排水固结法加固软土地基
 

摘要:利用插塑料排水板方式进行堆载预压,排水固结软土地基,通过对堆载前后的持力土层进行主要物理力学性能指标分析和相关实测值的计算,总结了采用堆载预压法的条件,以及运用此项技术解决实际工程中地基处理需要的可行性。

关键词: 堆载预压,排水固结法,固结度,静力触探

中图分类号:TU4  文献标识码:A  文章编号:(200502-0025-02

 

排水固结法加固软土地基

 

张铭军

 

1.引言

排水固结法是利用天然地基土层本身的透水性或设置在地基中的竖向排水体,通过预先在地表进行加载预压或利用建(构)筑物自身重量使土体中孔隙水逐渐排出,土体逐渐固结,地基土逐渐压密,强度逐步提高的方法。堆载预压法是利用天然地基作为排水系统,其固结排水过程是一维固结排水过程,而砂井预压法,由于在地基中设置了竖向排水体,其固结排水过程为三维固结排水过程。由于普通砂井用砂量较大,施工机械接地要求较高,因此,普通砂井大多用小直径的袋装砂井或塑料排水板所替代,尤其是塑料排水板,因其功效较袋装砂井更高,综合价格更低,所以在实际工程中得到越来越广泛的应用。本文就是通过介绍采用堆载预压排水法处理软土地基,来进一步探讨采用堆载预压法处理软土地基的适用条件及实际效果。

2.工程地质概况

某建筑工程,占地约30×104 。此场地原为水产养殖场,鱼塘遍布,地势相对较为平坦。渔塘底面标高约为+0.5 ,其下为0.5~0.7 的塘泥,0.5~13.4 的淤泥质粉质粘土,0.7~4.5 的淤泥质中砂,1~8 的粉质粘土。土层主要物理力学性质指标见表1所示。

1  土层主要物理力学性质指标

土层

名称

含水量ω(%)

孔隙

e

天然

重度γ(KN/m³)

液性

指数

I L

压缩

系数

α1-2

MPaˉ¹

抗剪强

度指标

十字板剪切强度Cu

(KPa)

水平固

结系数

Ch

²/s

c(KPa)

φ(˚)

淤泥

116.6

3.21~

3.36

12.2

2.32~

3.07

 

 

 

 

 

淤泥质

粉质粘土

52.6

1.45

17.2

1.62

1.4

8.0

25

9.52

4.16×

10ˉ4

淤泥质

中砂

20.7

 

 

 

 

18

23.2

 

 

粉质

粘土

24.56

 

 

 

 

37

12.1

 

 

由于设计地坪标高为4.3~4.8 ,再考虑堆载后1.2 左右的沉降,实际堆载可能达6 以上。根据《建筑地基基础设计规范》GBJ789及公式(1)、(2)验算,此时回填土的高度已超过地基稳定的临界高度,因此,必须先进行地基加固处理,以提高地基承载力并减少地基的压缩沉降量。

3.地基处理方案

本工程原场地为水产养殖场,水源补给较为充分。对于在加固范围内有足够水源补给的透水层而又没有采取隔断水源补给的措施时,不宜采用真空预压法。因此,根据此项工程的地理环境和地质状况等综合因素,经研究决定采用插塑料排水板堆载预压法加固地基,并根据场地内淤泥质粉质粘土的不同分布情况,按其厚度分别采用塑料排水板堆载预压方案和不设排水通道的预压方案。设计根据场地不同使用要求,分别取货车荷载的115%,用填土进行超载预压。超载部分的土方卸载后,回填于非插板区。

排水板在平面上可布置成正方形或等边三角形,因为,一般来说,以近似圆柱体(或正六边形)的排水方式比较均匀且有效。本工程塑料排水板采用 型塑料排水板,按正三角形布置,三角形边长1 。塑料排水板的深度根据淤泥质粉质粘土的厚度布设,但均须打穿淤泥质粉质粘土至砂土层。

由于该场地地势低洼,表层淤泥稀软,施工时适逢雨季,为了改善施工条件,在原塘面上先填铺一层厚1.5 的填土作为工作垫层,设置纵横间距为30 的排水盲沟,并利用原天然河沟铺透水土工材料作成排水暗渠,再铺设0.5 的排水砂垫层,将原插板的排水面由原+0.8 标高提高至+2.0

根据淤泥质粉质粘土的不排水剪切强度和Fellenius公式 ,及有效应力法地基抗剪强度增长公式 ,估算预压后地基土抗剪强度的增长情况并初步制定堆载预压方案。

式中:   ——可施加的荷载;

 ——天然地基土的抗剪强度,取现场十字板剪切强度;

 ——安全系数1.1

式中:   ——考虑地基剪切蠕动而引起的强度衰减折减系数,本工程加固中取0.87,加固后取0.79(一般取0.75~0.90,剪应力大取低值,反之取高值);

 ——地基中某点在加荷前的天然抗剪强度,取十字板剪切强度;

  ——有效内摩擦角函数, ;

——土的有效内摩擦角;

——堆载所引起的地基中某点的最大主应力增量,按弹性理论公式计算。

本工程初步拟定三级堆载方案,即采用2 4 6 的堆载高度。

实际施工中,为保证施工期地基的稳定,减少塑性变形,使地基强度提高和剪切应力的增长相适应,经现场试验,对填土速率、地面沉降速率、孔隙水压增加情况作了如下控制:

填土速率不超过15~20

地面沉降速率不超过15

孔隙水压增值与荷载应力增值之比 不大于0.6

边桩的位移不大于5

在预压荷载预压到地面沉降连续10 均小于1 时,认为地基固结度已达到85 %~ 90 % ,可进行卸载。

4.加固效果分析与评价

为观察并分析加固效果,在堆载区内共布设了30个沉降观测点,10个孔隙水压测点,埋设了孔隙水压力计18只,地下水位观测孔10只。图1为预压堆载中心地面测点实测的堆载—沉降—时间关系曲线和地基平均固结度过程曲线。其中实线为根据实测沉降资料用“三点法”推算的地基最终沉降 绘制的时间—固结度关系曲线,虚线为根据实测沉降推算的固结因子 ,并将塑料排水板换算成相当直径的砂井后,推算出的塑料排水板深度范围内地基平均固结度和排水板范围以下土层按单向固结理论计算的固结度,按Hart公式 ,推算出地基各土层平均固结度。

 

1  实测中心点地面沉降值和推算的固结度过程线

 

 

 

式中:   ——长度比,

 ——砂井范围土层厚度;

 ——砂井以下压缩层范围内土层厚度;

——砂井穿过范围内土层的平均固结度;

——砂井以下部分土层平均固结度。

 

由图1可见,理论计算固结度过程曲线与实测沉降推算的固结度过程曲线基本吻合,这表明了塑料排水板与砂井具有同样的排水效果。表2为卸荷前测得的部分测点( )的固结沉降和推算的最终沉降及实测回弹量。

2  实测沉降值和回弹量     

     

中点E3

边点E5

E1·E2

E6·E7

E4

卸荷前S ()

130.9

115.9

115.9

128.7

推算最终沉降S∞ ()

134.79

119.74

114.32

132.27

平均固结度Ū = S/S∞

97.11

96.79

96.4

94.3

固结因子β (1/d)

0.01989

0.01908

0.01958

0.02137

回弹量 ()

3.2

3.8

2.55

 

由表2可见,按卸荷标准控制指标卸荷时,本工程已完成固结压缩90 % 以上,卸荷后土体产生的回弹量约占总沉降量的3 % 左右,可推测,该场地在使用期,土体不会再产生过大的压缩变形,从而表明,地基加固取得了良好的效果。

3  固结度理论解与实测推算值对比

    

非插板区

   

E26

E27

E7

E10

E14

E16

理论值Ū (%)

74.49

94.4

94.4

94.8

 

 

实测沉降计算值Ū (%)

81.8

92.3

95.3

91.8

97.5

96.2

实测孔压计算值u(KPa)

 

 

95.7

92.0

95.7

 

3为部分测点同一时刻的理论计算固结度与实测推算固结度对比表。由表3可见,由沉降推算的固结度与孔隙水压力资料推算的固结度十分接近,而孔隙水压力推算的固结度代表了孔隙水压计埋设处土层的固结度,即该处淤泥质粉质粘土的固结度,而沉降测点由于埋设在淤泥质粉质粘土的顶面,所测得的是整个土层的沉降值,这就表明,本工程淤泥质粉质粘土以下的土层与淤泥质粉质粘土的压缩固结是基本同步的,也即表明,根据淤泥质粉质粘土的厚度确定插板深度是合理的。

5.加固效果

5.1物理力学性能的对比

为了检验地基加固的效果,在加固处理前后,对淤泥质粉质粘土层进行了三次原位勘探和室内土壤指标分析,见表4

4  加固前、后力学性能对比

     

加固前

加固后

天然含水量ω%

52.6

39.5

天然重度γKN /m³

17.2

17.8

孔隙比e

1.45

1.095

液性指数I L

1.62

1.13

垂直

压缩系数α1­2MPaˉ¹

1.4

0.84

压缩模量 EsKPa

1710

2422

水平

压缩系数α1­2MPaˉ¹

1.34

1.00

压缩模量 EsKPa

1880

2080

直剪

内摩擦角φu°

1.89

8.7

凝聚力 CuKPa

4.0

11.0

三轴固快

内摩擦角φсu°

25.0

24.86

凝聚力CcuKPa

8.0

14.8

 

5.2静力触探对比

静力触探试验表明,加固前静力触探 值为2.86 ,加固后达6.48 ,增值127 % ,利用 推算地基承载能力 56 提高到109

6.结论

本堆载预压工程施工共历时一年多。为节约投资,根据淤泥质粉质粘土层的厚度分别采取打设和不设插板的堆载区域,对淤泥层较薄区域仅进行了堆载预压,既可保证在施工期内满足80 % ~ 90 % 固结度的要求,又大大节约了投资,在淤泥层较厚区域采用塑料排水板,合计近200万延长米。实践证明,在饱和软土厚度不超过5 或土层固结系数 时,可考虑采用堆载预压法。

 

参考文献:

[1]刘景政等.地基处理与实例分析[M].北京:中国建筑工业出版社,1998

[2]JGJ7991建筑地基处理技术规范[S].

[3]GBJ789 建筑地基基础设计规范[S].

[4]曾国熙.利用砂井处理土坝软粘土地基[J].浙江大学学报,1975(1).

[5]朱向荣等.超载预压加固软粘土地基的若干工程问题[J].地基处理,1991(3).

[6]邹婉珠等.塑料排水板加固大面积软土地基的研究与应用[C].第二届全国地基处理学术研讨会论文集,1989.



 作者简介张铭军,男,硕士,现为北京卓达经济管理研修学院教师

paper   2007-08-10 15:32:12 评论:0   阅读:3683   引用:0

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