沿海滩涂区宕土-排水板作用地基的固结研究

马惠彪，孙钰杰，高　远，任建国（.浙江海洋学院海运与港航建筑工程学院，浙江舟山　360；.浙江舟山广宇建设有限公司，浙江舟山　360）

沿海滩涂区宕土-排水板作用地基的固结研究

马惠彪1，孙钰杰1，高远1，任建国2
（1.浙江海洋学院海运与港航建筑工程学院，浙江舟山316022；2.浙江舟山广宇建设有限公司，浙江舟山316021）

沿海滩涂区为高压缩性、含水量大、承载力低的土构成，把上部填土作为堆载、排水板作为竖向排水体对土进行固结，避免了一般堆载预压所带来的时间长、费用大、工况繁琐、工后大量弃土等问题。方法上运用设计排水体、加载值等获取固结模型，并把固结理论计算与实际现场固结测试结果相比对，得到两者保持基本一致的技术参数和指标。借鉴此方法可先通过设计及理论计算去指导工程实际应用为依据，为工程地基固结应用的一种创新。

堆载；排水体；固结模型

沿海地区的工程建设一般较多地建造在沿海围垦地基上，该地区土层构成主要为：最上层为素填土，俗称宕渣土，松散，主要由碎石、混砂和粘性土组成。下部压缩层为淤泥质粉质粘土和粉质粘土，干强度中等，流塑，较大可压缩性，渗透系数K一般在10-7cm/s数量级［1］。实际工程中在该类地区多数采用宕土作为上部填土，下部以淤泥或淤泥质土为主，填土堆载及后续使用都会引起下部土体继续固结，由于填土后固结的不完全性以及地处较高地下水位的大海边缘，在使用过程中普遍存在以下几个方面问题：①虽然建筑物多数采用桩基础，但由于地基土的固结导致以后使用中出现地面的沉降而影响正常使用；②随着向地下空间的发展，特别是使用桩基础地区，在基坑土方开挖时造成工程桩倾斜偏位，造成质量问题并增加了工程造价［1］。若采用后处理方法［2］，也会增加工程造价。为此，对土的固结处理显得尤为重要，而处理上所能采取的方法直接与时间、经济、效益等有关。

1　方法的比选

在该类地区现用的地基处理方法有强夯法和堆载预压法（表1）。

表1　现有几种地基处理方法比较Tab.1　Contrastive analysis for a few foundation dealing methods

现有比较适合的方法是通过设置竖向排水体进行固结。上世纪60年代末外包聚合物滤膜塑料板芯的塑料排水板在工程中开始得到应用；1981年，天津港湾工程研究所研制出我国第一台塑料排水板插板机［3-4］。在理论上CARRILO（1942）提出在瞬时加荷、自由应变条件下砂井地基的双向渗流问题，可以视为单独的径向和竖向渗流问题的简单组合［5-7］。周开茂［8］、郭彪等［9］通过考虑井阻、涂抹作用，对砂井地基固结进行了相应研究。徐妍［10］、陈国红等［11］推导了考虑涂抹区基础上的滲透系数变化竖井固结一般解。

结合沿海滩涂区的地质条件及实际工况，利用宕土与排水板共同作用下对地基土的固结，不需要场地宕土堆载高度过高，根据场地标高可事先设计计算好固结后填土标高，这样不需要堆载预压后的大量弃土，既利用了场地填土本身设置的需要，又同时起到对地基土固结堆载等作用。而在应用过程中需要合理设计堆载与排水体，控制固结过程中的指标。这里通过某工程实例使用来介绍相关方法。

2　工程现场概况

图1　工程地质剖面图Fig.1 Engineering geological profile

工程位于浙江省舟山市临城新区长峙岛，场地原为盐田，现已铺有约1.8 m厚宕渣土。地基处理技术要求：（1）加固后地基表层承载力特征值不小于180 kPa；（2）加固后的地基表层回弹模量大于60 MPa；（3）使用期内残余沉降量小于30 cm。

根据区域地质资料，由浅到深主要为：①-0吹填土，①-1粉质粘土、①-2淤泥质粉质粘土，②-1淤泥质粉质粘土、②-2淤泥质粉质粘土、③-1砂质粉土、③-2含粘性土粉砂、粉砂、③-3粉质粘土和④-1淤泥质粉质粘土、④-2粘土层、⑤-1粉质粘土，淤泥质粉质粘土层较厚（图1）。部分土的相关参数见表2中预压前的相关数据。

2.1宕渣土堆载与塑料排水板软土地基工程设计

2.1.1水平排水系统

在地基上方铺设土工布，在土工布上方铺设50 cm厚垫砂层，在垫砂层中横每隔20 m设置排石盲沟，并在盲沟交汇处设置有集水井，有抽水机定期将盲沟内积水抽除。

2.1.2竖向排水系统

在铺设完的砂垫层上，按等边三角形布置打设塑料插板，塑料排水板宽×厚=100 mm×4 mm，间距1.0 m，正方形布置。插板穿透所要处理的软土层，并进入下卧的硬层中，上端高出排水砂垫层20 cm。

2.1.3土的固结系数

土的固结系数Ch=3.40×10-3 cm2/s，Cv=3.40×10-3 cm2/s。

2.1.4堆载预压设计

根据场地固结后的标高，通过固结计算设计需要的宕土堆高，场地用宕土分为二级堆载预压。第一级预压堆高1.20 m，压力为1.2 m× 20 kN/m3=24 kPa，预压10 d；第二级堆高2.0 m，压力为24 kPa+2 m× 20 kN/m3=64 kPa，预压20 d。具体堆载设计如图2所示。

图2　堆载预压剖面示意图Fig.2　Preloading cross-sectional schematic

2.2堆载模型固结度理论计算与现场测试

高木俊介（1955）根据巴隆理论导出分级加载的固结度计算公式，曾国熙（1975）在此基础上导出了可考虑竖向和径向固结度的分级加载固结度计算公式，即为：

qi—第i级荷载的平均加速度率，kPa/d；αrz，βrz按下式计算：

根据加载工况要求计算公式（1），考虑涂抹影响条件下，并根据工程加载计划图3，从而计算出最终固结度：，工程计算理论固结度和实际监测沉降对比见图4所示。

图3　工程加载计划图Fig.3　Load project plan graph

图4　工程计算理论固结度和实际监测沉降对比图Fig.4　Engineering computing theory and practical monitoring of the degree of consolidation settlement comparison chart

3　工程实际固结分析

通过图3理论固结度和实际监测沉降对比分析得出，工程中采用二级堆载，在一级堆载10 d后直接进行二级堆载，共堆载46 d，工程理论计算46 d土体的固结度为89.67%，先期24 kPa堆载10 d的固结度为10%左右，在二级堆载之后土体迅速固结，同时沉降曲线在二级加载结束后收敛速度较快，沉降量较大，这说明土体的排水固结效果非常明显。

堆载工程最终沉降量为1.27 m，从堆载后的岩土参数对比表2中可以看出，淤泥质土层变化量最大，说明淤泥质土层为地基沉降固结的主要压缩层，其占总沉降量的比重很大，土层越往下变化越小，这说明堆载预压对深层土体作用效果减少。因此，土体的固结主要发生在相对浅层的软土中，通过处理可以大大减少后期沉降，确保工程质量。

4　结论

1）本研究提出改进的高木俊介法固结理论计算和实际工程应用中所得到的结果基本一致，可以作为同类地区的前期设计计算依据。

表2　主要岩土参数处理前后的对比Tab.2　Contrast main geotechnical parameters before and after treatment

2）从试验中得出在对土体堆载的初期和加载先期，土体的固结变化较大，停止加载后，固结逐渐趋于减少。试验发现像舟山地区堆载压力总体上不超过100 kPa的压力，通常为65～75 kPa即可使土体固结达到设计要求，不需要过度加载，以免造成经济上的浪费，这为土不需要大量堆高提供了依据。

3）堆载时间分配，通过实验数据得出通常在一级堆载之后预压10 d之后，土体的固结趋于减少，随后可以进行二级堆载，总体上约60 d工期后土体的固结度可达到90%以上。

［1］马惠彪.土力学［M］.北京：机械工业出版社，2013：95-107.

［2］马惠彪.软土地基防工程桩偏位结构及预处理法：中国，ZL201010168018.4［P］.2013-04-24.

［3］沈建东.塑料排水板堆载预压法处理软土地基的工后沉降控制研究［D］.广州：华南理工大学，2012.

［4］邢中利.塑料排水板处理高速公路软土地基路堤分析-数值模拟与现场监测［D］.成都：西南交通大学，2011.

［5］王亚军，吴昌瑜，任大春.堤防工程风险评价体系研究［J］.岩土工程技术，2006，20（1）：1-8.

［6］DUNCAN J M，SCHAEFER V R.Finite element consolidation analysis of embankments［J］.Computers and Geotechnics，1988，6（2）：77-93.

［7］杨眉.砂井复合地基固结度计算与模型试验研究［D］.长沙：湖南大学，2010.

［8］周开茂，谢康和，应宏伟，等.双面排水条件下未打穿竖井地基固结计算［J］.浙江大学学报：工学版，2007，41（1）：151-156.

［9］郭彪.竖井地基轴对称固结解析理论研究［D］.杭州：浙江大学，2010.

［10］陈国红，谢康和，程永峰，等.考虑涂抹区渗透系数的砂井地基固结解［J］.浙江大学学报：工学版，2011，45（4）：665-670.

［11］徐妍.考虑涂抹区渗透系数变化的砂井地基固结理论研究［D］.杭州：浙江大学，2008.

Research for Consolidation Model of Soil in Coastal Beach under the Function of Draining Plastic Plate

MA Hui-biao，SUN Yu-jie，GAO Yuan，et al
（School of Maritime and Civil Engineering of Zhejiang Ocean University，Zhoushan316022，China）

The soil is compressible，full of high moisture and often exhibit low strength in coastal beach areas foundation.In consolidation，the time-consuming，expensive，working operation and discarding soil can be avoided if the upper layer of the soil can be used for pressing with the aid of vertical draining plastic plate. Consolidation model can be obtained by observing loading method and the according response.Through the comparison of practice in this consolidation method to theory，we get perfect result that the parameter and index form both are similar.The method is a innovation in practice and can be used to guide practical designing.

loading；drainage body；consolidation model

TU411.93

A

1008-830X（2015）04-0403-04

2015-02-12

国家星火计划项目（2013GA700248）

马惠彪（1962-），男，上海市人，副教授，研究方向：岩土工程.E-mail：dxgy17@sina.com