飽和軟土地基動力排水固結(jié)預(yù)處理技術(shù)的研究與應(yīng)用

鄒 明 生

(海南省地質(zhì)綜合勘察院，海南 海口 570206)

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飽和軟土地基動力排水固結(jié)預(yù)處理技術(shù)的研究與應(yīng)用

鄒 明 生

(海南省地質(zhì)綜合勘察院，海南 海口 570206)

通過飽和軟土地基動力排水固結(jié)常規(guī)試驗，分析了動力排水固結(jié)技術(shù)在處理飽和軟土地基時的優(yōu)勢，并在該研究基礎(chǔ)上，探討了飽和軟土動力排水固結(jié)處理前后微結(jié)構(gòu)形態(tài)變化規(guī)律。

飽和軟土地基，動力排水固結(jié)技術(shù)，軟土微結(jié)構(gòu)，力學(xué)指標(biāo)

0 引言

動力排水固結(jié)預(yù)處理技術(shù)普遍應(yīng)用于地基處理過程中，其與一般處理技術(shù)相比具有施工簡單和加固效果明顯的應(yīng)用優(yōu)勢。動力固結(jié)法和排水固結(jié)法的結(jié)合，使動力排水固結(jié)預(yù)處理技術(shù)改善軟土的排水固結(jié)特性更加明顯，鑒于此，本文對該課題的研究具有重要的意義。

1 飽和軟土地基動力排水固結(jié)常規(guī)試驗

1.1 試驗區(qū)場地工程地質(zhì)條件

表1 試驗區(qū)地質(zhì)概述

如表1所示，其為試驗區(qū)場地地層的主要特點和土質(zhì)組成情況。試驗區(qū)的工程地質(zhì)特征如表2所示。針對試驗區(qū)的地質(zhì)條件，該工程建設(shè)過程中需要處理軟土的固結(jié)變形問題，從而進一步提高抵抗水平荷載的能力[1]。

表2 試驗區(qū)工程地質(zhì)特征參數(shù)

1.2 飽和軟土地基動力排水固結(jié)預(yù)處理試驗內(nèi)容

采用動力排水固結(jié)技術(shù)處理飽和軟土?xí)r需要注意超孔隙水壓力的產(chǎn)生，其不僅會嚴(yán)重影響到土體加固的質(zhì)量，同時也會使土體的承載能力下降。因此，采用動力排水固結(jié)技術(shù)施工時，要減少超孔隙水壓力的影響，在試驗區(qū)吹填細砂層1 m～2 m，然后在地基土的細砂層1 m以上插入排水板，排水板施工要保證其具備較為合理的布局安排和間距，本實驗中采用了方形的布局，間距為1.2 m×1.2 m[2]。

試驗區(qū)周圍的排水段施工需要滿足的要求如下：1)在低于固結(jié)面1.5 m以上進行排水溝施工；2)每20 m設(shè)置一口集水井進行抽水；3)固結(jié)處理施工采用的方式為多遍少擊、雙向排水和逐級加能；4)試驗區(qū)不同區(qū)段均點夯3遍，每遍6擊，其中每遍采用的夯擊能依次為1 500 kN·m，1 200 kN·m和900 kN·m。除上述試驗內(nèi)容以外，還要保證土層的總沉降量處于1 300 mm以下，在經(jīng)過3遍夯擊以后要保證原地具有最大程度的平整度。

在試驗過程中要在施工的試驗區(qū)段選擇一個具有代表性的斷面，通過鉆孔的方法，在地下2.5 m，4.5 m，6.5 m，8.5 m，10.5 m和12.5 m深度處埋設(shè)孔隙水壓力計，然后回填砂，使其周圍變得緊實。得到的測試結(jié)果如下：2.5 m處各區(qū)段水壓力值為0.037 MPa，0.04 MPa，0.03 MPa，4.5 m處各區(qū)段水壓力值為0.045 MPa，0.05 MPa，0.06 MPa，6.5 m處各區(qū)段水壓力值為0.06 MPa，0.06 MPa，0.06 MPa，8.5 m處各區(qū)段水壓力值為0.07 MPa，0.07 MPa和0.02 MPa，10.5 m處各區(qū)段水壓力值為0.09 MPa，0.095 MPa，0.09 MPa，12.5 m處各區(qū)段水壓力值為0.11 MPa，0.10 MPa和0.12 MPa[3]。

試驗過程中測試到的地表沉降范圍和總的平均夯沉量如表3所示。

表3 地表沉降范圍和總的平均夯沉量 m

1.3 影響飽和軟土動力排水固結(jié)效果的因素研究

通過上述試驗內(nèi)容可以總結(jié)出影響動力排水固結(jié)效果的主要因素，即夯擊能量、土層的分布特征以及夯錘底面積。上述三要素影響動力排水固結(jié)效果的規(guī)律如下：1)適當(dāng)增加單擊夯擊能量，可以起到較好的加固效果，但是要控制好夯擊能量所處的范圍；2)影響加固效果的土層包括上層土質(zhì)較好、下層土質(zhì)松軟的土層以及飽和度小于42%的土層；3.2 m2～4 m2的夯錘適用于砂土和碎石地材料場地，3 m2～4 m2的夯錘適用于粘性土，4 m2～6 m2的夯錘適用于淤泥質(zhì)土。

2 飽和軟土動力排水固結(jié)處理前后微結(jié)構(gòu)形態(tài)變化規(guī)律研究

自然狀態(tài)下，軟土微結(jié)構(gòu)包括蜂窩狀結(jié)構(gòu)、海綿狀結(jié)構(gòu)、骨架狀結(jié)構(gòu)、絮狀結(jié)構(gòu)和凝塊狀結(jié)構(gòu)五種，蜂窩狀結(jié)構(gòu)的軟土孔隙率為65%～85%，粘粒量大于30%，海綿狀結(jié)構(gòu)的粘粒含量為35%左右，骨架狀和絮狀結(jié)構(gòu)的特點主要是孔隙率較大，顆粒分布不均勻。凝塊狀結(jié)構(gòu)的粘粒組成特點為粒徑大于30 μm，粉粒含量較少。

3 飽和軟土工程性質(zhì)指標(biāo)與微結(jié)構(gòu)參數(shù)的相關(guān)性分析

在研究動力排水固結(jié)法的加固效果時，飽和軟土工程特性以及微結(jié)構(gòu)狀態(tài)參數(shù)相關(guān)性規(guī)律研究是最佳的分析對象，即在分析這些參數(shù)相關(guān)性的同時，可以對動力排水固結(jié)法的加固效果進行有效的評價。

3.1 動力排水固結(jié)處理前后各物理力學(xué)指標(biāo)相關(guān)性分析

由于試驗區(qū)土層含水量較高，因此在動力排水固結(jié)處理前，飽和軟土的密度、孔隙比、壓縮系數(shù)與含水率的相關(guān)性較好，而土層的孔隙比和飽和度等指標(biāo)與土層密度的相關(guān)性一般。其次，相關(guān)性顯著的指標(biāo)還包括塑限、塑性指數(shù)間以及強度指標(biāo)和重度之間，這幾組物理指標(biāo)的相關(guān)性可以達到0.95以上。除了相關(guān)性顯著的指標(biāo)組以外，還包括相關(guān)性極差的壓縮性指標(biāo)與重度。

3.2 動力排水固結(jié)處理前后微結(jié)構(gòu)參數(shù)和壓縮系數(shù)的相關(guān)性分析

土的壓縮性與土層的孔隙比相關(guān)，因此在分析微結(jié)構(gòu)參數(shù)與壓縮系數(shù)的相關(guān)性時也可以判斷動力排水固結(jié)處理技術(shù)對土層的加固效果。在動力排水固結(jié)處理前，土層的孔隙度與壓縮系數(shù)間的相關(guān)系數(shù)為0.89，呈顯著的線性關(guān)系。其次，各個與孔隙相關(guān)的微結(jié)構(gòu)參數(shù)間的相關(guān)性達到0.95以上，由此可見，孔隙度與壓縮系數(shù)間的相關(guān)性較強。

在經(jīng)過動力排水固結(jié)處理以后，與孔隙度相關(guān)的微結(jié)構(gòu)參數(shù)間的相關(guān)性達到0.99以上，相關(guān)性更為顯著。此外，通過分析發(fā)現(xiàn)，孔隙度和孔隙數(shù)目是影響壓縮系數(shù)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，孔隙度與壓縮系數(shù)間的相關(guān)性為0.93以上，而孔隙數(shù)目與壓縮系數(shù)間的負相關(guān)性也達到0.9以上。換句話說，經(jīng)過動力排水固結(jié)處理以后，土層加固緊實效果突出，壓縮系數(shù)和微結(jié)構(gòu)參數(shù)的相關(guān)性更加顯著。

4 結(jié)語

通過分析飽和軟土地基動力排水固結(jié)常規(guī)試驗，總結(jié)了影響動力排水固結(jié)效果的主要元素。通過分析飽和軟土動力排水固結(jié)處理前后微結(jié)構(gòu)形態(tài)變化規(guī)律，說明了動力排水固結(jié)處理技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢。

[1] 張季超,曾華健,童華煒,等.廣東科學(xué)中心飽和淤泥質(zhì)砂土地基預(yù)處理技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].廣州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2007(3):62-67.

[2] 周 暉.珠江三角洲軟土顯微結(jié)構(gòu)與滲流固結(jié)機理研究[D].廣州：華南理工大學(xué),2013.

[3] 劉 明.飽和軟粘土動力本構(gòu)模型研究與地鐵隧道長期振陷分析[D].上海：同濟大學(xué),2006.

Study and application of dynamic drainage consolidation pretreatment technology for saturated soft soil foundation

Zou Mingsheng

(GeologicalSurveyInstituteofHainanProvince，Haikou570206,China)

This paper will research the saturated soft soil foundation with dynamic consolidation of conventional test, analyzes the advantages of dynamic drainage consolidation technique in the treatment of saturated soft foundation, and to explore the saturated soft soil dynamic drainage consolidation treatment before and after the micro structure changes in its research basis.

saturated soft soil foundation, dynamic drainage consolidation technology, soft soil microstructure, mechanical index

1009-6825(2016)32-0085-02

2016-09-02

鄒明生(1979- ),男，工程師,國家注冊巖土工程師

TU471.8

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