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第 1 0卷第 3期 2 0 1 3年 6月 铁道科学与工程学报 J 0URNAL OF RAI L W AY SCI E NCE AND E NGI NEERI NG V0l_ 1 0 NO 3 J u n e 2 0 1 3 塑料排水板堆载预压法处理软基的固结效果 邓礼久 ， 金亮星 ， 罗嘉金 ( 1 中铁海西投资发展有限公司， 福建 莆田 3 5 1 1 5 2 ； 2 中南大学 土木工程学院， 湖南 长沙4 1 0 0 7 5 ) 摘要： 结合某填海造地道路地基处理工程实例， 探讨塑料排水板堆栽预压法的加固机理； 基于现场软基沉降监测实测数 据， 采用双曲线法对加固后的软土地基沉降进行预测， 并分析地基的最终沉降量及 固结度。研究结果表明： 塑料排水板堆 载预压法在软基处理中的加固效果较好， 堆载预压结束后， 软基固结度可达到 8 0 9 5 ， 满足设计要求。 关键词： 软基处理 ； 塑料排水板； 堆载预压； 沉降预测； 固结度 中图分类号： T U 4 7 1 8 文献标志码 ： A 文章编号： 1 6 7 2 7 0 2 9 ( 2 0 1 3 ) 0 3 0 0 6 80 5 Co n s o l i d a t i o n e ff e c t o f r e i n f o r c i n g s o f t s o i l f o u n d a t i o n b y p r e l o a d i n g a c c u mu l a t i n g l o a d me t h o d wi t h p l a s t i c d r a i n a g e p l a t e D E N G L i j i u ， J I N L i a n g x i n g ， L U O J i a j i n ( 1 C h i n a R a i l w a y C h a n n e l We s t I n v e s t m e n t D e v e l o p m e n t C o L t d ， P u t i a n 3 5 1 1 5 2 C h i n a ； 2 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， C e n t r a l S o u t h U n i v e r s i t y ， C h ang s h a 4 1 0 0 7 5 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：C o mb i n e d w i t h a r o a du n d a t i o n t r e a t me n t e n g i n e e ri n g e x a mp l e f o r l a n d r e c l a ma t i o n ，t h e r e i n f o r c e me n t me c h a n i s m o f p r e l o a di n g a c c u mu l a t i n g l o a d me t h o d wi t h p l a s t i c d r a i n a g e p l a t e wa s d i s c u s s e dBa s e d o n t h e me a s u r e d d a t a o f s o ft f o u n d a t i o n s e t t l e me n t mo n i t o rin g ，t h e h y p e r b o r i c me t h o d w a s u s e d t o p r e d i c t t h e s e t t l e me n t o f r e i n f o r c i n g s o f e s o i l f o u n d a t i o n， a n d t h e fi n a l s e t t l e me n t a n d c o n s o l i d a t i o n d e g r e e o f t h e f o u n d a t i o n w e r e s t u d i e dTh e r e s u l t s s h o w t ha t c o n s o l i d a t i o n e f f e c t o f r e i nfo r c i n g s o ft s o i l f o u n da t i o n b y pr e l o a di n g a c c umu l a t i n g l o a d me t h o d wi t h p l a s t i c d r a i n a g e p l a t e i s g o o d a n d t h e s o ft f o u n d a t i o n c o n s o l i d a t i o n d e g r e e c a n r e a c h 8 0 9 5 a f - t e r p r e l o a d i n g whi c h c a n me e t t h e r e q u i r e me nt s o f de s i g n Ke y wo r d s：s o ft f o u n d a t i o n t r e a t me n t ； p l a s t i c d r a i n a g e p l a t e； p r e l o a d i n g； s e t t l e me n t p r e d i c t i o n； c o n s o l i d a t i o n d e g r e e 软土在我国沿海地区分布较广 ， 其具有天然强 度低、 压缩眭高、 透水眭差、 固结沉降时间长等特点， 在未经过处理的情况下地基承载力和沉降一般均不 能满足设计和相关规范要求。目前在软基处理工程 中比较常见 的方法有很多种 ， 如置换法 、 挤密砂桩 法、 真空预压法 、 塑料排水板堆载预压法等。塑料排 水板堆载预压法通过在软土地基 中打设塑料排水板 形成竖向排水通道 ， 在塑料排水板顶部铺设一层砂 垫层作为水平排水通道， 在砂垫层上部加载以增加 土体附加应力， 使土体孔隙水不断排出， 达到加速软 基固结沉降的效果 J 。本文结合某填海造地道路 地基处理工程实例 ， 探讨塑料排水板堆载预压法 的 加固机理； 基于现场软基沉降监测实测数据， 采用双 曲线法对加固后 的软土地基沉降进行预测 ； 通过分 析地基的最终沉降量及 固结度 ， 对塑料排水板堆载 预压法处理软基的固结效果进行研究。 1 塑料排水板堆载预压法加固机理 塑料排水板联合堆载预压加固软土地基的原 理是排水固结法 ， 排水 固结法由排水系统和加压系 收稿 日期 ： 2 0 1 21 00 9 作者简介： 邓礼久( 1 9 7 1 一) ， 男， 安徽芜湖人， 工程师， 从事土本工程施工与项 目 管理工作 通讯作者： 金亮星( 1 9 6 8 一) ， 男， 江西南昌人， 副教授， 从事岩土工程、 道路与铁道工程教学和研究工作 第 3期 邓礼久 ， 等： 塑料排水板堆载预压法处理软基的固结效果 6 9 统两部分共同组成。设置排水系统主要在于改善 地基原有的排水边界条件 ， 增加土层的排水途径 ， 缩短排水距离 ， 它由竖向排水通道和水平 向排水垫 层构成 。加压系统是在软土地基上填土堆载 ， 增加 土体中的附加应力 ， 使土中的孔隙水 因产生压差而 渗流固结。排水系统是一 种手段 ， 如没有加压 系 统 ， 孔隙中的水没有压力差 ， 不会 自然排 出， 地基也 就得不到加 固。如果只施加固结压力 ， 不缩短土层 的排水距离， 也不能加速软土地基的固结沉降。根 据固结理论， 土的固结过程就是超静孔隙水压力消 散和有效应力增长的过程 。施加在软基上 的外荷 载开始全部由孔隙水压力承担， 有效应力不变； 在 土体内和边界上孔隙水压力差 的作用下 ， 孔隙水 向 排水边界渗流， 随着时间的推移， 孔隙水压力全部 转换为有效应力。孔隙水沿着排水通道从土体内 不断排出， 同时土体有效应力不断增加， 土体产生 压缩， 孔隙比逐渐减小。因此， 土体固结程度的快 慢取决于孔隙水排出土体的速度， 即孔隙水压力消 散的速度。 塑料排水板堆载预压法通过预先在软基 中施 打塑料排水板 ， 增加垂直排水通道 ， 然后在软基上 填土堆载 ， 增加土体 中的附加应力 ， 对被加 固的软 基进行预压。一方面利用塑料排水板缩短土体排 水距离， 另一方面利用填土堆载荷载使土体内部产 生孔隙水压力差。只要土体内有孔隙水压力差的 存在 ， 孑 L 隙水就会从孔隙水压力高的一侧向孔隙水 压力低的一侧进行渗流， 加速地基的固结与沉降， 以达 到 提 高 地 基 承 载 力、 保 证 地 基 稳 定 的 目 的 。塑料排水板堆载预压法进行道路软基处 理的横断面示意图见 图 1 。 图 1 道路软基 处理 的横 断面示意图 F i g 1 T h e c r o s s s e c t i o n a l s c h e ma t i c d i a g r a m o f s o f t r o a d f o u n d a t i o n t r e a t me n t 2 工程概况 某填海造地道路地基处理工程位于福建省莆田 市忠门半岛东南湄洲湾畔 ， 根据工程地质勘察资料 ， 场地范围内地表均被第 四系土层覆盖， 未见基岩露 头， 其主要土层特征自上而下分别为： ( 含贝壳) 淤 泥质粉土： 灰黑色 ， 流塑， 含少量有机质 ， 厚度 1 6 0 6 5 0 m； 粉质黏土： 灰黄色， 可塑一硬塑， 厚度0 7 0 1 6 5 0 m ； 淤泥质粉质黏土： 灰色、 深灰色， 软 塑一流塑， 厚度 1 7 0 5 6 0 m； ( 含泥) 中砂： 灰黄 色 ， 稍密一 中密 ， 饱和， 厚度 0 4 01 0 1 0 m。 该工程中采用塑料排水板堆载预压法对共计 8条道路地基进行 了加 固处理 。其软基处理方案 为： 场地标高吹填到0 m 一插打塑料排水板一场地 标高吹填到 2 8 m 一强夯一填筑道路路基材料到 道路控规标高一预压 ( 采用建筑区砂料 ) 一卸载整 平 。排水板为正方形布置 ， 间距 为 1 1 m， 采用 B 型排水板 ， 排水板打穿淤泥质粉土层 。施工期间 ， 布置了9 0个沉降观测点进行了近两年的沉降监 测， 监测频率为： 填筑期 1 次 2 d ； 预压期 1 次 5 d ， 获得了大量的沉降观测数据。 3 监测成果及固结效果分析 3 1 监测成果分析 本文选取某路段为研究对象， 该路段长 3 0 0 米， 共埋设有沉降观测点 3 个 ， 分别为X L K 2+ 2 0 0 ， X L K 2+ 3 0 0和 X L K 2+5 0 0 。道路地基处理采用 塑 料排水板堆载预压法 ， 塑料排水板打设至淤泥质粉 土层 1 m以下 ， 且采取强夯方式加 固新的填砂层 。 本路段的沉降数据 经过长时 间的观测 ， 准确度 较 高， 在整个区域中具有较好的代表性， 其填土高度 一 沉降量 一时间曲线见图 2 4 。 g l o o 鑫 o 惺 o 鲻 5 O 1 o 0 1 5 0 2 0 0 塑 2 5 0 3 o 0 3 5 0 4 o 0 5移 d 5移 6 ? 图2 X L K 2+ 2 0 0填土高度 一沉降量 一时间曲线 Fi g 2 F i l l i n g h e i g h t s e t t l e me n t t i me e u l- v e o f XL K2 + 2 00 第 3 期 邓礼久， 等： 塑料排水板堆载预压法处理软基的固结效果 7 1 式中： t 。 为全部填土完成时的时间； s 。 为全部填土 完成时的沉降量， 即对应于 t=t 。 时刻的沉降量； s 为最终沉降量 ； A s 为工后沉降量。 0和 b 均为待 定参数， 根据实测数据及双曲线法相关模型， 进行 曲线方程拟 合确定。X L K 2+2 0 0 ， X L K 2+3 0 0和 X L K 2+ 5 0 0这 3 个断面的参数 口和 b 拟合计算见 图6 8 ； 最终沉降量及工后沉降量见表2 。 1 0 o 0 8 O 06 0 0 1 04 0 O 2 0 O O 2 O 4 0 6 O 8 O l 0 0 1 2 0 1 4 0 1 6 0 t - -t o 图 6 X I X2+ 2 0 0的a和 b系数计算图 F i g 6 Ca l c u l a t i o n c h a r t o f c o e ffi c i e n t n a n d b o f XL K2 + 2 o 0 1 2 O l 。0 o 0 8 O 06 0 1 0 0 4 o O 2 O O l 0 0 t -t 0 表 2 双曲线法沉降推算结果 Ta b l e 2 S e t t l e me n t p r e d i c t i o n r e s u l t s b y h y p e r b o l i c me t h o d 测点 系 数n 系数 b R s m m A s m m 3 3 固结度计算及加 固效果分析 根据有效应力原理 ， 土的变形和强度只随有效 应力而变化， 对于一维竖向渗透固结， 根据定义式： ， ， t 时刻超孔隙水压力分布面积 一 起始时刻超孔隙水压力分布面积 土层的平均 固结度又可定义为 = ( 5 ) 式中： 为土层 时刻 的平均固结度 ， s 为 t 时间地 基累计沉降量， s 为地基最终沉降量。 从式( 5 ) 知 ： t 时刻地基 的固结度可以表示为 t 时刻实测地基累计沉降量与双曲线法推算得出的 地基最终沉降量的比值。经过计算分析， 各断面在 t 时刻的累计沉降量 (t 分别取预压 5 0 d 、 预压 1 0 0 d 及卸载时间) 与最终沉降量结果见表 3 ， 固结度 计算结果见表 4所示 ， 各断面 t 时刻 固结度柱形 图 如图9所示 。 表 3 t 时间各测点累计沉降值与最终沉降量 Ta b l e 3 T t i me a c c l 】 mu l a t e d s e d i me n t a t i o n v a l u e a n d t h e fi n a l s e t t l e me n t o f e a c h o b s e r v a t i o n p o i n t mm 备注： s 5 o 表示预压5 0 d累计沉降； s 1 0 0 表示预压 1 0 0 d累计沉 图 7 X L K 2+ 3 0 0的。和 b系数计算图 降； s 表示卸载时累计沉降， s 表示双曲线法预测的最终沉降。 Hg 7 C a l c u l a t i o n c h a r t o f c o e ff i c i e n t口 a n d b o f XL K 2 + 3 0 0 1 2 O 1 o 0 0 8 O 06 o 1 0 0 40 0 2 0 O l 0 0 卜 图 8 X L K 2+ 5 0 0的。和 b系数计算图 Hg 8 C alc ula t i o n c h a r t o f c o e ffic i e n t 1 7, a n d b o f XL K2 + 5 0 0 表4固结度计算 T a b l e 4 C o mp u t a t i o n o f c o n s o l i d a t i o n d e g r e e 备注 ： U 5 0表示预压 5 0 d的固结度 ； U1o 0表示预压 1 0 0 d的固 结度 ； 表示 卸载时的固结度 。 从表 6 、 图9可以看出： 在预压初期， 软基固结 度的增长速度较快 ， 随着时间延长 ， 固结度的增长 速度逐渐减慢， 趋于平缓； 软基在堆载预压 5 0 d 后 ， 测点 X L K 2+2 0 0的 固结 度达 到 7 8 ， 测点 X L K 2+3 0 0的固结度达到 7 7 ， 测点 X L K 2+5 0 0 的固结度达到 6 4 ， 说明在本工程实例 中经过塑 7 2 铁 道 科 学 与 工 程 学 报 2 0 1 3年6月 越 好 国 _ 堆载预压5 0 d 固结度 X l k 2 + 2 0 0 x l k 2 +3 0 0 xl k 2 + 5 0 0 测点 图 9 各断 面固结度柱形 图 F i g 9 Ba r c h a r t s o f c o n s o l i d a t i o n d e g r e e o f e a c h s e c t i o n t 料排水板堆载预压法处理后的软基 固结速度较快 ； 在堆载预压 5 0 d左右 固结度基本 可达到 6 0 一 7 5 ， 大大缩短了软基固结时间。堆载预压结束， 固结度基本可达到 8 0 9 5 。分析 结果表 明： 排水板堆载预压能够较好的消散孔隙水压力， 加速 地基土的固结， 从而使土体的有效应力增大， 土体 强度得到逐步增大。 4 结论 ( 1 ) 塑料排水板堆载预压法处理 的软基 固结 度可通过计算实测的累计沉降与双曲线法推算 出 的最终沉降的比值得出。 ( 2 ) 在 塑料排水板 打设后 ， 堆载预压 开始前 ， 沉降曲线较为平缓， 堆载预压开始后， 沉降曲线明 显变陡 ， 说明在软基中施打塑料排水板只是增加土 体的竖向排水通道， 如果不配合堆载， 土体总应力 不变 ， 从本质上达不到加速软基固结的 目的， 所以 ， 排水系统与加压系统缺一不可。 ( 3 ) 在堆载预压初期 ， 软基固结度 的增长速度 较快 ， 在堆载预压 5 0 d左右 ， 软基 固结度基本可达 到 5 0 一 7 5 ； 随着时间延长， 固结度 的增长速度 逐渐减慢 ， 趋于平缓。 ( 4 ) 塑料排水板堆 载预压法在填海造地软基 处理工程中， 对于加速软土的固结、 缩短工期、 提高 地基承载力 、 减少工后沉 降效果 明显 ， 堆载预压结 束， 软基固结度可达到 8 0 9 5 ， 满足设计要 求 。 参考文献 ： 1 罗彦峰 塑料板排水法处理软土地基分析研究 D 长 春： 吉林大学， 2 0 0 5 L UO Ya n f e n g S t u d y o n t h e p l a s t i c s d r a i n b o a r d me t h o d h a n d l i n g s o f t s o i l s u b g r a d e D H a n g z h o u ： J i l i n U n i - v e r s i t y， 2 0 0 5 2 王强 塑料板排水预压法加固软基机理及沉降计算方 法研究 D 南京： 河海大学， 2 0 0 4 WA N G Q i a n g S t u d y o n t h e me c h a n i s m a n d s e t t l e m e n t c o mp u t a t i o n me t h o d o f p r e f a b r i e a t e d d r a i n p r e l o a d i n g D N a n j i n g ： H o h a i U n i v e r s i t y ， 2 0 0 4 3 黎玉， 王齐仁， 塑料排水板堆载预压法软基加固监测分 析 J 福建建筑 ， 2 0 1 0， 1 4 7 ( 9 ) ： 8 08 2 L I Y u ， WA N G Q i r e n E v a l u a t i o n o n mo n i t o ri n g d a t a o f r e i n f o r c i n g s o ft c l a y u n d a t i o n b y p r e l o a d i n g a c c u mu l a t i n g l o a d me t h o d w i t h p l a s t i c d r a i n p l a t e J F u j i a n A r c h i t e c t are C o n s t r u c t i o n ， 2 0 1 0 ， 1 4 7 ( 9 ) ： 8 O一 8 2 4 单炜， 王平，张爱民 应用塑料排水板加固软土地基效 果的理论分析 J 东 北 林 业 大 学 学 报， 2 0 0 2 ， 3 0 ( 6 ) ： 6 56 8 S HA N W e i ，W ANG P i n g ，Z HANG Ai mi n T h e o r e t i c al a - n a l y s i s o f t h e r e s u l t u s i n g p l ast i c d r a i n b o a r d s t o c o n s o l i - d a t e s o f t s o i l u n d a t i o n J 1 J o u r n al o f N o r t h e a s t F o r e s t r y U n i v e r s i t y ， 2 0 0 2 ， 3 0 ( 6 ) ： 6 5 6 8 5 赵明华， 杨明辉 ， 刘煜， 等 软土路基固结沉降机理及其 预测方法研究 J 铁道科学与工程学报 ， 2 0 0 5 ， 2 ( 4 ) ： l 62 0 Z HAO Mi n g h u a， Y ANG Mi n h u i ， L I U Y u， e t a1S o f t s o i l s u b g r a d e c o n s o l i d a t i o n s e t tl e me n t me c h a n i s m and f o r e c ast m e t h o d r e s e arc h J J o u rnal o f R a i l w a y S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g ， 2 0 0 5 ， 2( 4 ) ： 1 62 0 6 胡振南 双曲线法在路基沉降预测中的应用研究 J 公路工程， 2 0 1 1 ， 3 6 ( 3 ) ：1 4 51 4 8 HU Z h e n n a n Hy p e r b o l i c me t h o d i n t h e a p p l i c a t i o n o f e m b a n k me n t s e t t l e m e n t p r e d i c t i o n r e s e a r c h J H i g h w a y e n g i n e e ri n g ， 2 0 1 1 ， 3 6 ( 3 ) ： 1 4 5 1 4 8 7 李镜培， 何长根 地基沉降的预测方法 J 上海公路， 2 0 0 1 ( 3 ) ： 2 6 L I J i n g p e i ，HE Ch ang g e n F o u n d a t i o n s e t t l e me n t f o r e c a s t me t h o d J S h a n g h a i H i g h w a y ， 2 0 0 1( 3 )： 2 6 8 潘林有 ， 谢新宇 用曲线拟合的方法预测软土地基沉降 J 岩土力学， 2 0 0 4 ， 2 5 ( 7 ) ： 1 0 5 31 0 5 8 P AN Li ny o u，XI E Xi n y uW i t h c u r v e f i t t i ng me t ho d f o r e - c a s t s o f t s o i l u n d a t i o n s e t t l e m e n t J G e o t e e h n i c al m e c h a n i c s ， 2 0 0 4 ， 2 5( 7 )：1 0 5 31 0 5 8 9 甘友文， 王志亮， 郑华 地基沉降预测中的双曲线模型 修正 J 水文地质工程地质， 2 0 0 4 ， 3 1 ( 1 ) ： 9 81 0 0 G AN Yo u we n，W ANG Z h i l i a n g ，Z HENG Hu a F o u n d a t i o n s e t t l e me n t p r e d i c t i o n o f t h e h y p e r b o l i c mo d e l C O IT e C - t i o n J H y d r o g e o l o g y a n d E n g i n e e ri n g G e o l o g y ， 2 0 0 4， 3 1( 1 )： 9 81 0 0 1 0 李国维， 杨涛， 宋江波 公路软基沉降双曲线预测法的 进一步探讨 J 公路交通科技， 2 0 0 3 ， 2 0 ( 1 ) ：1 8 2 0 L I G u o w e i ，YANG T a o，S ON G J i ang b o Hi g h wa y s u b - s i d e n c e o f t h e s o ft s o i l b a s e i n h y p e r b o l i c p r e d i c t i o n me t h o d o f f u r t h e r d i s c u s s e d J H i g h w a y T r a f fi c S c i e n c e a n d T e c h n o l o gy， 2 0 0 3 ， 2 0( 1 )： 1 82 0 蚰 加 m O