湖相土砂井徑向排水室內(nèi)試驗?zāi)M分析

摘 要：本文以洞庭湖區(qū)湖相土為研究對象，開展了常規(guī)固結(jié)試驗與砂井模擬徑向排水固結(jié)試驗，對比分析不同排水條件下固結(jié)試驗的應(yīng)變變化與固結(jié)系數(shù)的差異，結(jié)果表明砂井法有利于加速洞庭湖區(qū)湖相土的主固結(jié)速率。

關(guān)鍵詞：湖相土；砂井法；徑向排水

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.210

0 引言

天然軟粘土排水固結(jié)慢，地基穩(wěn)定性差，是公路建設(shè)中遇到最多需要處理的特殊地基。近年來，軟土地基加固處理的新方法、新技術(shù)越來越多，堆載預(yù)壓法因其施工簡便、費用較低、加固效果較好，成為應(yīng)用最廣泛的軟基加固方法之一[1-3]。

對深厚軟粘土地基，堆載預(yù)壓處理時應(yīng)設(shè)置砂井、塑料排水帶等豎向排水體輔助施工，其中砂井法適用于水平夾砂或砂粉層的飽和軟土地基。洞庭湖區(qū)經(jīng)過長期緩慢水流，沉積下大量水平夾砂的湖相土，較適用砂井法排水。本文通過設(shè)計砂井模型試驗，對比洞庭湖區(qū)南益公路湖相土在不同排水條件下固結(jié)試驗結(jié)果，分析砂井法徑向排水條件下土體固結(jié)沉降的特點，為該地堆載預(yù)壓砂井法的選用提供理論依據(jù)。

1 試驗思路

堆載預(yù)壓處理中如何提高孔隙水排出速率，一直以來都是被關(guān)注的問題。根據(jù)太沙基一維固結(jié)理論，土的固結(jié)是孔隙水的排出，有效應(yīng)力增大的過程，固結(jié)度可采用表達(dá)式（1）計算，粘性土地基達(dá)到一定固結(jié)度所需時間，與最大排水距離的平方呈正比。當(dāng)排水路徑越小時，所需時間越短，為了加速固結(jié)，最有效的辦法就是減小排水距離，增加排水途徑。

綜上所述，探討土體的徑向固結(jié)系數(shù)對工程來說具有重大意義。目前得到徑向固結(jié)系數(shù)的方法有以下四類：一是通過室內(nèi)試驗采取橫向切樣法得到固結(jié)系數(shù)；二是通過豎向固結(jié)系數(shù)乘上經(jīng)驗值求得；三是在豎向固結(jié)系數(shù)測定的基礎(chǔ)上采用水平向固結(jié)的徑向多孔環(huán)，在環(huán)的內(nèi)壁與土樣之間貼上濾紙模擬徑向排水測得；四是通過普通環(huán)刀樣中心設(shè)置砂井模擬徑向排水狀態(tài)的Rowe法測得。顯然這四種方法中，經(jīng)驗法與橫向切樣法容易造成較大誤差，多孔環(huán)刀法需要專門的改裝儀器，因此推廣受限；Rowe法采用常規(guī)固結(jié)儀進行試驗，且能較好的模擬現(xiàn)場施工狀態(tài)，得到可靠的參數(shù)，目前使用較為廣泛[5]。

通過四種方法的比較，本文選用Rowe法測定洞庭湖區(qū)湖相土（南益高速）徑向固結(jié)系數(shù)，具體處理方法包括：用金屬麻花鉆使土樣中心預(yù)留砂井尺寸空隙，空隙中放入干凈無泥適量細(xì)砂，將土樣用塑料薄膜包裹，僅砂井兩端留開口，保證在固結(jié)過程中既可以阻斷試樣中的孔隙水從豎向排出，又可使其徑向滲流到砂井，從砂井排出。

通常普通砂井直徑為30～50cm，井徑比n=6～8；袋裝砂井的直徑為70mm～120mm，井徑比n=15～22[6]?？紤]到本文試驗土樣直徑較小，設(shè)置砂井后加壓過程中不會出現(xiàn)類似工程“斷樁”等情況，因此近似按袋裝砂井取值。試驗采用土樣尺寸為?=61.8mm，H=20mm，砂井直徑設(shè)置為3mm，以土樣直徑為有效排水直徑，砂井直徑為豎向排水體直徑，則模擬井徑比為n=20.6，砂井設(shè)置如圖1所示。

2 試驗結(jié)果分析

將四組普通土樣與四組設(shè)置砂井的土樣分別在GDS高級固結(jié)系統(tǒng)上進行分級加載固結(jié)試驗，其中分級加載壓力設(shè)置為25kPa、50kPa、100kPa、200kPa、400kPa、800kPa、1600kPa，每級荷載的加載時間為24h，試驗結(jié)果如圖2、圖3所示。

如圖2所示，應(yīng)變隨著應(yīng)力的增長，不同排水方式下土樣均表現(xiàn)出壓硬性；對比徑向與豎向排水方式下應(yīng)變-應(yīng)力曲線，土體在每級荷載下最終應(yīng)變差異較小，說明土體的沉降量主要取決于土體結(jié)構(gòu)，與排水方式聯(lián)系不大。

如圖3所示，試驗結(jié)果表明豎向排水的固結(jié)系數(shù)范圍為6.6×10-4

～1.2×10-3，徑向排水的固結(jié)系數(shù)范1.27×10-3～2.65×10-3，通過徑向與

豎向排水方式下固結(jié)系數(shù)-應(yīng)力曲線對比分析，徑向固結(jié)系數(shù)約為豎向固結(jié)系數(shù)的2倍，孔隙水的徑向滲流速度明顯快于孔隙水的豎向滲流速度。洞庭湖區(qū)湖相土具有典型的千層糕狀，即粘土層中夾雜著細(xì)砂層，豎向排水過程中，受到粘性土層影響，土體的固結(jié)系數(shù)較小，設(shè)置砂井后不僅增加了額外滲流路徑，且充分利用了水平夾砂層的優(yōu)點，大大提高了排水速度。

3 結(jié)論

綜上所述，洞庭湖區(qū)湖相土堆載預(yù)壓施工過程中，設(shè)置砂井雖不能明顯減小總沉降量，但可以通過加快土體的主固結(jié)速率縮短施工工期，根據(jù)實際工程壓縮沉降的要求，可以直接應(yīng)用或輔助其他處理方法應(yīng)用。

參考文獻：

[1]周婕.高速公路施工中的軟土地基處理技術(shù)[J].工程建設(shè)與設(shè)計，

2017（17）：184-186.

[2]崔伯華.袋裝砂井加固處理珠江三角洲某高速公路軟基效果分析[J].水利水運科學(xué)研究，1999（01）：59-66.

[3]高峰，王朱亮.軟粘土地基砂井排水固結(jié)沉降研究[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2008（01）：147-148.

[4]崔伯華.袋裝砂井加固處理珠江三角洲某高速公路軟基效果分析[J].水利水運科學(xué)研究，1999（01）：59-66.

[5]崔軍.徑向固結(jié)系數(shù)試驗方法淺談[J].山西建筑，2008（17）：122-123.

[6]敖長榮.堆載預(yù)壓法（袋裝砂井排水）在軟土地基加固工程的應(yīng)用[J].廣東建材，2006（02）：73-74.

基金項目：湖南科技大學(xué)研究生科研創(chuàng)新項目（CX2016B564）

作者簡介：肖蘭（1992-），女，湖南漣源人，碩士研究生在讀，研究方向：巖土工程。