排水板、砂井结合堆载预压加固处理海相软基的相关研究

摘要：针对海相软基处理，本文提出排水板、砂井结合堆载预压的加固方法，并对沉降特性、超孔隙水压力以及地基水平位移等情况进行探讨，其结果说明该方法对海相软基加固有着良好效果，是能够降低场地的施工工期与工后沉降，因此需要对其进行不断探讨。

关键词：排水板;砂井;堆载预压;加固处理;海相软基

中图分类号：U416文献标识码：A文章编号：2096-6903（2021）10-0006-03

广东省属于我国沿海地区，该地区主要分布少量腐殖质土以及淤泥沉积物所组成的海相软弱场地，其主要特点为低承载力、低抗剪强度、低渗透性、高压缩性、高孔隙比以及高含水率，因此该类场地的地基沉降以及承载力很难满足相关设计和规范要求，所以如何采取有效措施来加固处理海相软基就显得尤为重要，同时也是工程界与学术界重点关注的热点所在，因此需要给予足够重视。

1排水板、砂井结合堆载预压加固处理海相软基的优势

处理软基加固的主要方法分为两种，其一是真空预压法、堆载预压法、真空一堆载联合預压法等排水预压固结法;其二是碎石桩、旋喷桩、粉喷桩等复合软土地基处理法。其中复合软土地基处理法在施工工期较短的工程内较为适用，但该方法有着较高的造价，而且在施工过程中，如果没有控制桩的质量，则会极大地影响到加固效果，同时软土层厚度较大时同样会对加固效果产生影响;排水预压固结法并不适用于处理大面积软基工程，但在高填方土坡稳定问题中的应用，能够取得良好的加固作用[1]。与其他软基处理方法相比较，排水板、砂井结合堆载预压加固不仅有着简便的施工方法，而且有着较为低廉的价格，其加固效果明显，有着较为独特的优势，能够在大面积软基处理工程中有效运用，目前在软基处理工程中有着较为广泛的应用[2]。

2试验段概况

2.1试验段工程地貌与地质

试验段位于广东省某市政道路，该项目场地内埋藏的地层主要有人工回填的素填土，海陆交互相沉积的淤泥、中粗砂、粘土，残积层砂质粘性土及燕山期花岗岩风化带，

作者简介：苏思略（1989—），男，广东台山人，本科，工程师，研究方向：市政路桥施工。

且施工区域内有围垦鱼塘，施工现场地质情况复杂。试验段地基各软弱层岩性包括素填土、淤泥、中粗砂、黏土、砂质粘性土。

素填土：杂色、稍湿、松散，主要由粉细砂、粘性土和少量碎石组成，碎石一般粒径5～40 cm，最大粒径10～80 cm，土石比多在7：3左右，平均厚度为3.78 m（1.30～5.60m）。标贯击数平均值N63.5为9击。含水量为30.5%，重度为17.7 KN/m，孔隙比为0.965，液性指数为0.8，压缩系数为0.413 MPa1，压缩模量为4.69 MPa。

淤泥：灰黑、深灰色、饱和、流塑、局部含砂量很高，混有较多贝壳碎屑且有腥臭味、局部混有少量粉细砂、夹淤泥。该层平均层顶标高为-0.93 m（-15.98～2.45 m），平均层顶深度为4.56 m（1.30～17.60 m），平均层厚为7.19 m（1.10～16.00 m）。标贯击数平均值N63.5为4.0击。含水量为562%，重度为162 kN/m，孔隙比为1.864，液性指数为1.9，压缩系数为1.286 MPa，压缩模量为2.50 MPa，竖向渗透系数Kv为2.521（10 m/s），水平渗透系数Kh为1.758（10 m/s），竖向排水固结系数Cv为0.59 （10 cm/s），径向排水固结系数Ch为0.535 （10 cm/s）。

中粗砂：灰黑、深灰色、饱和、松散～稍密。由石英砂混淤泥质土组成，局部含粘性土较高。该层平均层顶标高-7.51 m（-16.02～-0.46 m），平均层顶深度为11.41 m（4.20 ～17.60 m），平均层厚为2.58 m（1.00～9.40 m）。

粘土：黄褐、褐黄色、湿、可塑、成分以粘粒为主、刀切面较光滑、夹少量粉细砂和淤泥质土、局部软塑。该层平均层顶标高为-10.99 m（-18.28～-3.96 m），平均层顶深度为14.14 m（7.60～19.80 m），平均层厚为4.07 m（1.30～8.20 m）。标贯击数平均值N63.5为4.6击/30cm。含水量为47.1%，重度为17.1 kN/m，孔隙比为1.322，液性指数为1.2，压缩系数为0.808 MPa，压缩模量为2.84 MPa。

砂质粘性土：黄褐、红褐色、呈硬塑状态、局部可塑、由花岗岩残积而成、原岩结构难辨、遇水易软化。局部含砾，含量小于5%。该层平均层顶标高为-8.34 m（-17.95～- 1.14 m），平均层顶深度为12.16 m（5.80～19.60 m），平均层厚为4.32 m（0.80～9.40 m）。标贯击数平均值N63.5为4.6击。含水量为53.9%，重度为16.2 kN/m，孔隙比为1.617，液性指数为2.3，压缩系数为1.257 MPa，压缩模量为2.60 MPa，竖向渗透系数Kh为6.029 （10 m/s），水平渗透系数Kh6.029 （10 m/s），竖向排水固结系数Cv为1.49（103 cm/s），径向排水固结系数Ch 为1.195（10 cm/s）。

2.2试验段软土地基固结排水通道设计

软土地基固结排水通道主要包括水平排水通道与竖向排水通道，在水平排水通道设计中，首先用潜水泵将鱼塘水抽排，等待深厚淤泥表面形成表壳层后，需要将经编复合土铺设，并将砂垫层进行相应填设，直至标高为4.0 m，使得填设后的鱼塘与路面以及现状塘埂保持水平线[3]。由渗滤土工布包裹级配碎石构成盲沟，然后将排水盲沟设置在砂垫层，其横向间隔、纵向间隔均为60 m。将集水沟设置在预压区边缘，通过潜水泵对其进行排水，砂垫层渗透系数应该超过1×10 cm/s。竖向排水通道需要结合场地实际情况使用塑料排水板，利用袋装砂井在高压线、塘埂、岸堤、人行道路等位置设计竖向排水体。砂井呈现正三角形平面布置，塑料排水板间距为1.2 m，砂井中心间距为1.6 m、直径为100 mm。塑料排水板以及砂井在场地表面铺设，在深入下卧细砂层的塑料排水板处软土层与砂井穿透处时，其深度不得低于1.0 m，其上端需要高于砂垫层20 cm[4]。

2.3试验段堆载预压方案

将袋装砂井以及塑料排水板在软基不同部位中施打，之后将其堆载在软基上，以此将土体中的附加应力增加，并预压软基。如果通过吹填砂来实施堆载预压，则砂量的需要较大，在本次试验中，施工现场与港口有一定距离，有较大的动力损耗，因此施工很难满足环保要求与文明施工要求，所以此次软基预压选择堆土堆载方案。为了将施工工期缩短，现场堆载施工决策选择大面积施工区堆载与小区域试验区并行，小面积试验区每级满载后约一个月则可以实施大面积堆载施工[5]。对小面积试验区数据进行检测，得出的相关数据可以指导大面积堆载区域施工，如果小面积试验区出现异常情况，一个月的时间是能够对大面积堆载施工方案进行有效调整与规划，所以施工风险较小[6]。

3试验段现场测试方案

3.1监测系统

原位监测系统在试验段施工现场的建设是为了对地基稳定性、地基变形发展情况、地基预压与加固效果进行监测，然后对相应的施工与设计提供指导，主要组成内容包括孔隙水压力、浅层沉降、场地周边位移、深层沉降。在孔隙水压监测方面，孔隙水压力计主要对地基固结、孔隙水压力大小、消散速度等情况进行监测，一个孔隙水压力监测点放置3个传感器，位置为淤泥层底上方1.0 m、淤泥顶面下方1.0 m、淤泥层中部1.0 m;在浅层沉降监测方面，主要是对地基总沉降量进行观测，并且为了对时间变化下总沉降量的变化规律进行监测，浅层沉降板插板前需要在砂垫层底部埋设[7];在场地周边位移监测方面，主要是对场地周围的围堰、岸堤水平位移情况进行监测，所使用的测斜管约有70 m的间距，其底部埋入地基，埋入位置为不变形土层，埋入需要超过3 m，同时还需要将沉降监测点布设在高压线塔周围;在深层沉降监测方面，主要是对不同深度土层的压缩量进行监测，所使用的分层沉降环需要在淤泥层下部位、中部位以及上部位进行布置，并且还需要布置在下卧稳定土层中。在完成各个监测设备后，对其进行一次初读，在没有填筑之前，需要每隔2～3 d对其进行一次测读。第一次填筑直至填筑结束的堆载期间，需要对其进行1次/ d的观察，在预压期间，需要对其进行1次/3d的观测，如果沉降量有所降低，则可以将观察的时间延长至沉降稳定[8]。

3.2测试元器件布置

孔隙水压监测一共设置26个测点，孔隙水压力计一共有3组，每组3个，共计9个;深层沉降监测一共设置15个测点，分层沉降环共为2组8个;浅层沉降测点的横向布置间距以及纵向布置间距均为75 m，总数应该超过70个测点。观测仪器在地面外露出的部分需要给予保护装置进行保护，而且填方在进行施工时，还需要对其进行严格保护，以此来确保观测数据的有效性与连续性[9]。

4现场试验结果

4.1软基沉降分析

在打设砂井与塑料排水板后的堆载初期，软土地基有着比较小的固结沉降量，该结果能够充分说明砂井与塑料排水板在软基中的施打会对土体的竖向排水通道增力口，如果不加堆载则起不到软基加速固结的作用。随着不断增加堆土高度，软土地基会增加沉降量，在加载初期，其沉降量幅度会增加，但随着时间的延长，沉降量会变缓，而且加载的次数增加会使得初期沉降量变化越来越小，在完成堆载后的满载预压期，沉降量会逐渐趋于稳定。每级堆载开始施加时会出现软基浅层沉降极值，所以需要在每级堆载开始时监控软基沉降变化趋势，并且需要将监控频率增加，满载预压大概为90 d，其沉降量趋于0[10]。随着荷载的增加，排水通道下浅层沉降量会增大，在堆载条件相同的情况下，塑料排水板处的软基浅层沉降要早于袋装砂井，其中袋装砂井处理部位最大沉降为88.4 cm，塑料排水板处理部位最大沉降为98.24 cm，说明塑料排水板的浅层总沉降要大于袋装砂井，影响软基沉降差异的重要原因包括排水通道间距，所以合理安排袋装砂井与排水板的间距是能够将软基差异沉降降低[11]。结束第三级堆载后，对其进行150 d的固结，袋装砂井沉降为54.9%，塑料排水板沉降为68.6%，说明软土地基在两者联合处理下能够有效固结。

4.2軟基超孔隙压力分析

在每一级荷载施加过程中，土体内部的孔隙水压力会随着提升，在静置时段以及预压固结期会逐渐消失土体内的超孔隙水压力，最后超孔隙水压会接近0，同时会增加土地效应力，该结果显示袋装砂井联合塑料排水板能够在复杂地基中起到良好处理效果。

4.3软基场地周边侧移分析

在此次实验中，主要施工干道为河堤，因此车辆行走会明显影响其位移变化，其中深层变化较小，而浅层影响较大，该结果显示堆载预压不会严重影响河堤结构安全运营。测斜管顶部位移为负值，说明顶层土体会向排水固结区域移动，而且会随着荷载以及时间的增加，其移动趋势会增大，而施工围堰的设置会限制其水平位移[12]。随着加载的增大以及时间的推移，深层水平位移也会随着增加，最大水平位移主要发生在地下8 m处，为70.6 mm，最大变形速率为1.4 mm/d，小于5 mm/d，与设计要求符合。测斜管底部水平位移接近0，埋设满足项目监测要求，说明深度合理。

5讨论

联合排水板、砂井与堆载预压的方法是能够快速固结海相软基，大部分沉降基本在施工期完成，能够对场地工后沉降进行有效控制;排水板、砂井联合堆载预压的沉降在堆载初期会逐渐增加，随着堆载的增加，每级加载初期沉降率会有较大变化，之后逐渐变缓，直至下次加载，最后沉降率会趋于稳定;堆载预压前期会有明显的沉降速度，堆载高度超过2 m后，袋装砂井处理地基则会产生较大变化，塑造排水板软基沉降要早于袋装砂井处理，同时软弱土层下部的固结沉降量要小于中上部;土体内部的孔隙水压力会随着堆载的增加而快速升高，当堆载高度高于5m后，孔压消散速度会逐渐增加;淤泥层上部土体比中部、下部土体的排水效果要更明显;完成堆载后的60 d内，场地的水平位移会逐渐变得稳定，针对河堤结构的安全运营，堆载预压的影响较小。

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Relevant Research on the Treatment of Marine Soft Foundation with Drainage Board and Sand Well Combined with Preloading Preloading

SU Silue

（Guangdong Basic Engineering Group Co.，Ltd.，Guangzhou Guangdong 510620）

Abstract：Aiming at the treatment of marine soft foundations，this paper proposes a reinforcement method of drainage slabs and sand wells combined with preloading preloading，and discusses settlement characteristics，excess pore water pressure，and horizontal foundation displacement. The results show that this method is effective for the sea. Phase soft foundation reinforcement has a good effect，which can reduce the construction period and post-construction settlement of the site，so it needs to be continuously discussed.

Keywords：drainage board;sand well;preloading;reinforcement treatment;marine soft foundation