排水固结法在台州软土地基处理中的应用.pdf

2 0 1 0年第 5期 铁道建筑 Ra i l wa y En gi n e e r i ng 8 7 文章编 号 ： 1 0 0 3 — 1 9 9 5 ( 2 0 1 0 ) 0 5 — 0 0 8 7 - 0 3 排水 固结法在 台州软土地基处理 中的应 用 何 维 山， 柯 洪 ， 赵 永刚 ( 中国地质大学 工程学 院，武汉4 3 0 0 7 4 ) 摘 要 ： 结合 浙江 台州 华能 玉环 电厂 塑料排 水板 堆 载预压 施 工过程 ， 分 析 了加栽 期或 预压 期 孔 隙水压 力的 消散 呈现 的规律 ， 并推 算 了土体 的 最终 沉 降量和 固 结度 。对 处理 前后 地 基 土的 物 理 力 学指 标 和承 载 力 等进行 了分析对比。结果表 明， 受预压后地基土各项指标得 以改善 ， 承载力明显提 高。 关 键词 ： 塑料 排 水板 沉 降 孔 隙水压 力 固结度 承载 力 中图分 类号 ： T U 4 7 2 ． 3 3文 献标识 码 ： B 地基 处理 方法 有着 各 自的 特点 和作 用 机 理 ， 工 程 地 质条 件也 千变万 化 ，因此每 个工 程 对地 基 处理 的要 求 以及 所用方 法不 尽相 同 。排水 固结 法在 工程 实践 中 适 用于 处理饱 和 软弱土 层 ， 通过 回填 土 、 设 置 塑料排 水 管等措施， 使被加固土体 中的孔隙水排出， 有效应力增 加 ， 土中孔隙体积减小 ， 密实度加大 ， 土体强度得到提 高， 地基承载力也得到提高。 华 能玉环 电厂浅 层 土 均 为 软弱 土 层 ， 且 以淤 泥 为 主 ， 具有含水量高 、 孔隙 比大 、 高压缩性 、 抗剪强度低 、 承 载力小 ( 4 0～ 5 0 k P a ) 等特 性 ， 一般 厚 度 达 2 0～3 0 m 左右， 最厚可达 3 8 m。若在其上进行建筑和大面积 回 填 ， 地基土由于固结和剪切变形将产生很大沉降， 甚至 会引起地基土破坏。为了减少工后沉降 ， 对场地进行 了预处理 ， 采用 排水 固结 法 加快 软土 固结速 度 。 1 场地概况 厂区软土地层特征 ： ⑨层 ， 填土， 主要成分为碎石 ， 为电厂南侧高边坡开山的土石方 回填 ， 含较多黏性土 、 砂及砾石等 ； ①层 ， 黏土 ， 灰黄色 ， 可塑 ， 底部状态变为 软 塑状 ， 局部含 较 多碎 石 ， 含有 铁 锰 质 氧 化 物 ， 仅 局 部 分布； ②． 层 ， 淤泥 ， 青灰色 ， 流塑 ， 含有 机质及少 量粉 土或粉土团块及 少量贝壳碎屑 ， 层厚 1 ． 9 0～9 ． 5 0 m， 一 般为 7 ． 3 6／ ／ 1 ； ② 层 ， 淤泥 ， 灰色、 青灰色 ， 流塑 ， 含有 机质及少 量粉土或粉 土 团块 及少量 贝壳 碎屑 ， 层 厚 2 ． 0 0～l 3 ． 3 0 m， 一般 为 8 ． 4 9 m； ③ 层 ， 淤 泥 质 黏 土 ， 灰 色 ， 软塑 ， 含少 量有 机质 及 贝 壳碎 屑 ， 层 厚 0 ． 9 0～7 ． 0 0 m， 一般 为 3 ． 5 4 I n 。 收稿 日期 ： 2 0 0 9 ． 1 1 - 1 1 ； 修回 日期 ： 2 0 1 0 - 0 2 - 2 5 作者简介 ： 何 维山( 1 9 8 6 一 ) ， 男 ， 安徽肥西人 ， 硕士研究生。 华能玉环电厂地基处理工程历经 4 0 0余天 ， 目前 厂 区 回填 已结束 ， 根 据不 同建 筑物 的安 全等 级 、 原 始地 形 地貌 和工 程地 质 条件 的差 异 ， 塑料 排 水 板 的分 区布 置 见表 1 。 表 1 塑 料 排 水 板 分 区 布 置 一 览 表 工 程 场地 分 翅料排水板 区 本 区主要建筑 布 置 方h式 人土深度 间距 伸 ／m ／m 与 此 同时 ， 为控制 填 土速度 和检 验加 固效果 ， 布设 了一定数量的地面位移观测点 、 孔隙水压力计等对施 工进 行监 测 ， 检测 地基 处理 的效 果 。 2场地预处理效 果分 析 由于场 地 回填 厚 度 一 期 平 均 约 4 ． 0 m， 二 期 平 均 约 2 ． 5 m， 对地 基 土 的影 响 深度 不是 很 大 ， 深部 孔 隙水 压力的消散相当困难和缓慢 ， 因此本研究着重于研究 浅层地基土性状 ， 尤其是工程性质较差的②， 、 ② 和③ 软弱土层 ， 其平均厚度约为 2 O～ 3 0 m。 2 ． 1地基 土物 理力 学指 标对 比 为配合电厂前期建设各个 阶段的设计要求 ， 场地 在地 基预 处理 前后 ， 均 进 行 了勘 测 工作 。根据 各 阶段 勘探 土工试 验 成果 ， 对 地 基 土 的物 理 力 学性 质 指 标 进 行了对照( 见表 2 ) ， 具体分析如下所述 。 8 8 铁道建筑 表 2加固前后地基 土物理指标对 比 1 ) 场地 预处 理后 ， 地基 土 的物 理指 标 明显得 到 改 善 ， 表现 为含水量 减小 、 重 度增 大 、 孔 隙 比减小 ， 这 和地 基土受预压后 ， 孔隙水排 出、 有效应力增加、 土中孔隙 体积减小 、 密实度加大的原理吻合。 2 ) 从力学性质角度分析 ， 在预处理之后 ， 土体强 度显著提高， 其 中黏 聚力平均提高约 5 1 ． 2 ％， 摩擦角 平均提高约 2 8 ． 4 ％ ， 另外还表现为压缩系数减小 、 压 缩模量增大。 3 ) 数据同时还显示 ， 上部土层的加 固效果 明显好 于下部 ， 尤其表现在浅层 1 0 m 以内， 说 明塑料排水板 的影响效果是由上至下递减的。 4 ) 将 一期 和 二 期 场 地 预处 理 后 的土 性 指 标 进 行 综 合 比较 后 ， 不难 发 现二 期 场地 的加 固效 果 略好 于 一 期 ， 这 和二期 场地较 好 的工 程 地 质条 件 及施 工 质 量是 密切相 关 的。 2 ． 2 场 地监 测成 果 场地监 测 中能很好地 反 映地 基 土排 水 固结 效果 及 指导堆载施工的是地表沉降观测和孔隙水压力观测。 2 ． 2 ． 1 孔 隙 水 压 力 孔隙水 压力 的消散过 程对施 工具 有关键 的指导 意 义 。在加 载期 间 ， 超孔 隙水压力 不 断上升 ； 在 荷载停 歇 期 ， 超 孔 隙水压力 则 不 断 降低 。在 地基 浅 层 塑料 排 水 板加固区， 超孑 L 隙水压力消散的速度较快 ， 而在其下卧 区 ， 消散 比较缓 慢 ， 固结 速度 明显 比加 固区的要慢 。 实测的超孔隙水压力消散度随时间变化过程见 图 1 ， 其 中位 于一期 场地 的 是 K 1 4 、 K 2 2 ， 位 于二 期场 地 的 是 K1 5 、 K 2 6和 K1 7 。从 总 体 上看 ， 和 一期 场 地 比较 ， 二期场地超孔隙水压力消散情况较佳 ， 其 中 K 1 5 、 K 2 6 的平 均 消 散 度 均 >7 5 ％ ， 而 K 1 7位 于 预处 理 边 界 之 外， 其消散也相应较慢。 图 1 超孔 隙水 压 力 平 均 消 散 度 监测 曲线 2 ． 2 ． 2地表 沉降 土体的沉降随着孔隙水压力的消散而逐渐增加 ， 沉降是否稳定也是衡量 土体加 固效果的一个重要 因 素。本次监测在厂 区的不 同区域布置了沉降观测点 ， 选择其中有代表性的观测结果列于表 3中。从所列数 据计算得出 ， 一期场地平均地表沉降达 6 2 4 ． 7 m m， 而 二期场地平均地表沉降则为 5 1 1 ． 9 m m。 表 3场地地表沉 降观测结果 观 。 ， 位 兰 竺 填观 测 历 时 量 { 十 沉 观 测 日 期 测 点( 按 预 处 理 分 区 ) 厚 度 ／ m ／ d 降量／ m m 2 ． 3 承载力分析 根据一 、 二期场地的勘测资料， 可以比较直观得出 场地 预处理后 地基 土 的承 载 力 变化 情 况 ， 根据 各 种评 2 0 1 0年第 5期 排水 固结 法在 台州软土地基处理中的应用8 9 将 预处 理前 、 后地 基 土 承 载 力 的 变化 情 况 汇 总 于 表 5 ， 从中可知 ， 经过 4 0 0多天的场地预处理后 ， 地基 土承载力明显提高， 其中最为软弱的、 也是本次处理重 点的②， 、 ② 淤泥承载力分别提高 2 0 k P a和 1 0 k P a ， 增长 比例分别为 5 0 ％和 2 0 ％ ， 另外从增长 的比例来 看 ， 塑 料排水 板影 响 范 围 内 的浅 层 土 加 固效 果 相 对 更 为 明显 。 表 5 预 处理前、 后地基土承载 力 2 ． 4沉 降及 固结度 在堆载预压排水固结法处理软基的过程 中， 土体 固 结度的计算贯穿设计和施工的全过程。通过固结度的 计算 ， 一方面可以推算土体强度的增长， 确定相应 的加 载计 划和预压期 限 ； 另一 方面可 以反推软 基 的最 终沉 降 量和 预测沉降稳定 时间 ， 提 出工程具 体卸载 的时间。 根据实测的堆载一沉降 曲线 ， 当最后一级荷 载加 载后， 在沉降逐步稳定并收敛的曲线段选时间间隔相 等的三个沉降实测值 ， 可 以推算土体 的最终沉降量和 固结 参数 ， 再依 照分 级 加 载 的情 况 对 实 测 的 堆载 一沉 降曲线进行修正 ， 以此可推算 出土体 t 时刻 的固结度。 在多组数据综合分析的基础上 ， 可以对土体的最终沉 降量及固结度进行反推 ， 现将部分有代表性的监测分 析 结果 列 于 表 6 。从 表 6可 看 出 ， 两 种 不 同方 法 得 到 的平均固结度值 相差不大 ， 均为 8 0 ％左右 ， 说 明场地 预处 理 的效果 较好 。另 外 ， 从 细部 分析 ， 二期 场地 由于 综合条件较好 ， 其排水固结 的效果总体上 比一期场地 好， 其中位于二期场地腹部的 B 9 ， 其固结度优于位于场 地堆载边 缘 的 B 1 0 。一期 场 地 的 B 4 0位 于场 地外 围靠 近海岸的一侧并紧邻海堤 ， 该处压缩层厚度较大 ， 因此 其 固结速度 相对较慢 ； 而 B 1 7附近 即一期 Ⅳ区的局部 未 进行预处理 ， 因此该处土体 固结度较其它区域低。 表 6沉降观测结果分析 3结论与建议 1 ) 通过对勘探和观测资料的分析， 证明在这样深厚 软弱的淤泥地基上， 采用塑料排水板加固来处理地基 ， 场地最大沉降达1 4 2 8 ． 7 m m， 最小沉降为 9 4 。 6 m m， 固 结度平均在 8 0 ％左右 ， 达到了地基土加固的效果。 2 ) 孔隙水压力的观测表明， 在加载期或预压期孔 隙水 压力 的消 散有 明显 规律 ， 其变 化与 荷载是 相应 的 ， 并且随着荷载的逐级增加 ， 其消散的速率也越慢。孔 压的观测结果能反映地基土上层受荷及排水固结的实 际情况， 孔压反应灵敏 ， 可作施工控制指标之一 3 ) 位 于堆 载边缘 的地 带 ， 地 基 中 由堆 载 所造 成 的 附加压应力不及腹部地区大； 老海堤 附近 由于围堤 的 整体刚度大 ， 对压载的传导起了某种“ 卸荷” 作用 ， 减 少 了附加 固结压 力 。上述 均 是造成 预 处理效 果不 均 的 可 能因素 。 4 ) 对于结构性强 、 灵敏度高的软黏土或超软土 ， 在 施工 中必 须尽量减少对 土体 的扰 动 ， 另外 在潮 间带 区填 砂垫层 ， 要采取措施( 如设置排水滤管等) 避免浮泥覆盖 砂垫层 ， 否则都 会直接影 响地基土 的排 水 固结效果 。 参 考 文 献 [ 1 ] 焦长洲 ， 郑卫华 ， 高 波． 各 向异性 固结黏 土不排水 剪强度研 究[ J ] ． 铁道建筑 ， 2 0 0 8 ( 4 ) ： 4 7 — 5 0 ． [ 2 ] 孙树贤， 郑兆远， 王兵． 真空一堆载联合预压在公路软基处 理中的应用[ J ] ． 铁道 建筑 ， 2 0 0 7 ( 6 ) ： 5 5 — 5 7 ． ( 责任 审编 王天威)