動力排水固結法在港口工程中的應用

吳加武

摘 要：結合粵東某港口工程動力排水固結法的工程實踐，依據現場監(jiān)測數據及檢測數據，綜合分析了該新型工法的作用機理、設計原則、變形特征、孔壓變化規(guī)律及加固效果等，為類似工程提供借鑒。

關鍵詞：動力排水固結法 港口工程 變形特征 加固效果

1.引言

動力排水固結法是在傳統的強夯法和堆載預壓法的基礎上發(fā)展起來的一種新型軟土地基處理新技術，具有投資低、工期短的特點。該工法已有十余年工程實踐，但其作用機理、變形規(guī)律較為復雜，限制了其推廣應用。本文依托粵東某港口工程動力排水固結法的工程實踐，以現場監(jiān)測及檢測數據為依據，綜合分析該工法的作用機理、設計理念、變形特征及加固效果，為類似工程提供借鑒。

2. 動力排水固結法的作用機理

通過設置水平和豎向排水體系，改善軟土層的排水條件，軟土層在適量的靜力、變化的動力荷載及其后效力的超載作用下，形成高壓力梯度的超孔隙水壓。在人工排水系統及動載下產生的裂縫排水系統中，多次發(fā)生孔隙壓力的增長和消散，孔隙水不斷排出，孔隙體積逐漸減小，有效應力增加，土體抗剪強度不斷增長，孔隙比逐漸減小，土體發(fā)生沉降變形，工后沉降大大降低，地基土成為超固結土，從而達到軟基加固目的。

3.工程概況

粵東地區(qū)某港口工程，后方陸域寬度351m，縱深約530m，用地面積約17.67萬m2，一期工程陸域地基處理面積為10.72萬m2，建設道路、堆場以及建筑物配套設施，陸域使用高程為+5.45m。

4.地質條件

擬建場地主要由近代人工填土層、第四紀全新統海積層、沖洪積層和第四系殘積層以及燕山期侵入的輝長巖組成。人工填土層主要為塊石、素填土、砂，回填時間大于10年，基本完成自重固結。淤泥層在場地內普遍分布，揭露厚度基本在10m以內，呈飽和，流塑狀，主要由粉、粘粒組成，局部含較多石英砂粒及少量有機質，高壓縮性，強度低。下臥層為粉質黏土、砂、巖層。

5.動力排水固結法試驗區(qū)

本工程采用動力排水固結法進行地基加固處理，選擇典型區(qū)域作為試驗區(qū)，以檢驗設計參數和處理效果。試驗區(qū)位于港區(qū)主干道，尺寸26m×26m。

設計方案簡述：鋪設中粗砂墊層，厚度不小于80cm，插設塑料排水板，間距1.2mx1.2m?；靥铋_山土至標高+5.25m（為避免軟土破壞，先靜載2個月，并及時補填維持標高+5.25m），預計點夯開始前夯擊墊層總厚度約為2.9m。采用4遍點夯1遍普夯，點夯擊數暫定為每遍每點3～5擊，夯擊能第一遍1200kN.m，第二遍1800kN.m，第三遍2500kN. m，第四遍3000kN.m，普夯夯擊能1000kN.m。每遍點夯之間間歇時間（根據超靜孔隙水壓力的消散80%以上的時間確定）暫按7天考慮。夯點為正方形布置，每遍夯點的間距初定為5.0m，后一遍夯點的位置為前一遍四個夯點的中間位置。試夯施工過程中，根據監(jiān)測數據，再進一步調整夯擊參數。

點夯夯錘選用圓形扁平錘，夯錘底直徑2.5m～3.0m，錘重 12～18t。

點夯收錘標準：①最后一遍點夯的最后兩擊平均夯沉量不大于150mm；②夯坑周圍地面不應發(fā)生過大的隆起；③不因夯坑過深而發(fā)生起錘困難。

夯擊數確定原則：①當第N次夯擊時，孔壓增量突然減小或趨近于零，取該遍每點擊數為N；②第N擊夯點周圍土體明顯隆起或夯坑附近地面產生明顯振動且振動持續(xù)時間較長時，應停止夯擊，取擊數為N-1；③后兩擊的夯沉量大于該擊（記為第N擊）的夯沉量，取該遍每點擊數為N。

6.施工監(jiān)測數據

6.1水位

由圖3可知，地下水位在每一遍點夯期間水位均有上升，每一遍點夯之后的間歇期，水位均有不同程度的下降，最后趨于穩(wěn)定。這是由于夯擊使土體壓縮，孔隙水排出，且有部分弱結合水轉變?yōu)樽杂伤畬е碌摹?/p>

6.2分層沉降

在試驗區(qū)中心埋設分層沉降觀測孔，動力排水固結法施工期沉降磁環(huán)累計沉降量為519mm，沉降趨勢自上而下逐漸遞減，主要沉降量發(fā)生在起夯面以下10m深度以內。

6.3孔隙壓力計

在試驗區(qū)埋設孔隙水壓力觀測孔，觀測結果如圖4。

由監(jiān)測數據可知，孔隙水壓力值在每遍點夯期間均表現為增長，在每遍點夯間歇期，孔隙水壓力值都表現為逐漸消散。點夯對起夯面深度10m以內影響較大，點夯引起的孔壓增量位于20～60kPa之間。第二遍點夯由于天氣原因間斷進行，未出現孔壓驟升的現象，這說明超靜孔壓的形成是多點連續(xù)點夯的疊加效應。普夯引起的超靜孔壓幅度相對較小，與最后一遍點夯也應有一定的間歇期。

7.質量檢測數據

（1）土工試驗指標

由表3可知，經處理后淤泥層含水率和孔隙比均有明顯下降。處理后土體凝聚力略微下降，內摩擦角略微增加。說明經過地基處理后土層性質有所改善。

（2）靜力觸探

普夯結束28天后進行2個靜力觸探檢測孔，為便于跟夯前做比較，在試驗區(qū)外未進行處理的區(qū)域增加一個靜力觸探檢測孔，檢測結果如圖5、圖6、圖7。

工前、工后靜力觸探結果表明，淤泥層土層錐尖阻力比工前明顯增加，動力排水固結法效果比較明顯。但呈現出較明顯的不均勻性，上部土層加固效果更為顯著。

（3）沉降量分析

試驗區(qū)軟土厚度約10m，靜載過程沉降量約60～70cm，動力排水固結法施工過程沉降量約52cm，整個軟基處理施工期總沉降量約120cm，沉降量約為軟土厚度的12%，符合經驗值范圍。

8.結論

（1）動力排水固結法應遵循“少擊多遍，逐漸加能”的原則。先處理淺層軟土形成施壓層，再處理深層軟土，擊數不宜過多，以不破壞軟土結構為原則；

（2）動力排水固結法應增強信息化施工的觀念，擊數及夯擊能應根據現場監(jiān)測數據進行調整；

（3）動力排水固結法有效加固深度可達到10m，但有明顯的不均勻性，上部土層加固效果更為顯著；

（4）超靜孔壓的形成是多點連續(xù)點夯的疊加效應。點夯期間，孔隙水壓力升高，間歇期逐漸消散，兩遍點夯間歇時間7天較為合適。普夯與最后一遍點夯應有間歇期；

（5）點夯引起的超靜孔壓增量處于20～60kPa之間時，處理效果較好。

參考文獻：

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