何維山，柯 洪，趙永剛

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 工程學(xué)院，武漢 430074)

排水固結(jié)法在臺(tái)州軟土地基處理中的應(yīng)用

何維山，柯 洪，趙永剛

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 工程學(xué)院，武漢 430074)

結(jié)合浙江臺(tái)州華能玉環(huán)電廠塑料排水板堆載預(yù)壓施工過程，分析了加載期或預(yù)壓期孔隙水壓力的消散呈現(xiàn)的規(guī)律，并推算了土體的最終沉降量和固結(jié)度。對(duì)處理前后地基土的物理力學(xué)指標(biāo)和承載力等進(jìn)行了分析對(duì)比。結(jié)果表明，受預(yù)壓后地基土各項(xiàng)指標(biāo)得以改善，承載力明顯提高。

塑料排水板 沉降 孔隙水壓力 固結(jié)度 承載力

地基處理方法有著各自的特點(diǎn)和作用機(jī)理，工程地質(zhì)條件也千變?nèi)f化，因此每個(gè)工程對(duì)地基處理的要求以及所用方法不盡相同。排水固結(jié)法在工程實(shí)踐中適用于處理飽和軟弱土層，通過回填土、設(shè)置塑料排水管等措施，使被加固土體中的孔隙水排出，有效應(yīng)力增加，土中孔隙體積減小，密實(shí)度加大，土體強(qiáng)度得到提高，地基承載力也得到提高。

華能玉環(huán)電廠淺層土均為軟弱土層，且以淤泥為主，具有含水量高、孔隙比大、高壓縮性、抗剪強(qiáng)度低、承載力小(40～50 kPa)等特性，一般厚度達(dá)20～30 m左右，最厚可達(dá)38 m。若在其上進(jìn)行建筑和大面積回填，地基土由于固結(jié)和剪切變形將產(chǎn)生很大沉降，甚至?xí)鸬鼗疗茐?。為了減少工后沉降，對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行了預(yù)處理，采用排水固結(jié)法加快軟土固結(jié)速度。

1 場(chǎng)地概況

廠區(qū)軟土地層特征:■層，填土，主要成分為碎石，為電廠南側(cè)高邊坡開山的土石方回填，含較多黏性土、砂及礫石等;①層，黏土，灰黃色，可塑，底部狀態(tài)變?yōu)檐浰軤睿植亢^多碎石，含有鐵錳質(zhì)氧化物，僅局部分布;②1層，淤泥，青灰色，流塑，含有機(jī)質(zhì)及少量粉土或粉土團(tuán)塊及少量貝殼碎屑，層厚1.90～9.50 m，一般為7.36 m;②2層，淤泥，灰色、青灰色，流塑，含有機(jī)質(zhì)及少量粉土或粉土團(tuán)塊及少量貝殼碎屑，層厚2.00～13.30 m，一般為8.49 m;③層，淤泥質(zhì)黏土，灰色，軟塑，含少量有機(jī)質(zhì)及貝殼碎屑，層厚0.90～7.00 m，一般為3.54 m。

華能玉環(huán)電廠地基處理工程歷經(jīng)400余天，目前廠區(qū)回填已結(jié)束，根據(jù)不同建筑物的安全等級(jí)、原始地形地貌和工程地質(zhì)條件的差異，塑料排水板的分區(qū)布置見表1。

表1 塑料排水板分區(qū)布置一覽表

與此同時(shí)，為控制填土速度和檢驗(yàn)加固效果，布設(shè)了一定數(shù)量的地面位移觀測(cè)點(diǎn)、孔隙水壓力計(jì)等對(duì)施工進(jìn)行監(jiān)測(cè)，檢測(cè)地基處理的效果。

2 場(chǎng)地預(yù)處理效果分析

由于場(chǎng)地回填厚度一期平均約4.0 m，二期平均約2.5 m，對(duì)地基土的影響深度不是很大，深部孔隙水壓力的消散相當(dāng)困難和緩慢，因此本研究著重于研究淺層地基土性狀，尤其是工程性質(zhì)較差的②1、②2和③軟弱土層，其平均厚度約為20～30 m。

2.1 地基土物理力學(xué)指標(biāo)對(duì)比

為配合電廠前期建設(shè)各個(gè)階段的設(shè)計(jì)要求，場(chǎng)地在地基預(yù)處理前后，均進(jìn)行了勘測(cè)工作。根據(jù)各階段勘探土工試驗(yàn)成果，對(duì)地基土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行了對(duì)照(見表2)，具體分析如下所述。

表2 加固前后地基土物理指標(biāo)對(duì)比

1)場(chǎng)地預(yù)處理后，地基土的物理指標(biāo)明顯得到改善，表現(xiàn)為含水量減小、重度增大、孔隙比減小，這和地基土受預(yù)壓后，孔隙水排出、有效應(yīng)力增加、土中孔隙體積減小、密實(shí)度加大的原理吻合。

2)從力學(xué)性質(zhì)角度分析，在預(yù)處理之后，土體強(qiáng)度顯著提高，其中黏聚力平均提高約51.2%，摩擦角平均提高約28.4%，另外還表現(xiàn)為壓縮系數(shù)減小、壓縮模量增大。

3)數(shù)據(jù)同時(shí)還顯示，上部土層的加固效果明顯好于下部，尤其表現(xiàn)在淺層10 m以內(nèi)，說明塑料排水板的影響效果是由上至下遞減的。

4)將一期和二期場(chǎng)地預(yù)處理后的土性指標(biāo)進(jìn)行綜合比較后，不難發(fā)現(xiàn)二期場(chǎng)地的加固效果略好于一期，這和二期場(chǎng)地較好的工程地質(zhì)條件及施工質(zhì)量是密切相關(guān)的。

2.2 場(chǎng)地監(jiān)測(cè)成果

場(chǎng)地監(jiān)測(cè)中能很好地反映地基土排水固結(jié)效果及指導(dǎo)堆載施工的是地表沉降觀測(cè)和孔隙水壓力觀測(cè)。

2.2.1 孔隙水壓力

孔隙水壓力的消散過程對(duì)施工具有關(guān)鍵的指導(dǎo)意義。在加載期間，超孔隙水壓力不斷上升;在荷載停歇期，超孔隙水壓力則不斷降低。在地基淺層塑料排水板加固區(qū)，超孔隙水壓力消散的速度較快，而在其下臥區(qū)，消散比較緩慢，固結(jié)速度明顯比加固區(qū)的要慢。

實(shí)測(cè)的超孔隙水壓力消散度隨時(shí)間變化過程見圖1，其中位于一期場(chǎng)地的是 K14、K22，位于二期場(chǎng)地的是K15、K26和 K17。從總體上看，和一期場(chǎng)地比較，二期場(chǎng)地超孔隙水壓力消散情況較佳，其中 K15、K26的平均消散度均 ＞75%，而 K17位于預(yù)處理邊界之外，其消散也相應(yīng)較慢。

圖1 超孔隙水壓力平均消散度監(jiān)測(cè)曲線

2.2.2 地表沉降

土體的沉降隨著孔隙水壓力的消散而逐漸增加，沉降是否穩(wěn)定也是衡量土體加固效果的一個(gè)重要因素。本次監(jiān)測(cè)在廠區(qū)的不同區(qū)域布置了沉降觀測(cè)點(diǎn)，選擇其中有代表性的觀測(cè)結(jié)果列于表3中。從所列數(shù)據(jù)計(jì)算得出，一期場(chǎng)地平均地表沉降達(dá)624.7 mm，而二期場(chǎng)地平均地表沉降則為511.9 mm。

表3 場(chǎng)地地表沉降觀測(cè)結(jié)果

2.3 承載力分析

根據(jù)一、二期場(chǎng)地的勘測(cè)資料，可以比較直觀得出場(chǎng)地預(yù)處理后地基土的承載力變化情況，根據(jù)各種評(píng)價(jià)方法得出的分析結(jié)果匯總于表4，并綜合得出預(yù)處 理后的地基承載力。

表4 預(yù)處理后場(chǎng)地地基承載力fa匯總

將預(yù)處理前、后地基土承載力的變化情況匯總于表5，從中可知，經(jīng)過400多天的場(chǎng)地預(yù)處理后，地基土承載力明顯提高，其中最為軟弱的、也是本次處理重點(diǎn)的②1、②2淤泥承載力分別提高20 kPa和10 kPa，增長(zhǎng)比例分別為50%和20%，另外從增長(zhǎng)的比例來看，塑料排水板影響范圍內(nèi)的淺層土加固效果相對(duì)更為明顯。

表5 預(yù)處理前、后地基土承載力fa

2.4 沉降及固結(jié)度

在堆載預(yù)壓排水固結(jié)法處理軟基的過程中，土體固結(jié)度的計(jì)算貫穿設(shè)計(jì)和施工的全過程。通過固結(jié)度的計(jì)算，一方面可以推算土體強(qiáng)度的增長(zhǎng)，確定相應(yīng)的加載計(jì)劃和預(yù)壓期限;另一方面可以反推軟基的最終沉降量和預(yù)測(cè)沉降穩(wěn)定時(shí)間，提出工程具體卸載的時(shí)間。

根據(jù)實(shí)測(cè)的堆載—沉降曲線，當(dāng)最后一級(jí)荷載加載后，在沉降逐步穩(wěn)定并收斂的曲線段選時(shí)間間隔相等的三個(gè)沉降實(shí)測(cè)值，可以推算土體的最終沉降量和固結(jié)參數(shù)，再依照分級(jí)加載的情況對(duì)實(shí)測(cè)的堆載—沉降曲線進(jìn)行修正，以此可推算出土體t時(shí)刻的固結(jié)度。在多組數(shù)據(jù)綜合分析的基礎(chǔ)上，可以對(duì)土體的最終沉降量及固結(jié)度進(jìn)行反推，現(xiàn)將部分有代表性的監(jiān)測(cè)分析結(jié)果列于表6。從表6可看出，兩種不同方法得到的平均固結(jié)度值相差不大，均為80%左右，說明場(chǎng)地預(yù)處理的效果較好。另外，從細(xì)部分析，二期場(chǎng)地由于綜合條件較好，其排水固結(jié)的效果總體上比一期場(chǎng)地好，其中位于二期場(chǎng)地腹部的B9，其固結(jié)度優(yōu)于位于場(chǎng)地堆載邊緣的B10。一期場(chǎng)地的B40位于場(chǎng)地外圍靠近海岸的一側(cè)并緊鄰海堤，該處壓縮層厚度較大，因此其固結(jié)速度相對(duì)較慢;而B17附近即一期Ⅳ區(qū)的局部未進(jìn)行預(yù)處理，因此該處土體固結(jié)度較其它區(qū)域低。

表6 沉降觀測(cè)結(jié)果分析

3 結(jié)論與建議

1)通過對(duì)勘探和觀測(cè)資料的分析，證明在這樣深厚軟弱的淤泥地基上，采用塑料排水板加固來處理地基，場(chǎng)地最大沉降達(dá)1 428.7 mm，最小沉降為94.6 mm，固結(jié)度平均在80%左右，達(dá)到了地基土加固的效果。

2)孔隙水壓力的觀測(cè)表明，在加載期或預(yù)壓期孔隙水壓力的消散有明顯規(guī)律，其變化與荷載是相應(yīng)的，并且隨著荷載的逐級(jí)增加，其消散的速率也越慢?？讐旱挠^測(cè)結(jié)果能反映地基土上層受荷及排水固結(jié)的實(shí)際情況，孔壓反應(yīng)靈敏，可作施工控制指標(biāo)之一。

3)位于堆載邊緣的地帶，地基中由堆載所造成的附加壓應(yīng)力不及腹部地區(qū)大;老海堤附近由于圍堤的整體剛度大，對(duì)壓載的傳導(dǎo)起了某種“卸荷”作用，減少了附加固結(jié)壓力。上述均是造成預(yù)處理效果不均的可能因素。

4)對(duì)于結(jié)構(gòu)性強(qiáng)、靈敏度高的軟黏土或超軟土，在施工中必須盡量減少對(duì)土體的擾動(dòng)，另外在潮間帶區(qū)填砂墊層，要采取措施(如設(shè)置排水濾管等)避免浮泥覆蓋砂墊層，否則都會(huì)直接影響地基土的排水固結(jié)效果。

[1]焦長(zhǎng)洲，鄭衛(wèi)華，高波.各向異性固結(jié)黏土不排水剪強(qiáng)度研究[J].鐵道建筑，2008(4):47-50.

[2]孫樹賢，鄭兆遠(yuǎn)，王兵.真空一堆載聯(lián)合預(yù)壓在公路軟基處理中的應(yīng)用[J].鐵道建筑，2007(6):55-57.

TU472.3+3

B

1003-1995(2010)05-0087-03

2009-11-11;

2010-02-25

何維山(1986— )，男，安徽肥西人，碩士研究生。

(責(zé)任審編 王天威)