動力排水固結法在港口工程中的應用

2018-06-21 17:53:02吳加武

珠江水運 2018年9期

吳加武

摘要：結合粵東某港口工程動力排水固結法的工程實踐，依據現場監測數據及檢測數據，綜合分析了該新型工法的作用機理、設計原則、變形特征、孔壓變化規律及加固效果等，為類似工程提供借鑒。

關鍵詞：動力排水固結法港口工程變形特征加固效果

1.引言

動力排水固結法是在傳統的強夯法和堆載預壓法的基礎上發展起來的一種新型軟土地基處理新技術，具有投資低、工期短的特點。該工法已有十余年工程實踐，但其作用機理、變形規律較為復雜，限制了其推廣應用。本文依托粵東某港口工程動力排水固結法的工程實踐，以現場監測及檢測數據為依據，綜合分析該工法的作用機理、設計理念、變形特征及加固效果，為類似工程提供借鑒。

2. 動力排水固結法的作用機理

通過設置水平和豎向排水體系，改善軟土層的排水條件，軟土層在適量的靜力、變化的動力荷載及其后效力的超載作用下，形成高壓力梯度的超孔隙水壓。在人工排水系統及動載下產生的裂縫排水系統中，多次發生孔隙壓力的增長和消散，孔隙水不斷排出，孔隙體積逐漸減小，有效應力增加，土體抗剪強度不斷增長，孔隙比逐漸減小，土體發生沉降變形，工后沉降大大降低，地基土成為超固結土，從而達到軟基加固目的。

3.工程概況

粵東地區某港口工程，后方陸域寬度351m，縱深約530m，用地面積約17.67萬m2，一期工程陸域地基處理面積為10.72萬m2，建設道路、堆場以及建筑物配套設施，陸域使用高程為+5.45m。

4.地質條件

擬建場地主要由近代人工填土層、第四紀全新統海積層、沖洪積層和第四系殘積層以及燕山期侵入的輝長巖組成。人工填土層主要為塊石、素填土、砂，回填時間大于10年，基本完成自重固結。淤泥層在場地內普遍分布，揭露厚度基本在10m以內，呈飽和，流塑狀，主要由粉、粘粒組成，局部含較多石英砂粒及少量有機質，高壓縮性，強度低。下臥層為粉質黏土、砂、巖層。

5.動力排水固結法試驗區

本工程采用動力排水固結法進行地基加固處理，選擇典型區域作為試驗區，以檢驗設計參數和處理效果。試驗區位于港區主干道，尺寸26m×26m。

設計方案簡述：鋪設中粗砂墊層，厚度不小于80cm，插設塑料排水板，間距1.2mx1.2m。回填開山土至標高+5.25m（為避免軟土破壞，先靜載2個月，并及時補填維持標高+5.25m），預計點夯開始前夯擊墊層總厚度約為2.9m。采用4遍點夯1遍普夯，點夯擊數暫定為每遍每點3～5擊，夯擊能第一遍1200kN.m，第二遍1800kN.m，第三遍2500kN. m，第四遍3000kN.m，普夯夯擊能1000kN.m。每遍點夯之間間歇時間（根據超靜孔隙水壓力的消散80%以上的時間確定）暫按7天考慮。夯點為正方形布置，每遍夯點的間距初定為5.0m，后一遍夯點的位置為前一遍四個夯點的中間位置。試夯施工過程中，根據監測數據，再進一步調整夯擊參數。

點夯夯錘選用圓形扁平錘，夯錘底直徑2.5m～3.0m，錘重 12～18t。

點夯收錘標準：①最后一遍點夯的最后兩擊平均夯沉量不大于150mm；②夯坑周圍地面不應發生過大的隆起；③不因夯坑過深而發生起錘困難。

夯擊數確定原則：①當第N次夯擊時，孔壓增量突然減小或趨近于零，取該遍每點擊數為N；②第N擊夯點周圍土體明顯隆起或夯坑附近地面產生明顯振動且振動持續時間較長時，應停止夯擊，取擊數為N-1；③后兩擊的夯沉量大于該擊（記為第N擊）的夯沉量，取該遍每點擊數為N。

6.施工監測數據

6.1水位

由圖3可知，地下水位在每一遍點夯期間水位均有上升，每一遍點夯之后的間歇期，水位均有不同程度的下降，最后趨于穩定。這是由于夯擊使土體壓縮，孔隙水排出，且有部分弱結合水轉變為自由水導致的。

6.2分層沉降

在試驗區中心埋設分層沉降觀測孔，動力排水固結法施工期沉降磁環累計沉降量為519mm，沉降趨勢自上而下逐漸遞減，主要沉降量發生在起夯面以下10m深度以內。

6.3孔隙壓力計

在試驗區埋設孔隙水壓力觀測孔，觀測結果如圖4。

由監測數據可知，孔隙水壓力值在每遍點夯期間均表現為增長，在每遍點夯間歇期，孔隙水壓力值都表現為逐漸消散。點夯對起夯面深度10m以內影響較大，點夯引起的孔壓增量位于20～60kPa之間。第二遍點夯由于天氣原因間斷進行，未出現孔壓驟升的現象，這說明超靜孔壓的形成是多點連續點夯的疊加效應。普夯引起的超靜孔壓幅度相對較小，與最后一遍點夯也應有一定的間歇期。