静动力排水固结软基处理技术的试验研究

孟 庆 玲

(宝钢工程技术集团有限公司，上海 201900)

静动力排水固结软基处理技术的试验研究

孟 庆 玲

(宝钢工程技术集团有限公司，上海 201900)

为消除某工程软土地基的不良地质现象，以纬三路为试验段，采用静动力排水固结法对软土地基进行了处理，确定了该方法的适用性，试验结果表明：采用静动力排水固结法可以有效地减小工后沉降，提高软土的强度，并能有效地改善填土性质，且费用低廉，施工周期短。

静动力排水固结法，软土地基，沉降，试验

1 概述

沿海某工程场地存在大片的淤泥区域，面积共约2.5 km2，该区域的淤泥抗剪强度低，灵敏度高，孔隙比大，工程性能极差。场平时需填方高度达6 m～8 m，而其上拟建的建构筑物等不仅荷载较大，且对沉降要求严格。为此需进行地基处理后方可满足场地的稳定与沉降要求。

综合考虑本场地场平与地基处理的实际情况，结合拟建设施分布及使用要求，本工程推荐采用静动力排水固结法进行地基处理。为验证该方法的适用性，为将来大片场地的施工提供借鉴参数，特选取纬三路的部分路段作为试验段进行前期试验。试验结果表明：该法可以有效地减小工后沉降，提高软土的强度，并能有效地改善填土性质，且费用低廉，施工周期短，完全可适用于其他沿海地区工程软土地基的处理。

2 试验段地基处理方案

2.1 静动力排水固结法机理[1,2]

静动力排水固结法是在传统的强夯法和静力排水固结法基础上发展起来的，有机地利用强夯法的夯击机具，与静力排水固结法中排水体系进行软粘土地基处理的方法。

本试验段利用标高补足用的土方作为堆载预压料，夯击填土的动力效应起一定的超载作用；塑料排水板作为竖向排水通道，缩短排水路径，水平细砂层、盲沟和集(抽)水井的作用是水平排(汇)水，加载系统同排水系统有机组合来对淤泥进行加固。

2.2 工程地质条件

纬三路软基段的主要工程地质条件如下：①2层为素填土层，松散，平均厚度约为0.5 m；⑤1-1，⑤1-2层为淤泥，平均厚度约为10 m，平均孔隙比e=1.918，液性指数IL=1.31，淤泥土层(⑤1)的承载力特征值fak=45 kPa～50 kPa。不固结不排水粘聚力Cuu=10 kPa。静力触探qc=0.47 MPa。压缩模量Es0.1～0.2=1.37 MPa，压缩指数av0.1～0.2=1.92 MPa-1。⑤1-1，⑤1-2层是本次地基处理的主要对象；⑩1-1层为粘土层，可塑，平均厚度约为9 m，平均孔隙比e=1.013，液性指数IL=0.57，压缩模量Es0.1～0.2=6.47 MPa；⑩1-2层为含粘性土中粗砂，中密。

2.3 纬三路地基处理方案

纬三路软基处理主要采用静动力排水固结法进行处理，其剖面图如图1所示。

静动力结合排水固结方法步骤如下：

1)场地清理。2)构建场地临时排水措施：设置盲沟、集水井等，盲沟交接处设集水井。3)铺填细中砂：采用细中砂填至2.4 m。4)插设排水板。5)分层上覆填土：填土分两级，第一级填至标高4.0 m，第一轮夯击后推平夯坑，间歇一段时间后，再填至7.0 m。填土完成后再进行第二轮夯击，然后再满夯一遍，最后将整个表层推平碾压不少于两遍。6)夯击结合抽降水：四遍点夯加一遍满夯，第一、二遍夯击能在600 kN·m～1 000 kN·m，位于第一次填土标高；第三、四遍夯击能在1 500 kN·m～2 500 kN·m，位于7.0 m标高，施工过程中不断抽降水，以保持排水通畅，施工过程如图2和图3所示。

2.4 地基处理计算

2.4.1 地基固结度计算

本工程采用静动力排水固结法对软土地基进行处理，以纬三路试验段为例，处理的淤泥土层厚度平均约为10 m，在7 m厚填土荷载作用下，采用标准B型塑料排水板，塑料排水板穿透淤泥土层，矩形布置，间距1.2 m×1.2 m，加荷—时间曲线如图4所示。

根据JGJ 79—2012建筑地基处理技术规范[3]，一级或多级等速加载条件下，地基的平均固结度按下式进行计算：由此可以求出在不考虑动力影响而只考虑堆载作用，4个～6个月后淤泥地基的固结度为80%，如果考虑动力夯击作用，土体的固结度将会进一步提高。

2.4.2 稳定性分析

根据菲兰纽斯公式(1)：

Hc=5.52Ck/γ

(1)

得出如果不对软土进行处理，则纬三路一次填土极限高度约为3.5 m，只有待土体强度提高之后，才能进行后续加载，显然这将需要很长的工期才能达到。

采用静动力排水固结法处理后，预压荷载作用下地基土体的强度参数C的增长可采用式(2)进行计算：

ΔC=P0Uttanφcu

(2)

开始施工3个月后，经过一段时间的固结地基土的强度已经有较大的增长，可以继续填土至设计标高。得出90 d后淤泥强度增长了60%以上。采用Bishop方法对场地进行稳定性分析，可以得到堆载6 m高后，路堤的整体稳定安全系数为1.32，如图5所示。因此采用静动力固结法进行地基处理，3个月后可以填土到场平设计标高，而且场地处于稳定状态。

2.4.3 沉降历时曲线

计算得到的沉降历时曲线如图6所示。由图可知，插设塑料排水板后，10 m厚的淤泥土层，在上填7 m土方荷载作用下，4个月～5个月淤泥层固结度即可达80%，沉降量超过1 m。

2.5 实测结果

2.5.1 测点布置

纬三路试验段共设置了10个监测断面。在每个监测断面取2点～3点进行沉降、深层土体位移、孔隙水压力监测及土体原位测试、土体室内试验。

2.5.2 沉降实测结果

图7为6剖面测得的沉降历时曲线。

2.5.3 填土后淤泥性能指标的改善程度

地基处理施工完成6个月后，对淤泥的土性进行勘察。勘察结论如下：淤泥层通过处理后，顶部厚0.8 m～1.4 m淤泥已改良为可塑粘土，其标贯击数8击～9击；中部厚3 m～6 m淤泥改良为淤泥质粘土，其孔隙比减少到1.436(根据纬三路详勘报告，处理前为1.918)，含水量由处理前70.8%减少到53.4%，十字板强度处理前平均值为16.11 kPa，处理后为30.60 kPa；下部淤泥仍为淤泥，但孔隙比也减少到1.801，含水量由处理前70.8%减少到65.3%。十字板强度处理前平均值为16.11 kPa，处理后为26.52 kPa。紧邻勘察孔的处理前后十字板强度比较如图8所示。

2.5.4 填土性质

填土处理后，勘察结论如下：

1)回填土以稍密状态为主，局部有中密状态。2)回填土的压实系数λc范围值在0.89～0.95之间，达到了相应规范要求。3)填土从上到下孔隙比逐渐增大，压实系数逐渐降低，含水量逐渐增高。

3 结语

主要试验结论如下：

1)纬三路试验区域淤泥土层的最大实测沉降超过1.4 m。纬三路试验区域淤泥土层在填土自重压力作用下的固结度(实测沉降与计算沉降的比值)已达80%以上。

2)采用静动力排水固结法处理后，一部分淤泥变成了淤泥质土，孔隙比减小，土体强度提高，整个淤泥的土体性质得到了较大的改善。

3)采用低能量强夯，填土的性质达到了路基土的设计要求。

综上所述，利用现场细中砂水平向排水，设置塑料排水板竖向排水，与其上的填土共同构成免费加载系统和低费用排水系统，采用静动力固结方法处理该工程场地淤泥土层是合理的、符合现场实际的选择。这种方法使填土密实度达到有关标准的要求，淤泥土层性能较大改善，工后沉降大幅度降低，达到了提高工程质量，降低工程风险、降低工程投资的目标。

[1] 李彰明.软土地基加固的理论、设计与施工[M].北京：中国电力出版社，2006.

[2] 黄金林，马克俊.静动力排水固结法软基处理技术[J].广东水利水电,2007(2):66-69.

[3] JGJ 79—2012，建筑地基处理技术规范[S].

Static and dynamic drainage consolidation of soft foundation treatment technology experimental research

Meng Qingling

(BaosteelEngineering&TechnologyGroupCo.,Ltd,Shanghai201900,China)

In order to eliminate the bad geological phenomenon of soft soil foundation of one project, adopting static and dynamic drainage consolidation method to treat soft soil foundation, to determine the applicability of this method, using latitude 3 road as test load, the test result shows: static and dynamic drainage consolidation method can reduce post-construction settlement of soft soil, improve strength of soft soil and betterment overlying fill, and the expenses are cheap, the cycle of constructing is short.

static and dynamic drainage consolidation method, soft soil foundation, settlement, test

2015-01-04

孟庆玲(1981- )，女，硕士，工程师

1009-6825(2015)08-0097-02

TU472

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