輕型井點結合塑料排水板復合加固法現場應用

范光平 沈武杰 梁永梅

(1.江蘇靖江新華港務有限公司，江蘇常州 213000;2.江蘇江陰市華澄建筑安裝工程有限公司，江蘇江陰 214400;3.鎮江市丹徒區航道管理處工程科，江蘇鎮江 212000)

輕型井點結合塑料排水板復合加固法[1]是一種綜合了堆載預壓、真空預壓、電滲降水和強夯工藝的軟基加固方法。該法通過塑料排水板插入需加固深度，形成排水通道，上部端頭置入距表層2m～3m的粘土層，然后插入井點管并與塑料排水板成一體式輕井塑排井點，由于井點管與塑料排水板的緊密結合，使井點達到延伸處理10m范圍土體的目的。

1 施工工藝與加固效果

該工藝可以實現以下三個效果:

1)替代堆載預壓的實現。置入土體一定深度的塑料排水板形成的排水通道，通過緊密連接的輕井塑排一體式井點抽真空，使地下水位降低到一定程度，進行強夯，強夯的過程就是一種對土體的加載作用，1000kN·m瞬時沖擊力對土體的荷載使土體產生強大的超靜孔隙水壓力，通過塑料排水板的排水通道經輕型井點管向土體外排出，加快了孔壓的消散，土體得到固結，也就是說本工藝將堆載預壓過程中的靜壓改變成動壓，加快了土體的固結處理[2]。2)替代真空預壓的實現[3]。經過多輪強夯，表層4m～5m的土體在夯擊能的作用下得到加固密實，相當于在塑料排水板上覆蓋了多層密封，由于井點管仍與塑料排水板緊密相連，因此抽真空條件沒被破壞，相反由于多輪夯擊，塑料排水板在淤泥質土中易產生的涂抹作用在沖擊作用下被消除，進一步加強了抽真空的效果，對4m～5m以下的淤泥質土體由于正壓和負壓的疊加，其值等于真空度和4m～5m的土體堆載之和，完成了真空—堆載的聯合預壓。3)一體式井點結合強夯縱深處理的實現[4]。常規井點降水由于受井點管的限制，一般處理深度僅為井點管長度+1m，由于一體式井點通過塑料排水板向縱深延伸，塑料排水板作為排水通道，且上部又連接輕型井點管，從而使地下水在負壓作用下被井點管排出土體。因此，通過連接真空泵完成快速抽氣的作用，加快了土體的孔壓消散;土體中置入的塑料排水板既是排水通道，同時又為強夯夯擊能向下延伸創造了條件，即土體的土阻力得到減少，夯擊能通過排水板向下發揮作用，達到了塑料排水板的插入深度配以一定能量的夯擊能滿足深層處理的目的。具體施工工藝流程見圖1。

2 適用范圍

本技術用于處理軟弱地基加固，適用于我國沿海、渤海地區新吹填含砂但有淤泥夾層、淤泥質粉土以及含泥量較高的淤泥質粉砂土。適合大面積堆場及道路的施工，在大面積施工時，成本低，工期快。經該工法處理后，能達到理想的承載力要求(10t/m2～15t/m2以上)。由于設計塑料排水板結合輕型井點，利用強夯夯擊能作為荷載，因此由塑料排水板的入土深度建立排水通道，同時作為強夯夯擊傳遞能量的通道，為深層加固創造了條件。

3 案例分析

靖江新港作業區公用碼頭段，采用輕型井點結合塑料排水板復合加固方法加固軟基。本工程場地表層為沖填土，層厚為2.0m～3.0m，以下為素填土、淤泥(塘泥)及粉質粘土夾粉砂，均屬欠固結土，因此在考慮沉降需重點計算該部分的沉降，特別是新吹填層本身的滲透性較好，但沉降量大，自身作為荷載對下部的淤泥質粉質粘土層沉降有一定的作用，在沉降計算中可將吹填層作為荷載。另外，深層的土質因為滲透性較好，上部荷載產生的沉降基本完成。因此沉降計算時可以只考慮新吹填砂及雜填土荷載對淤泥質粉質粘土層的壓縮量。

3.1 主要問題

結合本項目的使用要求，土層特性以及沉降計算分析，本次地基處理主要需要解決的問題如下:

1)土層的表層為新吹填砂，其下為較厚的淤泥質粉質粘土層，工程性質很差，承載能力較低，上部使用荷載作用下將會產生較大的沉降和差異沉降。2)道路區域不經處理承載力、回彈模量太小，工后沉降和差異沉降都較大，容易使精密設備裝運進場過程中受到顛簸損壞，較難承受重型設備進場。3)表層土具有液化趨勢，若不消除液化，重型設備行走時，易使土層液化，一旦發生液化，將完全喪失強度和承載力，導致地面發生沉降和不均勻沉降。4)場地內土層的含水量很高，且外圍水補給量很大，地下水位受潮汐影響較大，地基處理過程中不僅需要降低土層的含水量，還必須要考慮對外圍水的隔斷。故綜合以上工程特點，本工程道路以及周圍的圍堰區域重點需要消除表層吹填土層的液化性，解決表層土和其下的淤泥質粉質粘土層的承載力問題，先期完成大部分的沉降，解決工后沉降和差異沉降帶來的一系列工程問題。

3.2 加固效果

加固效果從地下水位、孔壓消散曲線和室內土工試驗三方面進行分析。通過加固過程中孔壓的變化得到加固時程;通過加固前后土體參數對比，顯示加固效果。

1)孔隙水壓力變化。

地基土中孔隙水壓力的變化與地基土所受到的應力變化和排水條件等密切相關。試驗區孔壓測點的孔壓計埋設深度分別為2.5m，5m，7.5m，10m，12.5m，15m。埋設孔壓的目的主要是觀測強夯后軟土地基中超孔隙水壓力的消散情況，同時結合孔壓數值的變化，直觀的分析夯擊能對土體加固效果的影響深度。監測頻率為施工期每天一次，荷載穩定期為2d一次。

從各孔壓監測數據及曲線變化分析，在抽水施工期內，孔壓逐漸下降。隨著深度的增加，孔壓變化速率逐漸變緩。當雨水較多時，將導致孔隙水壓力的上升。強夯過程中，2.5m深度處孔壓基本未受影響，5m，7.5m，10m處孔壓增長較快，超過10m深度孔壓變化不大。由于井點降水作用，處于水位線以上的土層孔壓基本不受影響，強夯加固的有效深度約為10.0m?？讐旱南⑺俾孰S深度的增加而逐漸變緩，在2.5m深度處孔壓在打強之后的幾小時內基本消散完畢，5m深孔壓在4d～5d左右消散可達到90%，7.5m及10m深度處孔壓則需要6 d～8 d才能消散90%左右。部分測點2.5m處孔壓出現了負值，其原因可能為抽水所致，抽水的同時在土體內形成了真空。

2)地下水位變化。

為了配合孔隙水壓力的觀測，在試驗區中心點和周邊埋設地下水位管，觀測地基中不同時期地下水位的變化情況，以供對孔隙水壓力和加固效果進行分析。地下水位井采用φ70mm水位管，一端用φ5mm～φ6mm鉆頭打數排小孔長度約50cm。監測頻率為施工期每天一次，荷載穩定期為2d一次。

在試驗區場地共設有2個水位監測管，其中水位管1位于場地B區(先強夯后排水)，水位管2位于場地A區(先排水后強夯)。在試驗期間每天進行一次監測，中間因暴雨等原因有少許間隔。監測得到的水位數據如圖2所示。

從水位監測數據來看，試驗區場地由于進行井點降水，水位降低約3.0m～4.5m，降水效果明顯。同時，水位一直處于變化波動狀態，原因可能在于:

a.由于離江邊較近，受到江水漲潮影響較大。

b.由于天氣原因，大量降雨導致地下水位上升所致。

在每次強夯施工前，均對地下水位進行測量，當水位降至一定深度(約4.0m)以下方可進行施工，否則強行施工會造成夯坑出水，土體破壞等嚴重后果。

c.室內土工試驗數據分析。在加固前后現場取樣進行室內土工試驗研究，測定土體的強度、變形等物理力學性質指標，為軟基加固效果評價分析提供依據。試驗內容主要包括基本物理參數如密度、孔隙比等和基本力學參數如壓縮系數、壓縮模量、固結系數等。試驗原理方法詳見GB/T50123-1999土工試驗方法標準。地基處理前后取土進行室內試驗得到的土體物理力學參數統計列入表1，表2。

表1 處理前各土層物理力學性質

表2 處理后各土層物理力學性質

通過室內試驗結果對比分析發現，經過“軟弱地基輕型井點結合塑料排水板復合加固方法”處理后，土體密實度、壓縮模量及φ值等均有所提高。表層2.0m～3.0m由于是沖填砂層，且在處理后要進行推平處理，擾動較大，其強度和變形等參數變化不大。處理后4.0m～6.0m深度范圍內土層按平均值計算的孔隙比減小了5.4%，壓縮模量提高了78.0%，反映土體強度指標的C，φ值則分別增長了34.0%和3.5%，各項指標在該深度范圍內的增長率最大，說明夯擊能的有效功也最大，處理效果最好。15m深度處的各項物理力學指標變化不大，進一步驗證了“輕井塑排加固法”可以有效加固地基強度。

4 結語

文章簡要介紹了該加固方法的施工工藝、適用工況。并通過靖江新港作業區公用碼頭段案例，分析了該加固方法的加固效果，通過孔壓消散和室內土工試驗結果，得到以下結論:

1)設計塑料排水板結合輕型井點，利用強夯夯擊能作為荷載，塑料排水板的入土深度建立排水通道，為深層加固創造了條件。經該工法處理后，能達到理想的承載力要求。

2)通過孔壓消散時程曲線以及水位變化曲線可得出，該法可以用于相似的軟土地基加固工程中，并為響應工程提供了參考依據。

3)加固前后土體孔隙比減小了5.4%，壓縮模量提高了78.0%，反映土體強度指標的 C，φ值則分別增長了34.0%和3.5%，各項指標在該深度范圍內的增長率最大，說明夯擊能的有效功也最大，處理效果最好。

[1]葉 吉，葉凝雯.軟弱地基輕型井點管結合塑料排水板復合加固方法[P].ZL200910251451，2009.

[2]高有斌，沈 揚，徐士龍，等.高真空擊密法加固后飽和吹填砂性土室內試驗[J].河海大學學報(自然科學版)，2009，37(1):86-90.

[3]付新永，徐 兵，包偉力.不同深度和間距塑料排水板加固效果試驗研究[J].山西建筑，2009，35(31):80-81.

[4]包旭范，高 強，周順華，等.強夯加固軟土地基機理的有限元分析[J].中國鐵道科學，2005，26(2):8-14.