塑料排水板堆載預壓法在圍墾工程軟基處理中的應用

陳 懿,程建華

(江蘇省水利勘測設計研究院,江蘇 揚州225009)

1 工程概況

某圍墾工程,圍墾面積為43 hm2,場地主要土層自上而下為:粘土、淤泥、淤泥質粉質粘土、淤泥質粘土、粉質粘土、含碎石粉質粘土和中風化流紋巖。主要的軟弱土層為淤泥和淤泥質粉質粘土。場地淤泥、淤泥質粉質粘土一般為10 m～20 m,最大厚度約30.0 m,根據(jù)現(xiàn)場十字板剪切試驗得到的不排水強度沿深度的關系為Cu=5.79+0.90H,總的來看該工程地基土抗剪度低,壓縮性和靈敏度高。該工程填土材料為宕渣,高度為6.2m,考慮壓縮補填后的實際填土高度約為7 m,在這么大的填土荷載作用下,地基承載力和工后沉降不能滿足要求。為解決地基強度和穩(wěn)定性問題,需要對地基進行加固設計。

除了現(xiàn)場十字板剪切試驗之外,還對場地土層取樣進行了室內(nèi)試驗,得到的土體物理、力學性質見表1。由于勘測報告中粘土層未提供強度參數(shù),考慮到該層厚度薄、位置淺,為安全起見強度取1-2淤泥的值。

表1 各土層物理、力學性質指標表

2 軟基處理方案的確定

2.1 設計原則

本圍墾工程的設計應滿足以下幾個原則:

(1)確保填筑過程中地基的穩(wěn)定。

(2)確保地基處理后的工后沉降和承載力滿足將來的使用要求。

(3)在確保地基穩(wěn)定的情況下,使工程施工盡可能方便、快速及造價低廉。

根據(jù)以上的設計原則及本工程的土質條件,建筑物類型及適應變形能力、施工能力與經(jīng)驗、材料來源、施工期限以及加固費用,設計中先比較采取多種軟基處理方法,以達到安全可靠、經(jīng)濟合理、施工方便的目的。

2.2 軟基處理方案比選

根據(jù)本工程的土質條件,適合的方法[1]有堆載預壓法、真空預壓法、真空預壓聯(lián)合堆載預壓的方法和水泥攪拌樁的方法,但本工程由于軟土區(qū)域在水下,水泥攪拌樁施工很難開展,因此不宜采用。堆載預壓法在當?shù)匾延休^成熟的施工經(jīng)驗,且是一種經(jīng)濟、安全和環(huán)保的軟土地基加固方法,在工期允許的情況下,可優(yōu)先使用。因此,這里首先考慮直接堆載的方案,考慮直接堆載的填筑時間10個月,預壓14個月,總工期兩年。采用改進太沙基固結理論[2]進行計算,結果表明施工結束后,軟土層固結度僅為15%,工后沉降為165 cm,不能適應將來上部建筑物對變形和承載力的要求,直接堆載方案不能滿足要求。

考慮到真空預壓法和真空-堆載聯(lián)合預壓法雖然加固效果較好,但造價也較堆載預壓法高,施工技術要求也較高。因此從施工能力和經(jīng)驗、材料來源、施工期限和加固費用等因素出發(fā),本工程擬在堆載預壓法的基礎上設置塑料排水板,加快地基的排水固結。

3 堆載預壓+塑料排水板方案設計

堆載預壓法+塑料排水板方案處理地基的設計包括以下內(nèi)容:

(1)根據(jù)謝康和提出的砂井固結理論[3],并結合當?shù)毓こ探?jīng)驗,初步確定預壓荷載大小、荷載分級、加載速率和預壓時間;

(2)選擇塑料排水板,確定其斷面尺寸、間距、排列方式和深度;

(3)計算地基土的固結度、強度增長、抗滑穩(wěn)定性和變形。

排水板地基的固結度采用有限元進行計算,計算中將塑料排水板視為實體單元進行劃分[4,5];穩(wěn)定性計算采用瑞典條分法進行[6]計算,計算理論在此不再贅述。計算中具體細節(jié)如下:

(1)宕渣按19 kN/m3考慮,考慮到潮水位一天中變化比較大,按最不利考慮,潮水位以下宕渣也按19 kN/m3考慮。

(2)固結度計算按2 a(即施工期結束)和30 a兩種情況考慮。

(3)c、φ值按表1中取值,為直剪固快值。

(4)邊坡計算高度取補差后宕渣高度,另外考慮施工荷載10 kPa(0.5 m)。

(5)經(jīng)塑料排水板排水固結后,強度指標適當提高,強度增量按考慮(Δ Suk為強度增量;U為固結度;σzk為附加壓力;φcq為固快內(nèi)摩擦角標準值)。

3.1 塑料排水板參數(shù)確定

填土加荷曲線如圖1所示,排水板長度以打穿最軟弱的1-3層和3-1層為指導原則,當軟土層(1-3層或3-1層)底部大于25m的,塑料排水板深度為25 m。

圖1 填土加載曲線

排水板的間距和布置形式考慮了表2中的不同方案。圖2是方案2不同深度孔壓等值線云圖,圖中很明顯的體現(xiàn)了在同一深度,排水板處的孔壓小,體現(xiàn)了水向砂井中的滲流,清晰的反映了排水板的排水加快固結的作用。不同方案下工后沉降結果列于表2中。由該表可見,方案1、2、4、5滿足要求,綜合從經(jīng)濟、技術的角度出發(fā),選擇用料較少的方案2,即排水板正方形布置,間距1.2 m。

圖2 不同深度孔壓等值線云圖

表2 排水板布置方案比選

3.2 填土施工邊坡穩(wěn)定性分析

填土施工邊坡取為1∶4。對于施工過程中的邊坡穩(wěn)定性這種短暫情況,可認為地基在施工過程中是不排水的,應采用十字板剪切強度指標Cu=5.79+0.90H。圖3～圖5給出了不同填土高度時邊坡穩(wěn)定安全系數(shù),從圖可以看出,當填土高度分布為2 m、4 m和6.2 m,對應的安全系數(shù)分別為1.34、1.38和1.26,邊坡是穩(wěn)定的。對于填土完成后的長期穩(wěn)定性分析則應采取表1中的指標進行分析,其計算結果見圖6,安全系數(shù)為1.60,滿足穩(wěn)定要求。

圖3 堆載2.0 m時邊坡穩(wěn)定性分析

圖4 堆載4.0 m時邊坡穩(wěn)定性分析

圖5 堆載6.2 m時邊坡穩(wěn)定性分析

圖6 邊坡長期穩(wěn)定性分析

4 施工要點

本圍墾工程包括3個分項工程:墊層工程、塑料排水板打設工程、宕渣填筑工程。以下分別簡單介紹:

(1)墊層工程:在圍墾區(qū)的墊層施工之前要在場地內(nèi)鋪設一層克重不小于280 g/m2的無紡土工布,以防止回淤堵住排水板的出水通道,這對良好的發(fā)揮塑料排水板的效果非常重要。無紡土工布的鋪設采用作業(yè)船進行,即首先把土工布前端與砂包或錨相聯(lián)結,使其沉入水底,然后沿著所需鋪設的位置,慢慢移動作業(yè)船,一邊移動一邊在土工布上把砂石包隨后壓上,完成土工布鋪設。墊層工程則采用拋砂船施工,拋至100 cm厚。墊層施工應均勻拋填,避免成堆,墊層平整度要求為20 cm。墊層填料的最大粒徑不得大于15 cm,含泥量小于5%。

(2)在打設塑料板過程中,可逐段填筑墊層,邊逐段打設排水帶。當砂墊層填平一段距離后(長度50 m左右),即開始打設PVC塑料排水板,必要時搶潮打設。塑料排水板采用專用插帶機施工,并配置自動記錄儀記錄打入深度。施工時必須注意排水板在上拔過程中保持平直,以免產(chǎn)生扭結、卷曲、斷裂、撕裂和回帶等現(xiàn)象。施工中要確保塑料排水板的設計插入深度,并保證塑料排水板外露長度不小于30 cm。塑料排水板垂直度要保證其垂直偏差＜2.0%,插設間距誤差為15 cm,回帶長度小于50 cm。

(3)塑料排水板打設結束,開始宕渣填筑。應根據(jù)施工段填料的基本物理性質,選擇試驗區(qū)進行現(xiàn)場試驗。主要目的是確定壓實設備的類型、最佳組合方式、碾壓遍數(shù)、碾壓速度、工序、每層材料的松鋪厚度等。選擇不同的施工方案從中選出施工的最佳方案指導施工。宕渣填料要均勻,避免出現(xiàn)粗粒或細粒過于集中的現(xiàn)象,當石塊含量較大時,石塊間要以石屑或土鋪撒嵌填密實,且層厚相應減小。宕渣填料的最大粒徑不得大于40 cm,含泥量控制在10%以內(nèi),根據(jù)現(xiàn)場實際條件可以調整。

5 結 語

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,目前我國有相當數(shù)量的圍墾工程正在或準備實施。而其中的絕大部分工程都處于軟土區(qū),加上圍墾工程本身的填土范圍廣、荷載較大,因而若要滿足承載力及沉降的要求,通常需要進行軟基處理。本文結合一工程實例,分析了常規(guī)的軟基處理方法在圍墾工程軟基處理中的適用性,指出堆載預壓聯(lián)合塑料排水板這一處理方法在圍墾工程軟基處理工程中在技術、經(jīng)濟方面上具有一定的優(yōu)勢。文中針對這一特定方法進行了較為深入的分析,明確了設計、施工方面的要點,可望為其它相似工程提供參考。

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