特殊地基处理 排水固结法

1、排水固结法的应用实例摘要：文章通过对某工程区基础地质分析，结合浅滩试验堤实例，介绍了基础处理设计方案，塑料排水板间距、布置和材料选取，提出了排水板插打工艺施工的注意事项。根据原位沉降变形观测成果，初步评价了排水固结法处理地基方法实践应用效果。关键词：排水结固法；塑料排水板；地基处理设计；软土地基软土地基处理一直是广大科研、建设者关心研究的课题，地基问题的处理恰当与否，关系到整个工程质量、投资和进度。本文旨在结合工程实践，共同探讨分析排水固结法在工程中应用效果。一、工程概况温州半岛工程浅滩试验堤位于温州瓯江口外霓屿岛侧滩涂上，堤坝总长度2000m，建设工期四年。堤坝上部结构为斜坡式抛石堤，堤顶路

2、面标高6m（吴淞高程），堤顶宽度9.2m（原设计8.5m），护坡两侧为混凝土灌砌块石，坡比12；下部结构为抛石镇压层，宽度为15m，表面埋砌，抛石护底。设计典型断面如图1所示：二、工程地质根据地质勘察报告中土层分析和各土层物理力学性质按成因时代，岩性特征、埋藏条件、分布规律及物理力学性质，地层划分，见表1：第1淤泥：出露涂面，青灰色，厚25m，土质差，呈饱和、流塑状态；第2层淤泥粉砂互层：冲海积土层，青灰灰黄色，顶板高程-5.0m-2.1m，局部出露涂面，近霓屿岛1km左右（即试验堤）地段缺失，厚06.1m，一般厚2.55m，土质不均匀，呈饱和、松软状态，固结排水条件较好；第3层淤泥：海相淤泥

3、土层，青灰色，顶板高度-15.1m-3m，厚29m，近霓屿岛2km范围厚度增大，为6.5m9.0m，土质差，呈饱和、软塑状态；第4层淤泥：海相淤泥土层，青灰色，土质与第2层基本相似，仅粘性变好，顶板高度-15.1m-6.4m，厚度大，一般大于14m，土质均匀，呈饱和、软塑状态；第5层淤泥质粘土：冲-海积土层，青灰色，顶板高度-27.6-25.8m，揭露最大厚度29.3m，土质较上覆土层变好，呈饱和、软塑状态，局部夹薄砂层或砂团。试验堤范围内各土层的十字板天然强度推荐（平均值）为：Su=2.89+1.40Z式中：Z深度。三、排水固结法原理排水固结法的原理是软粘土地基在荷载作用下，土中孔隙水渐渐排

4、出，孔隙比变小，地基发生固结变形，同时随着超静水压力逐渐消散，土的有效压力增大，地基土的强度逐渐增长。排水固结法常用于解决软粘土地基的沉降和稳定问题，可使地基的沉降在加载预压期间基本完成或大部分完成，使建筑物在使用期间不致产生过大的沉降和沉降差，同时可以增加地基土的抗剪强度，从而提高地基的有效承载力和稳定性。四、地基处理设计、计算（一）地基处理方案采用排水固结法排水系统竖向排水体系采用入土24.0m塑料排水板；水平排水体采用0.8m厚、15cm中碎石，含泥量5%。施加荷载使地基在前期荷载下固结，强度提高以满足下一级荷载的需求，最后加到使用荷载。同时，在施工过程中，地基逐渐沉降，在使用前，沉降已

5、大部分完成。（二）塑料排水板的作用原理和设计计算方法与砂井排水法相同设计时，把塑料板换算成相当直径的砂井，设计间距1.5m，插设深度24m。排水板选用标准：口琴型，宽10cm；厚4mm4.5mm；侧压力350KPa时，排水通量25cm3/s；滤膜采用90克的无纺布；复合体干态抗拉强度1.3KN/10m；滤膜干态抗拉强度1.3KN/m。塑料排水板按梅花形布置，排水板间距1.5m，入土深度为24.0m，水平排水系统采用0.80m厚的碎石垫层。8t/m土工布在插设排水板后铺放在碎石垫层顶面上，其作用是加强抵抗坝体的整体滑动。（三）稳定性验算路基堤整体稳定性验算采用总应力法，按圆弧法公式进行地基土力学

6、指标取快剪指标，对塑料排水板方案考虑地基土因固结而强度增长因素，计算中计如土工布的抗拉强度（取5.5t/m2）。试验堤全长2000m，现取涂面高程-3m、-2.5m两个典型断面进行稳定计算所得安全系数见表2，均满足安全要求的规定。（四）沉降计算沉降计算方法采用分层总和法，理论计算值见表3： 表3 最终沉降理论计算值表五、排水板施工要点（一）堤坝工程主要工艺流程开始定位铺设第一层有纺土工布（3t/m）抛碎石垫层施打塑料排水板铺设第二层经编土工布（8t/m）镇压层护底抛石分层填筑堤身混凝土灌砌后护坡混凝土堤顶路面浇筑。（二）塑料排水板施工要点1在转盘和打设过程中塑料排水板滤水膜应避免损坏，防止淤泥

7、进入板芯堵塞输水孔，影响排水。2塑料板如需接长时，为保证良好的通水效果，应采用滤水膜内平搭接的连接方法，搭接长度不小于20cm。3按照设计要求严格控制间距和深度；塑料排水板与桩尖连接要牢固，避免和减少塑料板回带。六、沉降观测施工速度与沉降位移观测堤坝施工考虑预留沉降。堤坝设计高程为6m，验收标高为6.5m。本工程沿海堤纵向设置36个原位沉降断面，每个观测断面分别埋设35根地表和水平观测沉降标。根据观测资料反映，由于该工程基础处理采用了插设排水板，地基沉降速率收敛较快，一般经过一个多月的固结，（实测最大）沉降速率由300mm/day以上降到10mm/day以内；3个月后，沉降速率降到35mm/d

8、ay左右；但沉降速率降到1mm/day以下需要较长时间。当镇压层荷载填筑基本到位后，只在堤中心填筑荷载，充分利用基底土工布拉伸性质，使得坝体沉降均匀，地基中土体的水平位移增加较少，镇压层起到了较好的反压作用。整个试验堤施工过程中通过原位沉降变形观测，在地基无异常情况下，保证了堤坝工程施工速度，从而保证了总工期实现。七、应用评价1以土工布、碎石垫层作为堤身垫层，增加了堤基整体性，调整、扩散、均布上部传下的应力，所以，经过排水固结地基的沉降也就比较均匀。2通过塑料排水板、碎石层排水固结作用，地基承载力有较大的提高，满足了荷载设计要求，同时解决温州浅滩深层超软地基低强度和加荷速率的矛盾。3本工程共采

9、用3t/m土工布20.7万平方米，8t/m土工布13.1万平方米，塑料排水板144.48万米，共计1354万元，占总工程造价的18%。土工布以其反滤、排水、隔离和加固补强等主要功能与塑料排水板在工程中联合应用日趋广泛。4经主管部门验收评定基础分部质量优良，试验堤工程单元质量优良。铺设水下土工布、打设塑料排水板施工简单，采用专业施工船只作业，施工质量保证，施工强度高，造价经济，具有推广意义。参考文献1浙江中水围海技术咨询中心温州浅滩围涂促淤一期工程试验堤设计施工图、地质勘探资料19992南京水利科学研究院温州浅滩围涂促淤一期工程试验堤原位观测报告R20033华东水电工程咨询公司温州浅滩围涂促淤一

10、期工程试验堤监理工作报告R2003作者简介：夏若琪（1979），女，浙江温州人，温州海湾水运工程咨询设计有限公司助理工程师，研究方向：港口与航道工程设计；潘建华（1973），男，浙江温州人，温州海湾水运工程咨询设计有限公司工程师，研究方向：港口与航道工程设计；李绍令（1977），男，温州海湾水运工程咨询设计有限公司工程师，研究方向：港口与航道工程设计。 真空动力固结施工技术在吹填沙土地基处理中的应用 导读摘要：本文简要介绍其工艺原理、工艺流程并运用于吹填沙这种特殊地基的软基处理施工，在实施过程，通过试验确定施工技术参数，摘要：本文简要介绍其工艺原理、工艺流程并运用于吹填沙这种特殊地基的软基处理

11、施工，在实施过程，通过试验确定施工技术参数，并摸索出一种适合吹填混合土层的施工方法，以期达到能为类似工程提供借鉴的效果。关键词：真空动力固结  工艺原理  吹填砂地基处理实例  施工技术参数0 引言在我国沿海地区，由清理航道吹填砂形成的滩涂和经过多年的潮涨潮落冲积而形成的沙岛，随着港口基础建设和临港工业园区的迅速发展，被充分地利用。这种粉沙层表面积大、孔隙率小，一般含水处于饱和状态，沙层的结构极不稳定，失去水后地基承载力显著增强，遇水后内部结构迅速破坏并使地基承载力减弱甚至消失。真空动力固结强夯法处理对由吹填沙形成的滩涂地基，可消除土体液化，提高地基承载力和压缩模

12、量，也适用于地基加固处理深度不超过15m的湿陷性黄土地基（包括严寒地区湿陷性黄土地基）。此软土地基加固方法具有施工方便、工程成本低、显著缩短施工工期，对环境污染小等特点。1 工艺原理真空动力固结法是将真空降排水技术和强夯技术有机结合起来，采用布设真空排水管，用真空泵抽真空法使地下水位在负压的情形下随真空泵的工作而强制排除，以降低表层地下水、加速超静孔隙水压力的消散，使土体的含水量逐步接近最优含水量并同时对土体进行有效预压，然后重锤强夯的一种地基加固方法，或称为动力固结方式或动力挤密法，就是当地下水下降到一定位置（根据要求加固的深度而定）后，拆除加固区真空管，利用起重机械将重锤（一般9t15t）

13、吊至一定的高度（>4m，根据需要的能量确定），使其自由下落，利用重锤下落时强大冲击能量来夯实地基浅层土体，经过重锤的反复夯击，迫使土体孔隙压缩，局部液化，在夯击点周围产生裂隙，形成良好的排水通道，使孔隙水和气体逸出，并使土粒重新排列，经时效压缩达到固结，从而达到提高地基表层土体强度和增加地基处理深度，扩散应力，减少地基差异沉降的目的，使地表面形成一层较为均匀的硬层。2 工艺流程2.1 真空排水强夯施工流程 准备工作铺放总管埋设支管支管总管连接真空泵安装调试抽水水位观测拆除平整场地测放强夯点强夯推平测量夯后沉降量根据需要降水强夯遍数重复上述流程检测地基承载力2.2 高真空动力固结施工工艺说

14、明 准备工作:场地平整、测设井位、布置总管、安装真空泵抽水机组；成孔下管：水冲法成孔或机械成孔，外径约100mm150mm，井管外露地面约2030cm并在管井周围均匀回填土并振捣密实，以防漏气；设备安装：井点管与总管、真空泵机组连接后，进行运行调试，检查是否有漏气及死管的情况，发现问题应及时采取措施进行补救；抽水运行和水位测量：由专人昼夜巡查，检查真空度的变化、真空管是否正常、出水情况等，出水应先浊后清，并对降水水位进行勤监测，当水位降至要求后，报请现场监理、建设单位代表检查，符合降水水位要求后立即拆除降水管、保留外围封闭管准备强夯；测量降水后原场地地面标高并记录，布置强夯点；夯锤标定落距，将

15、控制落距的脱钩器钢丝绳长度固定，保证强夯能量；夯机就位，夯锤中心对准夯点位置并测量夯前锤顶标高，做好夯前记录；将夯锤起吊到预定高度，开启脱钩装置，待夯锤脱钩自由落下后，放下吊钩测量锤顶高程，测量并记录每一锤击后的下沉量；重复2.6 2.8 步骤，完成所有强夯；整理夯击记录，同时整平碾压进行夯后地基检测。3 特殊地质情况的真空排水强夯处理夯击时夯坑周围出现明显隆起，则要适当的降低夯击能量。夯击时相邻夯坑内出现明显的隆起，其的隆起量大于5cm时，则要适当的降低夯击能量。后一击夯沉量明显大于前一击夯沉量， 则要适当的调整夯击能量。以下两种情况需要进行开挖排水沟排除地表水并同时辅以推土机碾压挤出表层水

16、通过排水沟排除加固区域以外范围。a混合土体，如沙层中夹杂一层薄薄的粉质粘土，致使粘土层孔隙水消散缓慢或其含水不能有效地被排除土体外。b地表水丰富或地下水位较高。4 质量检测检验项目：地基变形、土体含水量，静力触探等项目的检验；含水量分析：每遍都需进行取样，检验频率每10002000m2一个检验点并做好记录；水位监测记录：高真空排水期间，每天实测水位下降情况并做好记录；夯后检测：根据规程要求检测地基承载力特征值不小于设计，以达到消除地震液化的目的；大能量夯击时，最后两击贯入度之和不大于30cm；每遍高真空抽水时间要根据土层含水量、水位监测情况确定，以确保强夯时的土体含水率为最佳状态；工艺要求：每

17、遍强夯之间间隔时间为7天或孔隙水压力消散至85以上。5 工程实例华润电力（曹妃甸电厂）铁路专用线工程位于吹填砂形成的滩涂上，面积为150000m2，其中站场110600m2，主要由粉质砂粘土、粉细砂组成，浅层含泥量较高，呈松散状态，地基承载力仅在42 kPa78 kPa间。设计要求采用真空动力固结法处理，加固深度6 m，加固后地基承载力不小于150kPa、含水量不大于28%。根据设计地质勘探资料及现场实际地质情况，铁路专用线路基范围吹填土质严重不均，以吹填沙为主，局部夹杂着粘土，其中DK3+330DK3+870段表层及地下2m左右有一层厚度为16cm54cm的粉质粘土，表层有积水，加固宽度42

18、m，地下水位高程为3.4m，地面高程为3.95m4.35m，土体孔隙水处于超饱和状态。试验参照设计降水强夯布置图同时在两种土质条件下进行，沙层地质试验结果比较满意，施工技术参数也得到了设计、监理的认可；含粉质粘土的地质水位降到要求后，强夯出现了夯坑严重超标、越夯地质条件越差、使夯机无法正常行走作业的问题，经过再一次的降水过程，同样的问题再次出现。经钻孔取样分析，位于地表下2m左右的粉质粘土层孔隙水仍处于饱和状态，主要原因是粉质粘土渗透力没有沙土渗透力强，沙层中孔隙水很快被真空排除，这样检测到的降水水位反映的只是沙层地下水位高程，而粉质粘土中的饱和水没有有效排除。对此，我们采取在加固区外侧开挖排水沟2m深左右，重新分布排水管，纵向井管间距加密至2m，横向间距5m，在真空降水的同时，用推土机在两行排水管间来回碾压，使粉质粘土中的孔隙水在重压力的作用下逐渐渗出并同时对土