降水电渗联合强夯法吹填土地基处理试验研究

白金勇 李海涛 魏 巍

降水电渗联合强夯法吹填土地基处理试验研究

白金勇 李海涛 魏 巍

以天津中心渔港吹填造陆区地基处理工程为背景,对降水电渗联合强夯法吹填土地基处理进行了现场试验研究,在试验的基础上,确定了降水电渗井点布置密度、强夯夯击能、夯点间距、夯击遍数等工艺参数。通过对试验中观测到的监测和检测数据进行整理分析,得到一些有意义的结论,可为大面积工程设计、施工提供指导。

降水,电渗,强夯,地基处理

1 降水电渗联合强夯法地基处理简介

真空电渗降水联合强夯法是指结合降水、电渗与强夯击密三道工序处理软弱地基的一种施工方法,是利用抽真空设备在加固范围内产生负压,使得加固范围内的软土的孔隙水在真空的作用下,通过埋设在地表以下的专用排水通道排除;同时在降水后,再通过埋设在地基土中电极通直流电,使得软土中在真空压力下不能排除的水在电流作用下排除,从而对软土的物理力学性质得到大幅度的提高,在较软的地基上人造一个硬壳层,为后续的强夯不产生“橡皮土”创造条件,同时也为后续工序采用更大的夯击能,大幅度提高地基承载力,加大处理深度创造条件。在降水电渗使得软土含水量降到最优含水量附近后,通过强夯,夯实土壤,使软土的孔隙比大幅度减少,使浅层软土达到超固结,从而消除沉降和迅速大幅度的提高地基承载能力,使得场地达到工程设计的要求。

2 工程概况

在天津中心渔港吹填造陆区,经吹填码头区海底淤泥、粉质粘土、粉土及粉砂而成,吹填厚度 4m左右。该软土表层地基承载力特征值设计要求为 80 kPa。由于工期紧,吹填区域许多场地仍为水域,工人机械无法直接进入作业,经研究先选定 50m×50m的区域进行降水电渗联合强夯法地基处理试验,为大面积地基处理的方案选择与参数确定提供依据。

经详细勘察可知,该试验区域从上到下的分布依次为：①吹填土,厚度约 4m;②淤泥,厚度约 0.5m;③粉质粘土,厚度约 7m;④粘土,未穿透该土层。其中下面粉质粘土土质较好,从地层情况及处理要求分析,本次软基的处理对象就是表面 4.0m左右的吹填土以及下面部分原状土,使之形成一定厚度的硬壳层,以达到地基承载力和沉降的要求。

3 试验方案

3.1 试验工艺流程

铺设编织布及黑砂 30 cm→布设真空降水电渗系统→第一遍降水电渗(10 d～15 d)→第一遍点夯→第二遍降水电渗(10 d～15 d)→第二遍点夯→满夯→地基处理结束。

3.2 试验参数设计

降水电渗井点布置的密度为 4m×2m,正方形布设;阳极电渗管：间距 4m×4m,深度为 6m;阴极电渗管：间距 4m×4m,深度为 6m。

强夯夯锤质量 12 t,底面直径 2.2m,夯点的布置采用两遍间距为 5m×5m隔点跳打方式;单点夯击能量如下：第一遍点夯夯击能 500 kNm,击数 2击;第二遍点夯夯击能 1 000 kNm,击数4击;满夯夯击能 500 kNm。每遍强夯后的间隙时间通过孔隙水压力的测量确定,在孔隙水压力消散 70%后方可进行下一遍强夯。对所有夯点采用隔点跳打,第一遍强夯夯点与第二遍强夯夯点呈梅花形布置。

4 试验结果分析

4.1 地面沉降结果分析

在本试验区布置 5m×5 m的方格网状地面沉降观测点,测量每一道工序后的地面沉降情况。从试验可以看出第一遍降水和第一遍夯击后产生的沉降量最大,随着真空电渗降水和夯击遍数增加,沉降逐渐变小。这是因为下卧土层中的孔隙水在电渗降水和强夯的双重作用下迅速排除,土体发生排水固结,强度不断提高,竖向压缩量的增长速度随之减小。具体的沉降情况见表 1。

表1 试验区沉降量监测结果表 mm

4.2 电渗结果分析

试验区共布设两台电渗仪,通过记录电渗期间电压值分析可知,在电流固定在最大量程时,电压随着电渗时间的增加逐渐上升,电阻率逐渐增大。根据电渗前后土体导电率的变化可以看出,试验区内在电渗的作用下土体的含水量大幅降低,说明降水电渗是在短时间内明显降低含水量的一种非常有效的方法。

4.3 标准贯入测试结果分析

为了对比分析强夯对地基土不同深度的加固效果,试验区内分别在强夯前和强夯后进行标准贯入测试。测试结果见表 2,图1。

表2 强夯前后标贯击数对比表

从标准贯入试验结果分析可知,强夯对地面以下 1m～6m的土体均能起到不同程度的加固作用,对于地面以下 1 m～3m的土体加固效果非常明显。地基处理后表层标贯击数对应的承载力满足工程设计要求。

4.4 载荷板试验结果分析

为了检验试验区的表层地基承载力情况,地基处理结束后采用慢速载荷法进行了 0.5m2规格的正方形载荷板试验。加荷级差为 30 kPa,逐级等量加载,共计 10级。试验结果见表 3,图 2。

表3 载荷板试验数据汇总表

根据表 3,图 2可以看出,试验区经过降水电渗联合强夯处理后地基表层承载力大于 150 kPa,明显超出设计要求,本试验地基处理方法效果明显。

5 结语

结合天津中心渔港吹填地基处理工程,对降水电渗联合强夯法进行了试验研究,得出了以下结论：

1)本次试验施工所采用的降水电渗联合强夯法对地面以下1m～6m的土体均能起到不同程度的加固作用,特别是对地面以下 1m～3m的土体加固效果十分明显。2)地基处理结束后的标准贯入和载荷板试验结果表明,处理后吹填土的表层承载力超过设计要求。3)综合各组试验数据分析结果可知,本场地适合采用真空电渗降水联合强夯法对吹填土进行地基加固。本试验所采用的各项施工参数设计合理,加固效果显著,本场地大面积施工可以采用此加固方法。

[1]陶 春.真空电渗法在中船龙穴造船基地软土地基处理中的应用[J].广东土木与建筑,2008(7)：18-20.

[2]叶建峰.某软土地基强夯试验研究[J].福建工程学院学报,2008,6(6)：681-685.

[3]JGJ 79-2002,建筑地基处理技术规范[S].

[4]夏 怡.强夯振动监测与分析[J].山西建筑,2010,36(15)：116-117.

Experimental study on reclamation soilground treatment by dewater and electroosmosis com bined w ith dynam ic com paction

BA IJin-yong LI Hai-tao WEIWei

In this paper,ground treatmentof land reclamation works of the fishing port of Tianjin Zhongxin for the background,dewatering and electroosmosis combined dynamic compaction reclamation ground conducted a field testof study.Based on the test result to determ ine technology parametersof dewatering and electroosmosiswells point arrangement density,compaction tamping energy,the distance between tamping,tamping numbers etc.Through analysis ofmonitoring dataand detection data of the test,some interesting conclusionswere obtained,providing reference for design and construction of a large area.

dewatering,electroosmosis,dynam ic consolidation,ground treatment

TU472.31

A

1009-6825(2011)09-0081-02

2010-12-04

白金勇(1981-),男,工程师,中交天津港湾工程研究院有限公司,天津 300222

李海涛(1981-),男,助理工程师,沧州渤海港务有限公司,河北沧州 061110

魏 巍(1985-),男,助理工程师,天津港航工程有限公司,天津 300457