饱和软土地基动力排水固结预处理技术的研究与应用

邹 明 生

(海南省地质综合勘察院，海南 海口 570206)



饱和软土地基动力排水固结预处理技术的研究与应用

邹 明 生

(海南省地质综合勘察院，海南 海口 570206)

通过饱和软土地基动力排水固结常规试验，分析了动力排水固结技术在处理饱和软土地基时的优势，并在该研究基础上，探讨了饱和软土动力排水固结处理前后微结构形态变化规律。

饱和软土地基，动力排水固结技术，软土微结构，力学指标

0 引言

动力排水固结预处理技术普遍应用于地基处理过程中，其与一般处理技术相比具有施工简单和加固效果明显的应用优势。动力固结法和排水固结法的结合，使动力排水固结预处理技术改善软土的排水固结特性更加明显，鉴于此，本文对该课题的研究具有重要的意义。

1 饱和软土地基动力排水固结常规试验

1.1 试验区场地工程地质条件

表1 试验区地质概述

如表1所示，其为试验区场地地层的主要特点和土质组成情况。试验区的工程地质特征如表2所示。针对试验区的地质条件，该工程建设过程中需要处理软土的固结变形问题，从而进一步提高抵抗水平荷载的能力[1]。

表2 试验区工程地质特征参数

1.2 饱和软土地基动力排水固结预处理试验内容

采用动力排水固结技术处理饱和软土时需要注意超孔隙水压力的产生，其不仅会严重影响到土体加固的质量，同时也会使土体的承载能力下降。因此，采用动力排水固结技术施工时，要减少超孔隙水压力的影响，在试验区吹填细砂层1 m～2 m，然后在地基土的细砂层1 m以上插入排水板，排水板施工要保证其具备较为合理的布局安排和间距，本实验中采用了方形的布局，间距为1.2 m×1.2 m[2]。

试验区周围的排水段施工需要满足的要求如下：1)在低于固结面1.5 m以上进行排水沟施工；2)每20 m设置一口集水井进行抽水；3)固结处理施工采用的方式为多遍少击、双向排水和逐级加能；4)试验区不同区段均点夯3遍，每遍6击，其中每遍采用的夯击能依次为1 500 kN·m，1 200 kN·m和900 kN·m。除上述试验内容以外，还要保证土层的总沉降量处于1 300 mm以下，在经过3遍夯击以后要保证原地具有最大程度的平整度。

在试验过程中要在施工的试验区段选择一个具有代表性的断面，通过钻孔的方法，在地下2.5 m，4.5 m，6.5 m，8.5 m，10.5 m和12.5 m深度处埋设孔隙水压力计，然后回填砂，使其周围变得紧实。得到的测试结果如下：2.5 m处各区段水压力值为0.037 MPa，0.04 MPa，0.03 MPa，4.5 m处各区段水压力值为0.045 MPa，0.05 MPa，0.06 MPa，6.5 m处各区段水压力值为0.06 MPa，0.06 MPa，0.06 MPa，8.5 m处各区段水压力值为0.07 MPa，0.07 MPa和0.02 MPa，10.5 m处各区段水压力值为0.09 MPa，0.095 MPa，0.09 MPa，12.5 m处各区段水压力值为0.11 MPa，0.10 MPa和0.12 MPa[3]。

试验过程中测试到的地表沉降范围和总的平均夯沉量如表3所示。

表3 地表沉降范围和总的平均夯沉量 m

1.3 影响饱和软土动力排水固结效果的因素研究

通过上述试验内容可以总结出影响动力排水固结效果的主要因素，即夯击能量、土层的分布特征以及夯锤底面积。上述三要素影响动力排水固结效果的规律如下：1)适当增加单击夯击能量，可以起到较好的加固效果，但是要控制好夯击能量所处的范围；2)影响加固效果的土层包括上层土质较好、下层土质松软的土层以及饱和度小于42%的土层；3.2 m2～4 m2的夯锤适用于砂土和碎石地材料场地，3 m2～4 m2的夯锤适用于粘性土，4 m2～6 m2的夯锤适用于淤泥质土。

2 饱和软土动力排水固结处理前后微结构形态变化规律研究

自然状态下，软土微结构包括蜂窝状结构、海绵状结构、骨架状结构、絮状结构和凝块状结构五种，蜂窝状结构的软土孔隙率为65%～85%，粘粒量大于30%，海绵状结构的粘粒含量为35%左右，骨架状和絮状结构的特点主要是孔隙率较大，颗粒分布不均匀。凝块状结构的粘粒组成特点为粒径大于30 μm，粉粒含量较少。

3 饱和软土工程性质指标与微结构参数的相关性分析

在研究动力排水固结法的加固效果时，饱和软土工程特性以及微结构状态参数相关性规律研究是最佳的分析对象，即在分析这些参数相关性的同时，可以对动力排水固结法的加固效果进行有效的评价。

3.1 动力排水固结处理前后各物理力学指标相关性分析

由于试验区土层含水量较高，因此在动力排水固结处理前，饱和软土的密度、孔隙比、压缩系数与含水率的相关性较好，而土层的孔隙比和饱和度等指标与土层密度的相关性一般。其次，相关性显著的指标还包括塑限、塑性指数间以及强度指标和重度之间，这几组物理指标的相关性可以达到0.95以上。除了相关性显著的指标组以外，还包括相关性极差的压缩性指标与重度。

3.2 动力排水固结处理前后微结构参数和压缩系数的相关性分析

土的压缩性与土层的孔隙比相关，因此在分析微结构参数与压缩系数的相关性时也可以判断动力排水固结处理技术对土层的加固效果。在动力排水固结处理前，土层的孔隙度与压缩系数间的相关系数为0.89，呈显著的线性关系。其次，各个与孔隙相关的微结构参数间的相关性达到0.95以上，由此可见，孔隙度与压缩系数间的相关性较强。

在经过动力排水固结处理以后，与孔隙度相关的微结构参数间的相关性达到0.99以上，相关性更为显著。此外，通过分析发现，孔隙度和孔隙数目是影响压缩系数的主要结构参数，孔隙度与压缩系数间的相关性为0.93以上，而孔隙数目与压缩系数间的负相关性也达到0.9以上。换句话说，经过动力排水固结处理以后，土层加固紧实效果突出，压缩系数和微结构参数的相关性更加显著。

4 结语

通过分析饱和软土地基动力排水固结常规试验，总结了影响动力排水固结效果的主要元素。通过分析饱和软土动力排水固结处理前后微结构形态变化规律，说明了动力排水固结处理技术的应用优势。

[1] 张季超,曾华健,童华炜,等.广东科学中心饱和淤泥质砂土地基预处理技术的研究与应用[J].广州大学学报(自然科学版),2007(3):62-67.

[2] 周 晖.珠江三角洲软土显微结构与渗流固结机理研究[D].广州：华南理工大学,2013.

[3] 刘 明.饱和软粘土动力本构模型研究与地铁隧道长期振陷分析[D].上海：同济大学,2006.

Study and application of dynamic drainage consolidation pretreatment technology for saturated soft soil foundation

Zou Mingsheng

(GeologicalSurveyInstituteofHainanProvince，Haikou570206,China)

This paper will research the saturated soft soil foundation with dynamic consolidation of conventional test, analyzes the advantages of dynamic drainage consolidation technique in the treatment of saturated soft foundation, and to explore the saturated soft soil dynamic drainage consolidation treatment before and after the micro structure changes in its research basis.

saturated soft soil foundation, dynamic drainage consolidation technology, soft soil microstructure, mechanical index

1009-6825(2016)32-0085-02

2016-09-02

邹明生(1979- ),男，工程师,国家注册岩土工程师

TU471.8

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