堆載預(yù)壓排水固結(jié)法在港口工程軟基處理中的應(yīng)用

■江濤

（福建省羅嶼港口開發(fā)有限公司，莆田　351153）

堆載預(yù)壓排水固結(jié)法在港口工程軟基處理中的應(yīng)用

■江濤

（福建省羅嶼港口開發(fā)有限公司，莆田351153）

結(jié)合某填海造地港口工程地基處理工程實(shí)例，探討塑料排水板堆載預(yù)壓法的加固機(jī)理;基于現(xiàn)場軟基沉降監(jiān)測實(shí)測數(shù)據(jù)，分別采用三點(diǎn)法和雙曲線法對加固后的軟土地基沉降進(jìn)行預(yù)測，并分析地基的最終沉降量及固結(jié)度。研究結(jié)果表明，塑料排水板堆載預(yù)壓法在軟基處理中的加固效果較好，軟基固結(jié)度可達(dá)到90%以上，滿足設(shè)計要求。

堆載預(yù)壓港口工程排水固結(jié)法軟基處理

在工程建設(shè)中面臨著大量的軟土地基處理問題，特別是在沿海廣泛分布著沖擊、沉積的軟粘土，這些土通常都具有含水量高、壓縮性大、滲透性差、靈敏度高、天然強(qiáng)度低等特點(diǎn)，為了提高地基承載力和減少工后沉降，都需對軟基進(jìn)行處理。塑料排水板堆載預(yù)壓法通過在軟土地基中打設(shè)塑料排水板形成豎向排水通道，在塑料排水板頂部鋪設(shè)一層砂墊層作為水平排水通道，在砂墊層上部加載以增加土體附加應(yīng)力，使土體孔隙水不斷排出，達(dá)到加速軟基固結(jié)沉降的效果。本文結(jié)合福建湄洲灣港東吳港區(qū)羅嶼作業(yè)區(qū)9號和10號泊位工程軟土地基處理工程實(shí)例，探討塑料排水板堆載預(yù)壓法的加固機(jī)理；基于現(xiàn)場軟基沉降監(jiān)測實(shí)測數(shù)據(jù)，采用“三點(diǎn)法”和“經(jīng)驗(yàn)雙曲線法”對加固后的軟土地基沉降進(jìn)行預(yù)測；通過分析地基的最終沉降量及固結(jié)度，對塑料排水板堆載預(yù)壓法處理軟基的固結(jié)效果進(jìn)行研究。

1　塑料排水板堆載預(yù)壓法加固機(jī)理

塑料排水板聯(lián)合堆載預(yù)壓加固軟土地基的原理是排水固結(jié)法，根據(jù)固結(jié)理論，土的固結(jié)過程就是超靜孔隙水壓力消散和有效應(yīng)力增長的過程。施加在軟基上的外荷載開始全部由孔隙水壓力承擔(dān)，有效應(yīng)力不變；在土體內(nèi)和邊界上孔隙水壓力差的作用下，孔隙水向排水邊界滲流，隨著時間的推移，孔隙水壓力全部轉(zhuǎn)換為有效應(yīng)力。孔隙水沿著排水通道從土體內(nèi)不斷排出，同時土體有效應(yīng)力不斷增加，土體產(chǎn)生壓縮，孔隙比逐漸減小，直到土體固結(jié)、強(qiáng)度增大，達(dá)到新的平衡，從而實(shí)現(xiàn)軟基加固的目的。

排水固結(jié)法由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)兩部分共同組成。設(shè)置排水系統(tǒng)主要在于改善地基原有的排水邊界條件，增加土層的排水途徑，縮短排水距離，它由豎向排水通道和水平向排水墊層構(gòu)成。加壓系統(tǒng)是在軟土地基上填土堆載，增加土體中的附加應(yīng)力，使土中的孔隙水因產(chǎn)生壓差而滲流固結(jié)。一方面利用塑料排水板縮短土體排水距離，另一方面利用填土堆載荷載使土體內(nèi)部產(chǎn)生孔隙水壓力差，造成水力梯度將孔隙水排出，加速地基的固結(jié)與沉降，以達(dá)到提高地基承載力、保證地基穩(wěn)定的目的。

2　工程概況

福建湄洲灣港東吳港區(qū)羅嶼作業(yè)區(qū)9號和10號泊位工程位于莆田市湄洲灣內(nèi)羅嶼島及其附近海域。根據(jù)地質(zhì)勘察資料，擬建陸域形成區(qū)地層主要為第四紀(jì)松散堆積層和花崗巖及其風(fēng)化層，其主要土層特征自上而下分別為：①深灰色淤泥，飽和，流塑，混少量貝殼碎片和少量腐植物，厚度1.0～13.9m；②深灰色淤泥混砂，飽和，流塑，含少量貝殼碎片和腐植物，厚度1.2～6.4m；③灰色淤泥質(zhì)黏土，飽和，流塑層，含少量腐植物，厚度1.5～7.3m；④灰色中粗砂混淤泥，飽和，松散，顆粒較不均，含少量腐植物及貝殼碎片，厚度0.4～8.4m；⑤灰黃色粉質(zhì)黏土，飽和，硬塑，厚度0.6～10.4m；⑥灰黃色中粗砂混黏性土，飽和，稍密—中密，厚度3.8～8.7m；⑦花崗巖全風(fēng)化層，濕，密實(shí)，厚度1.0～7.3m。

該工程中采用塑料排水板堆載預(yù)壓法對約26公頃陸域進(jìn)行加固處理，其處理方案為：場地標(biāo)高吹填到+5.0 m（當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵妫峦宕蛩芰吓潘濉鷪龅貥?biāo)高回填到+8.6m→堆載預(yù)壓→卸載強(qiáng)夯整平。塑料排水板按正方形布置，間距1.1 m，采用B型排水板，排水板打穿軟土層并進(jìn)入黏土層。施工期間，布置了沉降觀測點(diǎn)、以及空隙水壓力等各類觀測點(diǎn)110個，監(jiān)測頻率為：填筑期1次/1 d；預(yù)壓期1次/5 d，通過近3年的沉降、空隙水壓力監(jiān)測。從而獲得了大量的沉降觀測數(shù)據(jù)。

3　監(jiān)測成果及固結(jié)效果分析

3．1監(jiān)測成果分析

各觀測點(diǎn)的堆載預(yù)壓及累計沉降量情況如表1所示。

表1　各觀測點(diǎn)的堆載預(yù)壓及累計沉降量情況表

3.2推算最終沉降量

利用實(shí)測沉降曲線預(yù)測沉降量、推算最終沉降量和反算地基固結(jié)參數(shù)的方法很多，常用的有雙曲線法、三點(diǎn)法、沉降速率法等。《港口工程地基規(guī)范》（JTS147-2010）推薦采用“三點(diǎn)法”、“經(jīng)驗(yàn)雙曲線法”。本文分別采用“三點(diǎn)法”和“經(jīng)驗(yàn)雙曲線法”推算最終沉降量。

根據(jù)《港口工程地基規(guī)范》（JTS147-2010），“三點(diǎn)法”和“經(jīng)驗(yàn)雙曲線法”計算地基最終沉降量推算公式如下：

（1）采用“三點(diǎn)法”

式中，S∞——根據(jù)實(shí)測沉降曲線推算的地基最終沉降量；

S1、S2、S3——滿載后，實(shí)測沉降曲線中對應(yīng)于t1、t2、t3時刻的沉降量，t1、t2、t3滿足t1-t2=t2-t3=Δt。

（2）采用“經(jīng)驗(yàn)雙曲線法”

綜上所述，我們可以知道成本的管理控制和計算的管理在整個路橋工程建設(shè)中占據(jù)著重要的地位，這就進(jìn)一步要求路橋的相關(guān)施工單位一定要在思想上高度重視工程的計量以及成本的管理控制工作。施工的單位一定要不斷地完善和健全相關(guān)的規(guī)章制度，保證成本控制管理體系的科學(xué)可靠，進(jìn)而才能夠讓企業(yè)在成本控制以及計量方面獲取進(jìn)步，更好地滿足客戶的個性化需求，保證企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

根據(jù)已擬合的實(shí)測S～t光滑曲線，按下列公式推算：

式中，S∞——地基的最終沉降量；

S0——滿載時，即t=0（假定）時的地基沉降量；

St——某時刻的地基沉降量；

α、β——與地基及載荷有關(guān)的常數(shù)，可根據(jù)式用圖解法求出。

t——從滿載開始的時間。

采用“三點(diǎn)法”和“經(jīng)驗(yàn)雙曲線法”推算的地基最終沉降量如表2所示。

表2　各測點(diǎn)地基最終沉降量推算結(jié)果

3.3固結(jié)度計算機(jī)加固效果分析

3.3.1采用沉降觀測點(diǎn)計算的固結(jié)度

根據(jù)有效應(yīng)力原理，t時刻地基的固結(jié)度可以表示為t時刻地基累計沉降量與推算得出的地基最終沉降量的比值。經(jīng)過計算分析，各測點(diǎn)堆載結(jié)束時的固結(jié)度計算結(jié)果如表3。

表3　采用沉降觀測數(shù)據(jù)推算的固結(jié)度計算結(jié)果

3.3.2采用孔隙水壓力計算的固結(jié)度

利用孔隙水壓力推算固結(jié)度的公式為：

式中，U為固結(jié)度，ΔU1為孔壓累計消散值，ΔU2為孔壓累計增加值。

采用上式推算的固結(jié)度計算結(jié)果示于表4。

表4　采用孔隙水壓力數(shù)據(jù)推算的固結(jié)度計算結(jié)果

以上采用沉降觀測數(shù)據(jù)計算的固結(jié)度和采用孔隙水壓力觀測數(shù)據(jù)計算的固結(jié)度分析結(jié)果表明，本工程采用塑料排水板堆載預(yù)壓法處理后的軟基在堆載結(jié)束時的固結(jié)度均達(dá)到90%以上，滿足設(shè)計要求。

4　結(jié)論

（1）塑料排水板堆載預(yù)壓是符合軟土特性的有效的軟土地基加固方法，本工程所采用的設(shè)計參數(shù)基本合理，未造成地基的結(jié)構(gòu)破壞，同時大大加速了土體固結(jié)過程，使有效加固深度范圍內(nèi)土體的壓縮性明顯改善，土體的強(qiáng)度有一定增長。

（2）在堆載預(yù)壓初期，軟基固結(jié)度的增長速度較快，在堆載預(yù)壓前期，軟基固結(jié)度增長較快；隨著時間延長，固結(jié)度的增長速度逐漸減慢，趨于平緩。

（3）塑料排水板堆載預(yù)壓法在填海造地軟基處理工程中，對加速軟土的固結(jié)、縮短工期、提高地基承載力、減少工后沉降效果明顯，堆載預(yù)壓結(jié)束，軟基固結(jié)度可達(dá)到90%以上，滿足設(shè)計要求。

（4）通過比較“經(jīng)驗(yàn)雙曲線法”和“三點(diǎn)法”的地基最終沉降量計算結(jié)果，采用 “經(jīng)驗(yàn)雙曲線法”所推算的地基最終沉降量結(jié)果偏大，相應(yīng)的固結(jié)度偏小，結(jié)果較“三點(diǎn)法”偏于保守，對工程偏于安全。

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