靜動力排水固結軟基處理技術的試驗研究

孟 慶 玲

(寶鋼工程技術集團有限公司，上海 201900)

靜動力排水固結軟基處理技術的試驗研究

孟 慶 玲

(寶鋼工程技術集團有限公司，上海 201900)

為消除某工程軟土地基的不良地質現象，以緯三路為試驗段，采用靜動力排水固結法對軟土地基進行了處理，確定了該方法的適用性，試驗結果表明：采用靜動力排水固結法可以有效地減小工后沉降，提高軟土的強度，并能有效地改善填土性質，且費用低廉，施工周期短。

靜動力排水固結法，軟土地基，沉降，試驗

1 概述

沿海某工程場地存在大片的淤泥區域，面積共約2.5 km2，該區域的淤泥抗剪強度低，靈敏度高，孔隙比大，工程性能極差。場平時需填方高度達6 m～8 m，而其上擬建的建構筑物等不僅荷載較大，且對沉降要求嚴格。為此需進行地基處理后方可滿足場地的穩定與沉降要求。

綜合考慮本場地場平與地基處理的實際情況，結合擬建設施分布及使用要求，本工程推薦采用靜動力排水固結法進行地基處理。為驗證該方法的適用性，為將來大片場地的施工提供借鑒參數，特選取緯三路的部分路段作為試驗段進行前期試驗。試驗結果表明：該法可以有效地減小工后沉降，提高軟土的強度，并能有效地改善填土性質，且費用低廉，施工周期短，完全可適用于其他沿海地區工程軟土地基的處理。

2 試驗段地基處理方案

2.1 靜動力排水固結法機理[1,2]

靜動力排水固結法是在傳統的強夯法和靜力排水固結法基礎上發展起來的，有機地利用強夯法的夯擊機具，與靜力排水固結法中排水體系進行軟粘土地基處理的方法。

本試驗段利用標高補足用的土方作為堆載預壓料，夯擊填土的動力效應起一定的超載作用；塑料排水板作為豎向排水通道，縮短排水路徑，水平細砂層、盲溝和集(抽)水井的作用是水平排(匯)水，加載系統同排水系統有機組合來對淤泥進行加固。

2.2 工程地質條件

緯三路軟基段的主要工程地質條件如下：①2層為素填土層，松散，平均厚度約為0.5 m；⑤1-1，⑤1-2層為淤泥，平均厚度約為10 m，平均孔隙比e=1.918，液性指數IL=1.31，淤泥土層(⑤1)的承載力特征值fak=45 kPa～50 kPa。不固結不排水粘聚力Cuu=10 kPa。靜力觸探qc=0.47 MPa。壓縮模量Es0.1～0.2=1.37 MPa，壓縮指數av0.1～0.2=1.92 MPa-1。⑤1-1，⑤1-2層是本次地基處理的主要對象；⑩1-1層為粘土層，可塑，平均厚度約為9 m，平均孔隙比e=1.013，液性指數IL=0.57，壓縮模量Es0.1～0.2=6.47 MPa；⑩1-2層為含粘性土中粗砂，中密。

2.3 緯三路地基處理方案

緯三路軟基處理主要采用靜動力排水固結法進行處理，其剖面圖如圖1所示。

靜動力結合排水固結方法步驟如下：

1)場地清理。2)構建場地臨時排水措施：設置盲溝、集水井等，盲溝交接處設集水井。3)鋪填細中砂：采用細中砂填至2.4 m。4)插設排水板。5)分層上覆填土：填土分兩級，第一級填至標高4.0 m，第一輪夯擊后推平夯坑，間歇一段時間后，再填至7.0 m。填土完成后再進行第二輪夯擊，然后再滿夯一遍，最后將整個表層推平碾壓不少于兩遍。6)夯擊結合抽降水：四遍點夯加一遍滿夯，第一、二遍夯擊能在600 kN·m～1 000 kN·m，位于第一次填土標高；第三、四遍夯擊能在1 500 kN·m～2 500 kN·m，位于7.0 m標高，施工過程中不斷抽降水，以保持排水通暢，施工過程如圖2和圖3所示。

2.4 地基處理計算

2.4.1 地基固結度計算

本工程采用靜動力排水固結法對軟土地基進行處理，以緯三路試驗段為例，處理的淤泥土層厚度平均約為10 m，在7 m厚填土荷載作用下，采用標準B型塑料排水板，塑料排水板穿透淤泥土層，矩形布置，間距1.2 m×1.2 m，加荷—時間曲線如圖4所示。

根據JGJ 79—2012建筑地基處理技術規范[3]，一級或多級等速加載條件下，地基的平均固結度按下式進行計算：由此可以求出在不考慮動力影響而只考慮堆載作用，4個～6個月后淤泥地基的固結度為80%，如果考慮動力夯擊作用，土體的固結度將會進一步提高。

2.4.2 穩定性分析

根據菲蘭紐斯公式(1)：

Hc=5.52Ck/γ

(1)

得出如果不對軟土進行處理，則緯三路一次填土極限高度約為3.5 m，只有待土體強度提高之后，才能進行后續加載，顯然這將需要很長的工期才能達到。

采用靜動力排水固結法處理后，預壓荷載作用下地基土體的強度參數C的增長可采用式(2)進行計算：

ΔC=P0Uttanφcu

(2)

開始施工3個月后，經過一段時間的固結地基土的強度已經有較大的增長，可以繼續填土至設計標高。得出90 d后淤泥強度增長了60%以上。采用Bishop方法對場地進行穩定性分析，可以得到堆載6 m高后，路堤的整體穩定安全系數為1.32，如圖5所示。因此采用靜動力固結法進行地基處理，3個月后可以填土到場平設計標高，而且場地處于穩定狀態。

2.4.3 沉降歷時曲線

計算得到的沉降歷時曲線如圖6所示。由圖可知，插設塑料排水板后，10 m厚的淤泥土層，在上填7 m土方荷載作用下，4個月～5個月淤泥層固結度即可達80%，沉降量超過1 m。

2.5 實測結果

2.5.1 測點布置

緯三路試驗段共設置了10個監測斷面。在每個監測斷面取2點～3點進行沉降、深層土體位移、孔隙水壓力監測及土體原位測試、土體室內試驗。

2.5.2 沉降實測結果

圖7為6剖面測得的沉降歷時曲線。

2.5.3 填土后淤泥性能指標的改善程度

地基處理施工完成6個月后，對淤泥的土性進行勘察?？辈旖Y論如下：淤泥層通過處理后，頂部厚0.8 m～1.4 m淤泥已改良為可塑粘土，其標貫擊數8擊～9擊；中部厚3 m～6 m淤泥改良為淤泥質粘土，其孔隙比減少到1.436(根據緯三路詳勘報告，處理前為1.918)，含水量由處理前70.8%減少到53.4%，十字板強度處理前平均值為16.11 kPa，處理后為30.60 kPa；下部淤泥仍為淤泥，但孔隙比也減少到1.801，含水量由處理前70.8%減少到65.3%。十字板強度處理前平均值為16.11 kPa，處理后為26.52 kPa。緊鄰勘察孔的處理前后十字板強度比較如圖8所示。

2.5.4 填土性質

填土處理后，勘察結論如下：

1)回填土以稍密狀態為主，局部有中密狀態。2)回填土的壓實系數λc范圍值在0.89～0.95之間，達到了相應規范要求。3)填土從上到下孔隙比逐漸增大，壓實系數逐漸降低，含水量逐漸增高。

3 結語

主要試驗結論如下：

1)緯三路試驗區域淤泥土層的最大實測沉降超過1.4 m。緯三路試驗區域淤泥土層在填土自重壓力作用下的固結度(實測沉降與計算沉降的比值)已達80%以上。

2)采用靜動力排水固結法處理后，一部分淤泥變成了淤泥質土，孔隙比減小，土體強度提高，整個淤泥的土體性質得到了較大的改善。

3)采用低能量強夯，填土的性質達到了路基土的設計要求。

綜上所述，利用現場細中砂水平向排水，設置塑料排水板豎向排水，與其上的填土共同構成免費加載系統和低費用排水系統，采用靜動力固結方法處理該工程場地淤泥土層是合理的、符合現場實際的選擇。這種方法使填土密實度達到有關標準的要求，淤泥土層性能較大改善，工后沉降大幅度降低，達到了提高工程質量，降低工程風險、降低工程投資的目標。

[1] 李彰明.軟土地基加固的理論、設計與施工[M].北京：中國電力出版社，2006.

[2] 黃金林，馬克俊.靜動力排水固結法軟基處理技術[J].廣東水利水電,2007(2):66-69.

[3] JGJ 79—2012，建筑地基處理技術規范[S].

Static and dynamic drainage consolidation of soft foundation treatment technology experimental research

Meng Qingling

(BaosteelEngineering&TechnologyGroupCo.,Ltd,Shanghai201900,China)

In order to eliminate the bad geological phenomenon of soft soil foundation of one project, adopting static and dynamic drainage consolidation method to treat soft soil foundation, to determine the applicability of this method, using latitude 3 road as test load, the test result shows: static and dynamic drainage consolidation method can reduce post-construction settlement of soft soil, improve strength of soft soil and betterment overlying fill, and the expenses are cheap, the cycle of constructing is short.

static and dynamic drainage consolidation method, soft soil foundation, settlement, test

2015-01-04

孟慶玲(1981- )，女，碩士，工程師

1009-6825(2015)08-0097-02

TU472

A