堆载预压排水固结法在港口工程软基处理中的应用

■江涛

（福建省罗屿港口开发有限公司，莆田　351153）

堆载预压排水固结法在港口工程软基处理中的应用

■江涛

（福建省罗屿港口开发有限公司，莆田351153）

结合某填海造地港口工程地基处理工程实例，探讨塑料排水板堆载预压法的加固机理;基于现场软基沉降监测实测数据，分别采用三点法和双曲线法对加固后的软土地基沉降进行预测，并分析地基的最终沉降量及固结度。研究结果表明，塑料排水板堆载预压法在软基处理中的加固效果较好，软基固结度可达到90%以上，满足设计要求。

堆载预压港口工程排水固结法软基处理

在工程建设中面临着大量的软土地基处理问题，特别是在沿海广泛分布着冲击、沉积的软粘土，这些土通常都具有含水量高、压缩性大、渗透性差、灵敏度高、天然强度低等特点，为了提高地基承载力和减少工后沉降，都需对软基进行处理。塑料排水板堆载预压法通过在软土地基中打设塑料排水板形成竖向排水通道，在塑料排水板顶部铺设一层砂垫层作为水平排水通道，在砂垫层上部加载以增加土体附加应力，使土体孔隙水不断排出，达到加速软基固结沉降的效果。本文结合福建湄洲湾港东吴港区罗屿作业区9号和10号泊位工程软土地基处理工程实例，探讨塑料排水板堆载预压法的加固机理；基于现场软基沉降监测实测数据，采用“三点法”和“经验双曲线法”对加固后的软土地基沉降进行预测；通过分析地基的最终沉降量及固结度，对塑料排水板堆载预压法处理软基的固结效果进行研究。

1　塑料排水板堆载预压法加固机理

塑料排水板联合堆载预压加固软土地基的原理是排水固结法，根据固结理论，土的固结过程就是超静孔隙水压力消散和有效应力增长的过程。施加在软基上的外荷载开始全部由孔隙水压力承担，有效应力不变；在土体内和边界上孔隙水压力差的作用下，孔隙水向排水边界渗流，随着时间的推移，孔隙水压力全部转换为有效应力。孔隙水沿着排水通道从土体内不断排出，同时土体有效应力不断增加，土体产生压缩，孔隙比逐渐减小，直到土体固结、强度增大，达到新的平衡，从而实现软基加固的目的。

排水固结法由排水系统和加压系统两部分共同组成。设置排水系统主要在于改善地基原有的排水边界条件，增加土层的排水途径，缩短排水距离，它由竖向排水通道和水平向排水垫层构成。加压系统是在软土地基上填土堆载，增加土体中的附加应力，使土中的孔隙水因产生压差而渗流固结。一方面利用塑料排水板缩短土体排水距离，另一方面利用填土堆载荷载使土体内部产生孔隙水压力差，造成水力梯度将孔隙水排出，加速地基的固结与沉降，以达到提高地基承载力、保证地基稳定的目的。

2　工程概况

福建湄洲湾港东吴港区罗屿作业区9号和10号泊位工程位于莆田市湄洲湾内罗屿岛及其附近海域。根据地质勘察资料，拟建陆域形成区地层主要为第四纪松散堆积层和花岗岩及其风化层，其主要土层特征自上而下分别为：①深灰色淤泥，饱和，流塑，混少量贝壳碎片和少量腐植物，厚度1.0～13.9m；②深灰色淤泥混砂，饱和，流塑，含少量贝壳碎片和腐植物，厚度1.2～6.4m；③灰色淤泥质黏土，饱和，流塑层，含少量腐植物，厚度1.5～7.3m；④灰色中粗砂混淤泥，饱和，松散，颗粒较不均，含少量腐植物及贝壳碎片，厚度0.4～8.4m；⑤灰黄色粉质黏土，饱和，硬塑，厚度0.6～10.4m；⑥灰黄色中粗砂混黏性土，饱和，稍密—中密，厚度3.8～8.7m；⑦花岗岩全风化层，湿，密实，厚度1.0～7.3m。

该工程中采用塑料排水板堆载预压法对约26公顷陆域进行加固处理，其处理方案为：场地标高吹填到+5.0 m（当地理论最低潮面，下同）→插打塑料排水板→场地标高回填到+8.6m→堆载预压→卸载强夯整平。塑料排水板按正方形布置，间距1.1 m，采用B型排水板，排水板打穿软土层并进入黏土层。施工期间，布置了沉降观测点、以及空隙水压力等各类观测点110个，监测频率为：填筑期1次/1 d；预压期1次/5 d，通过近3年的沉降、空隙水压力监测。从而获得了大量的沉降观测数据。

3　监测成果及固结效果分析

3．1监测成果分析

各观测点的堆载预压及累计沉降量情况如表1所示。

表1　各观测点的堆载预压及累计沉降量情况表

3.2推算最终沉降量

利用实测沉降曲线预测沉降量、推算最终沉降量和反算地基固结参数的方法很多，常用的有双曲线法、三点法、沉降速率法等。《港口工程地基规范》（JTS147-2010）推荐采用“三点法”、“经验双曲线法”。本文分别采用“三点法”和“经验双曲线法”推算最终沉降量。

根据《港口工程地基规范》（JTS147-2010），“三点法”和“经验双曲线法”计算地基最终沉降量推算公式如下：

（1）采用“三点法”

式中，S∞——根据实测沉降曲线推算的地基最终沉降量；

S1、S2、S3——满载后，实测沉降曲线中对应于t1、t2、t3时刻的沉降量，t1、t2、t3满足t1-t2=t2-t3=Δt。

（2）采用“经验双曲线法”

综上所述，我们可以知道成本的管理控制和计算的管理在整个路桥工程建设中占据着重要的地位，这就进一步要求路桥的相关施工单位一定要在思想上高度重视工程的计量以及成本的管理控制工作。施工的单位一定要不断地完善和健全相关的规章制度，保证成本控制管理体系的科学可靠，进而才能够让企业在成本控制以及计量方面获取进步，更好地满足客户的个性化需求，保证企业的可持续发展。

根据已拟合的实测S～t光滑曲线，按下列公式推算：

式中，S∞——地基的最终沉降量；

S0——满载时，即t=0（假定）时的地基沉降量；

St——某时刻的地基沉降量；

α、β——与地基及载荷有关的常数，可根据式用图解法求出。

t——从满载开始的时间。

采用“三点法”和“经验双曲线法”推算的地基最终沉降量如表2所示。

表2　各测点地基最终沉降量推算结果

3.3固结度计算机加固效果分析

3.3.1采用沉降观测点计算的固结度

根据有效应力原理，t时刻地基的固结度可以表示为t时刻地基累计沉降量与推算得出的地基最终沉降量的比值。经过计算分析，各测点堆载结束时的固结度计算结果如表3。

表3　采用沉降观测数据推算的固结度计算结果

3.3.2采用孔隙水压力计算的固结度

利用孔隙水压力推算固结度的公式为：

式中，U为固结度，ΔU1为孔压累计消散值，ΔU2为孔压累计增加值。

采用上式推算的固结度计算结果示于表4。

表4　采用孔隙水压力数据推算的固结度计算结果

以上采用沉降观测数据计算的固结度和采用孔隙水压力观测数据计算的固结度分析结果表明，本工程采用塑料排水板堆载预压法处理后的软基在堆载结束时的固结度均达到90%以上，满足设计要求。

4　结论

（1）塑料排水板堆载预压是符合软土特性的有效的软土地基加固方法，本工程所采用的设计参数基本合理，未造成地基的结构破坏，同时大大加速了土体固结过程，使有效加固深度范围内土体的压缩性明显改善，土体的强度有一定增长。

（2）在堆载预压初期，软基固结度的增长速度较快，在堆载预压前期，软基固结度增长较快；随着时间延长，固结度的增长速度逐渐减慢，趋于平缓。

（3）塑料排水板堆载预压法在填海造地软基处理工程中，对加速软土的固结、缩短工期、提高地基承载力、减少工后沉降效果明显，堆载预压结束，软基固结度可达到90%以上，满足设计要求。

（4）通过比较“经验双曲线法”和“三点法”的地基最终沉降量计算结果，采用 “经验双曲线法”所推算的地基最终沉降量结果偏大，相应的固结度偏小，结果较“三点法”偏于保守，对工程偏于安全。

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