塑料排水板处理软基的固结沉降分析.pdf

�施工技术� 塑 料 排 水 板 处 理 软 基 的 固 结 沉 降 分 析 � � � ( 福州市闽水工程建设监理有限公司 福建 福州 35 0 0 0 1) �摘要� ����������������������������, ��������� ��������, �����������������������, ����������� �� � 关键词� �����; ��; ��; �� 中图分类号:T V 5 12文章标识码: B文章编号:10 0 9-0 0 88( 2 0 13) 0 2-0 124-0 2 0引言 我国沿海地区分布有大面积海相沉积软土， 主要为淤泥和 淤泥质土， 这些软土具有含水量高, 压缩性大, 渗透性差, 灵敏 度高, 强度低和厚度不均以及明显的流动性和触变性等特点� 在上部荷载作用下固结历时很长，可长达几年甚至几十年，并 且产生较大沉降或不均匀沉降�因此，对软基进行处理是非常 必要的， 其中， 排水固结法因其费用相对较低, 施工简便应用较 广�在排水固结法中， 塑料排水板是常用方法之一� 1固结沉降过程 软土地基上的工程面临两大问题， 即稳定性问题和固结沉 降问题�对于稳定性问题， 若综合考虑到地基土强度和控制好 荷载施加的速度， 一般不会出现较大问题�但对于固结沉降问 题，软土地基往往沉降量大，沉降历时长，是软土工程重点解决 的问题�软土由于其颗粒较小，含水量较高，渗透系数较低(渗 透系数一般位于 1. 0 � 10 -7 � 1. 0 � 10 -8cm / s数量级上) ， 在上 部荷载作用下， 其排水固结非常缓慢�塑料排水板是由芯体和 包围在外围的纤维滤水膜组成的复合体， 属于土工合成材料的 一种�当土体内打设塑料排水板后，形成竖向上的排水通道， 大大减少了排水路径，其最大排水路径为塑料排水板间距的一 半�在上部荷载作用下， 超孔隙水进入到排水板后， 沿着排水 板的竖向通道极易排出到地面的砂垫层中�随着超孔隙水的 排出， 土体孔隙比减小， 产生沉降， 且强度提高 ��建筑地基基 础处理技术规范� ( J GJ 7 9-2 0 0 2) 中给出了强度增长公式: �ft=�f0+���Utt an�cu ( 1) 式中� ft�t 时刻时软土的抗剪强度; � f0�软土的天然抗剪强度， 由野外十字板抗剪试验测 定; �� ��上部荷载引起的该点的附加应力; Ut�该点的固结度; �cu�三轴固结不排水压缩试验求得的土体内摩擦角� 塑料排水板处理的软基在上部荷载作用下随着时间的沉 降包括 3 个过程， 即瞬时沉降, 主固结沉降和次固结沉降， 即: s= sd+ sc+ ss( 2) 式中sd�软基的瞬时沉降; sc�主固结沉降; ss�次固结沉降� 瞬时沉降是由于荷载在施加后立即产生的沉降，主要有地 基土的弹性变形引起， 这时孔隙水还来不及排出�主固结沉降 是软土排水过程所引起的沉降， 占沉降的绝大部分， 其历时较 长�次固结沉降是在荷载持续作用下，土体发生蠕变引起的沉 降， 它与土体的性质有关， 如泥炭土, 有机质土或高塑性粘土， 其次固结沉降较大� 2固结沉降计算 2 .1 固结度计算 塑料排水板的横断面一般呈矩形， 所以， 在计算固结度时 需确定排水板的当量换算直径: dp= 2 ( b +�) � (3) 式中 dp�塑料排水板当量换算直径， mm ; b�塑料排水板宽度， m m; ��塑料排水板厚度， m m� 塑料排水板的平面间距可采用等边三角形或正方形排列， 相应地排水板等效间距分别为 1. 0 5 L 和 1. 13 L， L 为排水板间 距�排水板的布置范围一般比上部荷载外轮廓线向外扩大 2� 4m或更大� 塑料排水板处理软基的固结度计算可采用太沙基一维固 结理论和高木俊介法两种方法， 对于分级加载的工况， 加载时 间从加载历时的一半算起，太沙基一维固结理论分别计算竖向 固结度和径向固结度: U�= 1 - 8 � 2exp( - � 2 4 Tv)(4) Ur= 1 - 8 � 2ex p( - 8 F TH)( 5) 则平均固结度为: U = 1 - ( 1 -Ur) (1 -U�)( 6) 高木俊介法适合于一次加载和分级加载的工况， 该法也是 � 规范� 推荐的方法� � Ut= � n i=1 q1 ��p［ ( T i- Ti= 1) - � �e -�t ( e -�t- e-�Ti-1) ］ ( 7 ) �= 8 � 2 ( 8) 421内 蒙 古 水 利2 0 13 年第 2期( 总第 144期) �= 8Ch Fnde 2 + � 2C v 4H 2 ( 9) 限于篇幅，各符号意义详见�规范� � 2 . 2沉降计算 塑料排水板处理的软基其最终沉降量可根据分层总和法 计算: s= m s� n i=1 e1i- e2 i 1 +2li h1( 10 ) 式中 m s�沉降经验修正系数， 一般取1. 0 � 1. 3，荷载较大，地 基土较软时取大值，否则取小值; e1i�第 i层土体在自重应力下的孔隙比; e2i�第i层土体在自重应力和附加应力下的孔隙比; hi�第 i层土体的厚度� 沉降计算的深度一般至附加应力与自重应力比值为 10 % 时的深度作为受压土层的计算深度� 3工程实例分析 3.1工程概况 某城市环城快速道路工程为城市一级主干道， 为双向 6 车 道，设计时速为60km / h，路堤填土设计高度为2. 6 m �其中， 桩号 k2+2 45� k 3 +0 50 临近海域， 为软基地段， 沉积有深厚淤 泥软土层，典型地层为:�素填土，褐黄色，含有少量中砂，潮湿 �很湿，厚度为1. 2m ��淤泥，深灰色，含少许腐殖质，局部为 夹薄粉砂层， 软塑 � 流速， 厚度为 7 . 8 m��中砂， 灰色， 含少量 泥质和贝壳，饱和，松散�稍密，局部为中密，厚度为2.3 m，标 贯修正击数 N= 6 -12， 厚度变化不大��全风化花岗岩， 灰褐 色, 灰白色， 呈散体状， 石英粗颗粒含量约 30 % ， 稍湿， 极硬， 标 贯修正击数N= 32� 47 ，厚度为1. 10 � 5. 30 m �其中，淤泥的 主要物理力学性质指标， 见表 1� 表1场地淤泥的物理力学指标 指标 含水量 ( % ) 重度 ( kN /m3) 孔隙 比 液限 (% ) 塑限 (% ) 直剪试验 C( kPa)� ( � ) 压缩模量 ( MPa) 均值65.215.91. 748.230 .313.41.91.6 范围 54.2� 7 8.3 14.5� 16.3 1. 5� 2. 2 44.3 � 49.6 30 .2� 32 .1 8.4� 15.3 1.7 � 2 .4 1.3 � 2 .1 根据本工程特点和地质状况，分布有将近8 m的深厚软 土， 土质较差， 因此， 对软基进行排水固结法处理�目前， 排水 固结法常用的排水体有普通砂井, 袋装砂井和塑料排水板， 经 经济比较，砂井的单价费用比塑料排水板要高，同时，塑料排水 板施工简单， 最终确定采用塑料排水板进行处理�塑料排水板 选用SPB - C型，其厚度为4. 5 mm ，宽度为10 0 mm�纵向通水 量为40 cm 3 / s，干湿抗拉强度均大于1. 5 kN/ 10 cm ，延伸率小于 10 % �塑料排水板按正三角形布设， 间距为 1. 2 m， 穿透淤泥 层�具体施工方法为:清理地表与场地平整�打设塑料排水板 �铺设砂垫层( 厚度为 0 .8 m ) ， 然后填土堆载预压， 分三级填 土， 第一级填土0 . 5 m 高度， 加载时间为 1 d， 预压 15 d�第二 级填土1. 0 m高度，加载时间为3 d，预压30 d�第三级填土1. 1 m 高度， 加载时间为 3 d� 3. 2 计算分析 淤泥竖向和水平向固结系数均为 Cv= Ch= 1. 1 � 10 -3cm2/ s ， 竖向和水平向渗透系数均为 k v = kh= 2. 2� 10 -7 cm / s ， 沉降经 验修正系数m s取为1. 2�根据�规范�法计算不同时间时该软 基的固结度， 得到不同时间的固结度， 汇总， 见表 2�根据分层 总和法计算得到该软基在2. 6 m填土高度作用下最终沉降量 为36 cm� 3. 3 监测结果 利用地表沉降速率和沉降量随荷载, 时间的变化情况， 可 推算土体固结度和工后沉降�沉降观测采用沉降盘方法，以沉 降杆为观测点， 观测地基土压缩层的整体沉降量�监测施工期 间沉降量随时间的变化关系， 结果见图 1 所示�上部填土在 5 2 d内填设完毕，沉降量从荷载施加开始至7 5 d内时沉降速率较 大， 75 d 后沉降速率减缓� 3. 4 最终沉降量预测 最终沉降量采用指数模型进行推测， 该法是预测沉降应用 最广泛的一种方法之一， 其模型为: St= ( 1 - ae -bt ) S�(11) 式中St�t 时刻的沉降量， 由地基沉降实测数据得到; S��最终沉降量; a， b�参数; S�与 a， b 可由实测数据根据最小二乘法确定� 根据图1，采用指数模型预测最终沉降量为43 cm ，比计算 值大约 19% �基于沉降监测结果推算不同时间的固结度， 结果 汇总， 见表2�可以看出， 由 �规范� 法计算的固结度比由沉降 监测结果推断的偏大，并且随着固结时间的持续，这种差距越 来越小， 当固结12 0 d 时， 两者将近一致� 表2不同时间的固结度 时间( d) 30609012 0 固结度( % )规范法计算值 467 88392 沉降监测推算值2 3637 988 图1软基不同时间时的沉降量监测结果 4结束语 分析了塑料排水板处理软土路基的固结沉降过程与计算 方法， 固结度计算可采用太沙基一维固结理论或高木俊介法 ( �规范�法) ，最终沉降量可采用分层总和法;对某城市道路的 软基采用塑料排水板处理， 采用理论方法计算了不同时间的固 结度和最终沉降量，并与沉降监测结果进行对比，发现�高木 俊介法固结度计算值偏大，但随着固结时间的持续，这种差距 越来越小， 当固结12 0 d， 两者相差较小��上部填土在52d 内 填设完毕，沉降量从荷载施加开始至75 d内沉降速率较大， 75 d后沉降速率减缓�( 编校: 杨亚军) 收稿日期:20 13 - 0 2-25 作者简介: ���( 19 7 9- ) , ���, ��������� ���� 521塑料排水板处理软基的固结沉降分析阮方明