塑料排水板堆载预压软基处理变形观测分析

1、塑料排水板堆载预压软基处理变形观测分析摘要：采用塑料排水板堆载预压法对某软土路基工程进行处理，在预压过程中对路基变形及孔隙水压力等进行了严密观测。同时通过综合运用浅层沉降监测、深层沉降监测、孔隙水压力监测、地下水位观测等手段，结合软基处理过程中地表沉降、孔隙水压力等的变化规律，深入分析塑料排水板堆载预压软土地基处理方法的加固效果；同时在观测时间足够长的条件下，推算出预压荷载下的最终沉降量和固结度。分析结果表明，该方法能有效地加快软基的固结沉降，提高地基土的稳定性和承载力，可供软土地基处理设计与施工参考。 关键词： 塑料排水板；软基处理；变形检测；固结度0 引言某段市政道路位于软土地基上，对软基

2、采取了塑料排水板堆载预压处理，在试验区安装埋置监测仪器，并在施工过程中进行了严密的变形观测，用以控制施工加载速率以及确保路基的稳定性和承载力。本文通过对监测数据进行深入分析，总结塑料排水板堆载预压处理的地表沉降、孔隙水压力等变化规律，研究塑料排水板堆载预压法加固软基的效果。 1 工程概况场地地质条件主要为海积阶地，地势低洼，原地面标高吹填至2.3m 左右。该淤泥层在填土和路面荷载作用下将产生较大的沉降变形和差异沉降，会严重影响道路的使用功能。因此，必须对软弱土层进行地基处理之后才能进行后续的道路工程建设。1.1 场地地层结构特征软基处理前场地的地层结构自上而下分别为：（1）第四系人工填土层（Q

3、4ml ）：填石：杂色，土质不均匀，主要由花岗岩碎块石组成，分布于2#塘场地四周封闭围堰上，分布厚度极不均匀，层厚在0.5014.40m 之间。填砂：主要由褐黄、灰黄色中粗砂和黑色含贝壳细砂组成，由人工吹填而成，顶面标高为+3.00m 左右。（2）海积层（Q4m ）：淤泥：深灰色、灰黑色，饱和，流塑，含贝壳碎片等有机质和少量粉细砂，软基处理前淤泥层厚度在0.5013.40m 之间，层顶高程在+2.10-10.06m 之间，层底高程在-7.29-12.67m 之间，本层为软基处理的主要对象。（3）冲洪积层（Q4al+pl）：该层多以粉质粘土或粘土、砂混粘性土、淤泥质土和混合砂等互层或夹层或透镜体

4、等形式出现。其中粉质粘土为淤泥下卧层。粉质粘土：很湿饱和，可塑，局部软塑，揭露的层厚一般在1.309.50m 之间，平均层厚为4.58m 。（4）残积层（Qel ）：砂质粘性土：杂色，稍湿湿，可塑硬塑，为花岗岩风化残积而成。1.2 场地地下水根据场地勘察资料，本场地地下水主要赋存于人工填石层、吹填中粗砂层和冲洪积砂层中，地下水类型为上层滞水和孔隙潜水类型，淤泥为隔水层，地下水较丰富，地下水的主要补给来源为大气降水的垂直补给和海水的侧向径流补给。2 堆载预压设计方法2.1 堆载预压控制标准1）沉降要求：工后剩余沉降量不大于15cm ，差异沉降不大于0.2%；2）回弹模量：卸载后的交工面回弹模量3

5、0Mpa ；3）路基填土的压实度要求：机动车主道在080cm 为95%，>80cm 为93%；2.2 堆载预压设计要点 该场地采用塑料排水板与堆载预压相结合的方法对该段软基进行处理。方案设计要点为：1）清淤及场地平整：将场地内不适合做路基填土的烂泥及石块清除，便于插板施工。2）铺土工布：人工铺土工布，回填0.6m1.0m 砂垫层。塑料排水板:塑料排水板间距按1.0m 三角形布置，要求塑料排水板穿透所要处理的软土层进入淤泥底层, 上端高出排水砂垫层20cm 。3）盲沟和集水井：在中心线设置一条主盲沟，在垂直和沿道路两侧设支盲沟，主支盲沟交点设集水井。4）地基填料：按路基填筑标准进行分层填筑

6、。5）堆载预压土方：全路段机动车道预压土厚度为2.5m ，人行道及绿化带厚度为1.8m 。6）堆载预压时间：满载预压按150 天进行预压。7）卸载：预压满足设计要求后，即可卸载。3 软基监测方案为了及时掌握真空预压施工过程中沉降、孔隙水压力、强度变化等有关信息，起到指导施工、监控施工安全、验证设计、检验加固效果的作用，本软基工程监测方案采取埋设了表层沉降板、边桩、深层沉降标、孔隙水压力、水位管，并对在场区内埋设的监测设备按设计频率进行监测，以便掌握固结沉降、水平位移、孔隙水压力消散及水位变化的情况。变形及孔隙水压力观测从砂垫层和塑料排水板施工完成后开始算起，不考虑插设塑料排水板期间由于排水条件

7、改善引起的沉降量1 。本工程具体的监测的工作内容和数量详见表1。监测点基本上均布于整个场区，监测点现场定位按照设计文件中“监测点布置图”进行实地测放，监测点位置详见图1。4 软基监测结果分析4.1 浅层沉降监测沉降板监测的主要目的就是监测沉降板以下土层在堆载作用下的沉降量及其随时间的发展过程。一方面可用来评价填土加载速率的安全合理性，另一方面可通过对观测结果的分析，计算出淤泥的实际固结度，推算出地基工后沉降值以及确定合理的卸载时间2 。 浅层沉降标由沉降板和测杆组成，沉降板采用500大小的钢板，测杆采用镀锌水管，每段测杆长1m ，以高强度接头相连，测杆焊接在沉降板上并埋设于砂垫层内，测杆随加载

8、高度增加而接长。本次监测共有71个浅层沉降观测点，其中区(仓库区 分布有49个观测点，区（堆场区）分布有22个观测点，区满载时间在2005 年4 月下旬，区满载时间在2005 年7月上旬。由监测成果可知：地基经堆载预压处理后的累计沉降最大值发生在位于区（仓库区）的S66 点，累计总沉降量为2547mm ，其中S66 点的荷载（P ）沉降（S ）时间（t ）关系曲线见图2。累计沉降最小值发生在区（堆场区）的S71，累计总沉降量仅为1267mm ，其中S71 点的荷载（P ）沉降（S ）时间（t ）关系曲线见图3。截至最后一次观测成果，整个场地（区和区）平均总沉降量为2010mm ，其中区（正常卸

9、载区域）累计总沉降量为17012547mm ，平均累计沉降量为2090mm ；区（正常卸载区域）累计沉降量为12672455mm ，平均沉降量为2025mm ；位于4 号路、7 号路及9 号路提前卸载区域内浅层沉降观测累计总沉降量在12902396mm 之间，平均累计沉降量为1864mm 。表2 列举了部分测点的浅层沉降监测资料计算分析结果。根据实测浅层沉降观测结果及分析推算可知在预压荷载作用下，区（正常卸载区域）后期沉降速率在0.000.09mm/day 之间，平均沉降速率为0.05mm/day，剩余沉降在148mm 之间，平均剩余沉降量为10mm ，淤泥的固结度在97.299.9%之间，平

10、均固结度为99.5%；区的后期沉降速率在0.000.18mm/day(剔除S70 ，平均沉降速率为0.11mm/day，剩余沉降在1139mm 之间，平均剩余沉降量为16mm ，淤泥的固结度在94.099.9%之间，平均固结度为99.3%;受修路影响而提前卸载区域内各浅层沉降观测点后期沉降速率在1.09.67mm/day，平均沉降速率为3.92mm/day，剩余沉降量在121599mm 之间，平均剩余沉降量为347mm ，淤泥的固结度在72.494.2%之间，平均固结度为83.9%。沉降量与荷载、淤泥厚度、时间关系密切，每施加一级荷载时，沉降量和沉降速率均有明显增大，沉降后期荷载（P ）沉降（

11、S ）时间（t ）关系曲线平缓，沉降速率小、沉降速率时间关系曲线收敛良好，说明场地沉降已趋于稳定。据所测资料对最终的沉降量进行推算，并将观测的沉降量值和计算值比较，确定铺设路面的时间。据已知沉降数据推测沉降及最终沉降主要有双曲线法、Asaoka 法和三点法3 。双曲线法是一种数学拟和的方法，而Asaoka 法和三点法都是建立在一维垂直固结方程基础上的方法。本工程插板区及过渡带在超载下的沉降板的主固结沉降量的推算采用三点法。4.2 深层沉降观测深层沉降标由螺旋锚头、测杆和保护管等组成，埋设时使用螺旋锚头将测杆锚固于淤泥下卧层内不少于0.50 米，在插板完成后由钻机配合进行埋设，埋设后将测杆和保护

12、管引出，测杆和保护管随加载高度增加而接长。5组深层沉降观测的累计沉降量在2635mm 之间，平均为30mm 。观测成果见附表2，荷载（P ）-深层沉降（D ）-时间（T ）关系曲线见下图4。从深层沉降观测结果可知：本场地淤泥下卧层沉降量较小，仅占整个地基总沉降量的12左右。4.3 孔隙水压力监测结果分析（1）主要目的：了解孔隙水压力增长与消散过程情况，了解土体的强度增长情况，控制堆载施工速度。（2）孔隙水压力传感器的加工与埋设：埋设工作在插板完成后进行，采用钻机配合进行埋设，孔隙水压力传感器间距为2.0m 左右，每孔竖向布置孔压传感器45 个，埋设时保证传感器放置垂直，与传感器连接的电缆测线由

13、保护管引出，随堆载高度增加而接长。孔隙水压力观测孔在不同深度设置孔隙水压力传感器，观测时间从2004年10月16日开始至2006年2月14日结束。图5（a ）、5（b ）分别绘制了U1和U2的荷载（P ）-孔压（U ）-时间（T ）关系曲线见下图5。由孔隙水压力监测结果分析表明：（1）孔隙水压力大小受上覆荷载影响显著，各传感器孔压测值随传感器位置深度不同而不同，传感器埋置越深，孔压测值越大。（2）每个传感器对应孔隙水压力变化与加载时间和大小的关系密切。每增加一级荷载，孔隙水压力值就有聚增现象，但随着淤泥的排水固结，孔隙水压力逐渐消减。下一级荷载施加时，前一级荷载作用下的孔压增量已有明显消减，软

14、土得到固结，强度满足加载要求，最后一级荷载施加（即满载）后，经过稳定期的排水固结，至卸载前孔压已基本消散，孔压曲线趋于平稳，说明场地排水固结趋于完成。4.4 地下水位观测（1）主要目的：配合场内孔隙水压力测量，推算超孔隙水压力增长及消散情况，指导堆载施工及抽排水工作。（2）水位观测管的加工与埋设：地下水位观测管采用带孔的硬塑料管制成，由钻机配合在插板完成后埋设，盲管部分埋入淤泥层中1.00m 以上，管周回填滤料。地下水位（w ）与时间（t ）的关系曲线见下图6。从地下水位关系曲线分析表明，每级加载时，地下水位均有所上升，然后随着抽排水工作的进行，地下水位逐渐下降。稳载期间地下水位维持在1.08

15、m 4.54m 标高之间，平均标高为3.47m 。从W6、W7、J29、W8和W9的地下水位（w ）时间（t ）关系曲线来看，地下水位观测孔中的地下水位与集水井中的水位升降关系密切，集水井中抽水时，其临近的地下水位观测孔中的地下水位也随之下降，但降深的幅度较小，且时间上稍显滞后。5 结论（1）地基经堆载预压加固处理后的累计总沉降量在12672547mm 之间，整个场地平均总沉降量为2010mm ，其中区（正常卸载区域）平均沉降量2090mm ，区平均沉降量2025mm 。（2）区（正常卸载区域）后期沉降速率在0.000.09mm/day之间，平均为0.05mm/day，满足设计对沉降速率小于1

16、mm/day的要求；剩余沉降量在148mm 之间，平均剩余沉降量为10mm ，满足设计对剩余沉降量小于150mm 的要求；淤泥固结度在97.299.9%之间，平均固结度为99.5%，大于设计要求值92.1%。区（正常卸载区域）的后期沉降速率在0.000.18mm/day(剔除S70 ，平均为0.11mm/day，满足设计对沉降速率小于1mm/day的要求；剩余沉降在1139mm 之间，平均剩余沉降量为16mm ，满足设计对剩余沉降量小于150mm 的要求；淤泥的固结度在94.099.9%之间，平均固结度为99.3%，大于设计要求值93.3%。因此，根据上述监测结果我们认为本场地的软基处理已经达

17、到了设计要求45 ，可以进行后续卸载施工。（3）通过监测表明，本次软基处理设计方案是经济合理的，施工中无异常情况发生，软基处理效果良好，场地均匀性较好，场地地基在原设计使用功能和使用荷载状况下能完全满足本软基处理设计中的技术要求6 。（4）本次工程监测直观、合理地反映了在堆载预压法加固软基过程中，软土固结沉降、孔隙水压力、地下水位等的变化情况，起到了信息化施工、控制堆载施工速率等的作用，达到了监测的预期目的，监测资料与效果检测资料结合，能够充分有效地评价软基处理效果，并为同类工程提供了可借鉴的经验资料。阅读更多理工论文就在科技论文网参考文献 (References1 蔡小会南方某路基软基处理工

18、程监测分析J地下空间与工程学报，2007，(01：176180（CaiXiao-hui Monitoring and analysis of soft soil treatment of certain subgrade insouth ChinaJChineseJournal of Underground Space and Engineering，2007，(01：176180. （in Chinese）2 白冰，肖宏彬软土工程若干理论与应用M北京：中国水利水电出版社，2002. （Bai Bing ，XiaoHongbing Soft soilengineering some orieses and applicationMPeking ：Chinese water conservancywater give or g