察結(jié)論如下：

1)回填土以稍密狀態(tài)為主，局部有中密狀態(tài)。2)回填土的壓實(shí)系數(shù)λc范圍值在0.89～0.95之間，達(dá)到了相應(yīng)規(guī)范要求。3)填土從上到下孔隙比逐漸增大，壓實(shí)系數(shù)逐漸降低，含水量逐漸增高。

3 結(jié)語(yǔ)

主要試驗(yàn)結(jié)論如下：

1)緯三路試驗(yàn)區(qū)域淤泥土層的最大實(shí)測(cè)沉降超過(guò)1.4 m。緯三路試驗(yàn)區(qū)域淤泥土層在填土自重壓力作用下的固結(jié)度(實(shí)測(cè)沉降與計(jì)算沉降的比值)已達(dá)80%以上。

2)采用靜動(dòng)力排水固結(jié)法處理后，一部分淤泥變成了淤泥質(zhì)土，孔隙比減小，土體強(qiáng)度提高，整個(gè)淤泥的土體性質(zhì)得到了較大的改善。

3)采用低能量強(qiáng)夯，填土的性質(zhì)達(dá)到了路基土的設(shè)計(jì)要求。

綜上所述，利用現(xiàn)場(chǎng)細(xì)中砂水平向排水，設(shè)置塑料排水板豎向排水，與其上的填土共同構(gòu)成免費(fèi)加載系統(tǒng)和低費(fèi)用排水系統(tǒng)，采用靜動(dòng)力固結(jié)方法處理該工程場(chǎng)地淤泥土層是合理的、符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的選擇。這種方法使填土密實(shí)度達(dá)到有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，淤泥土層性能較大改善，工后沉降大幅度降低，達(dá)到了提高工程質(zhì)量，降低工程風(fēng)險(xiǎn)、降低工程投資的目標(biāo)。

[1] 李彰明.軟土地基加固的理論、設(shè)計(jì)與施工[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006.

[2] 黃金林，馬克俊.靜動(dòng)力排水固結(jié)法軟基處理技術(shù)[J].廣東水利水電,2007(2):66-69.

[3] JGJ 79—2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

Static and dynamic drainage consolidation of soft foundation treatment technology experimental research

Meng Qingling

(BaosteelEngineering&TechnologyGroupCo.,Ltd,Shanghai201900,China)

In order to eliminate the bad geological phenomenon of soft soil foundation of one project, adopting static and dynamic drainage consolidation method to treat soft soil foundation, to determine the applicability of this method, using latitude 3 road as test load, the test result shows: static and dynamic drainage consolidation method can reduce post-construction settlement of soft soil, improve strength of soft soil and betterment overlying fill, and the expenses are cheap, the cycle of constructing is short.

static and dynamic drainage consolidation method, soft soil foundation, settlement, test

2015-01-04

孟慶玲(1981- )，女，碩士，工程師

1009-6825(2015)08-0097-02

TU472

A