排水固结法在台州软土地基处理中的应用

何维山，柯 洪，赵永刚

(中国地质大学 工程学院，武汉 430074)

排水固结法在台州软土地基处理中的应用

何维山，柯 洪，赵永刚

(中国地质大学 工程学院，武汉 430074)

结合浙江台州华能玉环电厂塑料排水板堆载预压施工过程，分析了加载期或预压期孔隙水压力的消散呈现的规律，并推算了土体的最终沉降量和固结度。对处理前后地基土的物理力学指标和承载力等进行了分析对比。结果表明，受预压后地基土各项指标得以改善，承载力明显提高。

塑料排水板 沉降 孔隙水压力 固结度 承载力

地基处理方法有着各自的特点和作用机理，工程地质条件也千变万化，因此每个工程对地基处理的要求以及所用方法不尽相同。排水固结法在工程实践中适用于处理饱和软弱土层，通过回填土、设置塑料排水管等措施，使被加固土体中的孔隙水排出，有效应力增加，土中孔隙体积减小，密实度加大，土体强度得到提高，地基承载力也得到提高。

华能玉环电厂浅层土均为软弱土层，且以淤泥为主，具有含水量高、孔隙比大、高压缩性、抗剪强度低、承载力小(40～50 kPa)等特性，一般厚度达20～30 m左右，最厚可达38 m。若在其上进行建筑和大面积回填，地基土由于固结和剪切变形将产生很大沉降，甚至会引起地基土破坏。为了减少工后沉降，对场地进行了预处理，采用排水固结法加快软土固结速度。

1 场地概况

厂区软土地层特征:■层，填土，主要成分为碎石，为电厂南侧高边坡开山的土石方回填，含较多黏性土、砂及砾石等;①层，黏土，灰黄色，可塑，底部状态变为软塑状，局部含较多碎石，含有铁锰质氧化物，仅局部分布;②1层，淤泥，青灰色，流塑，含有机质及少量粉土或粉土团块及少量贝壳碎屑，层厚1.90～9.50 m，一般为7.36 m;②2层，淤泥，灰色、青灰色，流塑，含有机质及少量粉土或粉土团块及少量贝壳碎屑，层厚2.00～13.30 m，一般为8.49 m;③层，淤泥质黏土，灰色，软塑，含少量有机质及贝壳碎屑，层厚0.90～7.00 m，一般为3.54 m。

华能玉环电厂地基处理工程历经400余天，目前厂区回填已结束，根据不同建筑物的安全等级、原始地形地貌和工程地质条件的差异，塑料排水板的分区布置见表1。

表1 塑料排水板分区布置一览表

与此同时，为控制填土速度和检验加固效果，布设了一定数量的地面位移观测点、孔隙水压力计等对施工进行监测，检测地基处理的效果。

2 场地预处理效果分析

由于场地回填厚度一期平均约4.0 m，二期平均约2.5 m，对地基土的影响深度不是很大，深部孔隙水压力的消散相当困难和缓慢，因此本研究着重于研究浅层地基土性状，尤其是工程性质较差的②1、②2和③软弱土层，其平均厚度约为20～30 m。

2.1 地基土物理力学指标对比

为配合电厂前期建设各个阶段的设计要求，场地在地基预处理前后，均进行了勘测工作。根据各阶段勘探土工试验成果，对地基土的物理力学性质指标进行了对照(见表2)，具体分析如下所述。

表2 加固前后地基土物理指标对比

1)场地预处理后，地基土的物理指标明显得到改善，表现为含水量减小、重度增大、孔隙比减小，这和地基土受预压后，孔隙水排出、有效应力增加、土中孔隙体积减小、密实度加大的原理吻合。

2)从力学性质角度分析，在预处理之后，土体强度显著提高，其中黏聚力平均提高约51.2%，摩擦角平均提高约28.4%，另外还表现为压缩系数减小、压缩模量增大。

3)数据同时还显示，上部土层的加固效果明显好于下部，尤其表现在浅层10 m以内，说明塑料排水板的影响效果是由上至下递减的。

4)将一期和二期场地预处理后的土性指标进行综合比较后，不难发现二期场地的加固效果略好于一期，这和二期场地较好的工程地质条件及施工质量是密切相关的。

2.2 场地监测成果

场地监测中能很好地反映地基土排水固结效果及指导堆载施工的是地表沉降观测和孔隙水压力观测。

2.2.1 孔隙水压力

孔隙水压力的消散过程对施工具有关键的指导意义。在加载期间，超孔隙水压力不断上升;在荷载停歇期，超孔隙水压力则不断降低。在地基浅层塑料排水板加固区，超孔隙水压力消散的速度较快，而在其下卧区，消散比较缓慢，固结速度明显比加固区的要慢。

实测的超孔隙水压力消散度随时间变化过程见图1，其中位于一期场地的是 K14、K22，位于二期场地的是K15、K26和 K17。从总体上看，和一期场地比较，二期场地超孔隙水压力消散情况较佳，其中 K15、K26的平均消散度均 ＞75%，而 K17位于预处理边界之外，其消散也相应较慢。

图1 超孔隙水压力平均消散度监测曲线

2.2.2 地表沉降

土体的沉降随着孔隙水压力的消散而逐渐增加，沉降是否稳定也是衡量土体加固效果的一个重要因素。本次监测在厂区的不同区域布置了沉降观测点，选择其中有代表性的观测结果列于表3中。从所列数据计算得出，一期场地平均地表沉降达624.7 mm，而二期场地平均地表沉降则为511.9 mm。

表3 场地地表沉降观测结果

2.3 承载力分析

根据一、二期场地的勘测资料，可以比较直观得出场地预处理后地基土的承载力变化情况，根据各种评价方法得出的分析结果汇总于表4，并综合得出预处 理后的地基承载力。

表4 预处理后场地地基承载力fa汇总

将预处理前、后地基土承载力的变化情况汇总于表5，从中可知，经过400多天的场地预处理后，地基土承载力明显提高，其中最为软弱的、也是本次处理重点的②1、②2淤泥承载力分别提高20 kPa和10 kPa，增长比例分别为50%和20%，另外从增长的比例来看，塑料排水板影响范围内的浅层土加固效果相对更为明显。

表5 预处理前、后地基土承载力fa

2.4 沉降及固结度

在堆载预压排水固结法处理软基的过程中，土体固结度的计算贯穿设计和施工的全过程。通过固结度的计算，一方面可以推算土体强度的增长，确定相应的加载计划和预压期限;另一方面可以反推软基的最终沉降量和预测沉降稳定时间，提出工程具体卸载的时间。

根据实测的堆载—沉降曲线，当最后一级荷载加载后，在沉降逐步稳定并收敛的曲线段选时间间隔相等的三个沉降实测值，可以推算土体的最终沉降量和固结参数，再依照分级加载的情况对实测的堆载—沉降曲线进行修正，以此可推算出土体t时刻的固结度。在多组数据综合分析的基础上，可以对土体的最终沉降量及固结度进行反推，现将部分有代表性的监测分析结果列于表6。从表6可看出，两种不同方法得到的平均固结度值相差不大，均为80%左右，说明场地预处理的效果较好。另外，从细部分析，二期场地由于综合条件较好，其排水固结的效果总体上比一期场地好，其中位于二期场地腹部的B9，其固结度优于位于场地堆载边缘的B10。一期场地的B40位于场地外围靠近海岸的一侧并紧邻海堤，该处压缩层厚度较大，因此其固结速度相对较慢;而B17附近即一期Ⅳ区的局部未进行预处理，因此该处土体固结度较其它区域低。

表6 沉降观测结果分析

3 结论与建议

1)通过对勘探和观测资料的分析，证明在这样深厚软弱的淤泥地基上，采用塑料排水板加固来处理地基，场地最大沉降达1 428.7 mm，最小沉降为94.6 mm，固结度平均在80%左右，达到了地基土加固的效果。

2)孔隙水压力的观测表明，在加载期或预压期孔隙水压力的消散有明显规律，其变化与荷载是相应的，并且随着荷载的逐级增加，其消散的速率也越慢。孔压的观测结果能反映地基土上层受荷及排水固结的实际情况，孔压反应灵敏，可作施工控制指标之一。

3)位于堆载边缘的地带，地基中由堆载所造成的附加压应力不及腹部地区大;老海堤附近由于围堤的整体刚度大，对压载的传导起了某种“卸荷”作用，减少了附加固结压力。上述均是造成预处理效果不均的可能因素。

4)对于结构性强、灵敏度高的软黏土或超软土，在施工中必须尽量减少对土体的扰动，另外在潮间带区填砂垫层，要采取措施(如设置排水滤管等)避免浮泥覆盖砂垫层，否则都会直接影响地基土的排水固结效果。

[1]焦长洲，郑卫华，高波.各向异性固结黏土不排水剪强度研究[J].铁道建筑，2008(4):47-50.

[2]孙树贤，郑兆远，王兵.真空一堆载联合预压在公路软基处理中的应用[J].铁道建筑，2007(6):55-57.

TU472.3+3

B

1003-1995(2010)05-0087-03

2009-11-11;

2010-02-25

何维山(1986— )，男，安徽肥西人，硕士研究生。

(责任审编 王天威)