輕型井點結合塑料排水板復合加固方法研究

葉 吉，梁永梅，卞金洪

（1.江蘇江陰市華澄實業有限公司江陰市華澄建筑安裝工程有限公司，江陰214400；2.鎮江市丹徒區航道管理處工程科，鎮江212000；3.江陰一建建設有限公司，江陰214400）

井點降水強夯法又叫高真空擊密法［1-3］，被用于砂土、粉土等滲透系數較大的地基處理工程中，但由于該技術處理深度有限（一般降深為1.5～2.0 m），因此強夯時部分夯擊能形成的浮力反作用于夯錘，使大部分夯擊能散減抵消，故不適用于強夯加固。“軟弱地基輕型井點結合塑料排水板復合加固方法”［4］（以下簡稱“輕井塑排加固法”），是將深層處理塑料排水板和輕型井點降水行之有效地結合起來，通過深淺層有機結合，發揮了各自的特點，強夯夯擊能通過塑料排水板的深層傳遞，既解決了塑料排水板強夯法產生的淺層含水量過高，易破壞土體形成彈簧土的弊端［5-7］，又解決了輕型井點降水結合強夯處理深層受限的問題。

1 施工工藝與適用范圍

圖1為輕井塑排加固法布點示意圖。該工法綜合應用堆載預壓、真空預壓、井點降水結合強夯工藝，通過塑料排水板插入需加固深度，形成排水通道，利用粘土層較其他土質的密封性能好的特點，塑料排水板插入所需深度后，上部端頭置入距表層2～3 m的粘土層，然后插入井點管并與塑料排水板形成一體式輕井塑排井點，從而使降水井點達到延伸的目的，以處理10 m范圍土體。文章結合靖江新港作業區公用碼頭段，采用輕型井點結合塑料排水板復合加固方法加固軟基，介紹該工藝施工工法，并通過現場監測、標貫試驗和室內試驗檢驗加固效果。

圖1 輕井塑排加固法布點示意圖Fig.1 Arrangement of composite method of well point dewatering and plastic drainagte plate

該施工工法優點：

（1）經過處理后，在表層形成一定厚度的硬殼層，淤泥質土承載力≥120 kPa，通過高速夯擊能，在砂性土承載力≥150～180 kPa，滿足設計使用要求。

（2）經過處理后，土層的含水量降低，土層得到密實，可消除表層土的液化。

（3）處理過程中，采取的隔水、封水措施，使出水量大于補給水量，能夠很好的防止處理區以外的水倒灌，使處理效果得到保障。

（4）施工過程通過各種儀器對土體處理效果的監測，是信息化的過程，通過過程監測，不斷調整施工參數，使處理效果達到最佳。

（5）處理過程中，地下水位降低，對其下土層有很好的降水預壓作用。

本技術用于處理軟弱地基加固，適用于我國沿海、渤海地區新吹填含砂但有淤泥夾層、淤泥質粉土以及含泥量較高的淤泥質粉砂土。適合大面積堆場及道路的施工，在大面積施工時，成本低，工期快。經該工法處理后，能達到理想的承載力要求（100～150 kPa以上）。由于設計塑料排水板結合輕型井點，利用強夯夯擊能作為荷載，因此由塑料排水板的入土深度建立排水通道，同時作為強夯夯擊傳遞能量的通道，為深層加固創造了條件。

新吹填淤泥質粉土，高靈敏度、高壓縮性、高含水量、低強度土，而其中的低強度制約了本技術的實施，因此，在處理類似土質時，可先行采取以下方法：

（1）含砂量較高的土質（含砂量20%以上）。將需處理場地先行挖明溝排水，明溝設置間距為10～15 m，溝寬0.8～1.0 m，深為1.0～1.5 m；采用水挖機開溝，施工原則是：先成形，再成溝。即由于含水量高，場地在無法成溝的情況下，先理出溝形進行明排水，過2～3 d再在成形的基礎上用水挖機開溝，逐漸成溝（一般經3～5次后即能達到標準）。開挖時挖出的泥土堆在兩溝之間控水，溝成形后，溝間土用推土機推平，即可進入強夯設備進行輕井塑排法加固。

（2）對含泥量較高的土質。采取淺層預壓法（3～4 m），通過真空預壓處理以達到滿足強夯設備進場，一般淺層（3～4 m）承載力滿足60 kPa，強夯設備帶路基箱即可進行輕井塑排加固法施工。

（3）對三高一低軟弱地基。加固控制強夯施工的原則為先輕后重，少擊多遍，逐級加能，根據各地的地質條件，一般夯擊遍數不宜超過4～5遍，且每遍夯后需等孔壓消散后進入下一遍夯擊。

2 分層沉降

通過監測軟土層不同深度的沉降值，可以得到軟土層不同深度的沉降時程曲線，從而了解加壓荷載對沉降的影響深度、深層土體的工后沉降何時可以趨于穩定等，為工程設計及沉降計算提供依據。分層沉降標主要由電磁式FC-50型分層沉降儀，φ82 mm波紋管，φ71×6 mm硬塑料管及φ3 mm的銅絲感應線圈組成。為保證測試精度，應將測頭放入最下面磁環以下，然后慢慢上提測頭，記錄磁環位置，反復2次取均值。施工期每天1次、荷載穩定期為2 d/次。

分層沉降曲線圖見圖2。從分層沉降的變化規律來看，土體在9～10 m以上部分均有明顯的下沉，進一步驗證了場地軟基處理的影響深度約為10 m。在部分測點，5～6 m深度左右的沉降量相對較大，原因可能在于井點管的埋設深度約為6 m，在井點降水的作用下導致該深度土層的固結沉降更加顯著。從淺層的沉降監測結果來看，分層沉降環的沉降量與表面沉降的監測結果吻合較好。

圖2 分層沉降變化曲線Fig.2 Curves of layered settlement

3 固結計算驗證

根據場地的實際使用情況，豎向沉降量及其固結度是本工程監測與計算的主要考察對象，地基處理范圍內某一深度的平均固結度一般采用下式進行計算［8］

式中：cv為土的豎向排水固結系數；H為待加固土層的厚度，m；t為固結時間，s；M=。

對于考慮一維固結的土體，反映孔隙水壓力總的消散程度的固結度就等于其變形比，即式（2）所示

式中：S（∞）為土體的最終壓縮量，S（∞）=mvu0H；S（t）為 t時刻的土層沉降量；u0為初始孔隙水壓力為 t時刻平均孔隙水壓力。

結合該項工程，S（t）即為現場的實際監測沉降量，S（∞）可通過分層總和法計算得出，固結度的計算結果見表1。

采用分層總和法計算得到的試驗區總沉降量為67.3 cm，根據現場監測數據計算得出的場地固結度最大值為98.1%，最小值為80.8%，場地的平均固結度為92.8%。

表1 土體固結度計算結果Tab.1 Calculated results of consolidation degree

4 室內土工試驗數據分析

在加固前后現場取樣進行室內土工試驗研究，測定土體的強度、變形等物理力學性質指標，為軟基加固效果評價分析提供依據。試驗內容主要包括基本物理參數如密度、孔隙比等和基本力學參數如壓縮系數、壓縮模量、固結系數等。試驗原理方法詳見《土工試驗方法標準》（G/BT 50123-1999）［9］。地基處理前后取土進行室內試驗得到的土體物理力學參數統計列入表2、表3。

通過室內試驗結果對比分析發現，經過“軟弱地基輕型井點結合塑料排水板復合加固方法”處理后，土體密實度、壓縮模量及C、φ值等均有所提高。表層2.0～3.0 m由于是沖填砂層，且在處理后要進行推平處理，擾動較大，其強度和變形等參數變化不大。處理后4.0～6.0 m深度范圍內土層按平均值計算的孔隙比減小了5.4%，壓縮模量提高了78.0%，反應土體強度指標的c、φ值則分別增長了34.0%和3.5%，各項指標在該深度范圍內的增長率最大，說明夯擊能的有效功也最大，處理效果最好。15 m深度處的各項物理力學指標變化不大，進一步驗證了“輕井塑排加固法”可以有效加固地基強度。

表2 處理前各土層物理力學性質Tab.2 Soil parameters before reinforcement

表3 處理后各土層物理力學性質Tab.3 Parameters of reinforced soil

5 結論

（1）從分層沉降的監測數據分析，“軟弱地基輕型井點結合塑料排水板復合加固方法”場地軟基處理的影響深度約為10 m，且在4.0～6.0 m深度范圍內的加固效果特別明顯。

（2）從地基承載力分析，加固后根據經驗公式估算的地基承載力為256.3 kPa；8～10 m深度處的粉砂夾粉土層的標貫擊數由加固前的3擊增長到5擊，加固后根據經驗公式估算的地基承載力為116.5 kPa；地基承載力提高明顯，加固深度達到設計要求。

（3）通過室內土體物理參數各項指標變化，說明“輕井塑排加固法”使施工夯擊能的有效功最大，處理效果最好。

［1］高有斌，楊緒軍，曹建建.擬靜力應變法判別高真空擊密的有效加固深度［J］.路基工程，2009（4）:12-13.

［2］高有斌，沈揚，徐士龍，等.高真空擊密法加固后飽和吹填砂性土室內試驗［J］.河海大學學報：自然科學版，2009，37（1）:86-90.GAO Y B，SHEN Y，XU S L，et al.Laboratory Tests on Saturated Hydraulic Fill Sandy Soil by High Vacuum Densification Method［J］.Journal of Hohai University：Natural Sciences，2009，37（1）:86-90.

［3］王連文，鄭少河.高真空擊密法加固飽和軟土地基的試驗研究［J］.巖土工程學報，2010，32（S2）:521-524.WANG L W，ZHENG S H.Experimental Research on High Vacuum Densification Method to Reinforce Saturated Soft Soil Foundation［J］.Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2010，32（S2）:521-524.

［4］葉吉，葉凝雯.軟弱地基輕型井點管結合塑料排水板復合加固方法：中國，ZL200910251451［P］.

［5］包旭范，高強，周順華，等.強夯加固軟土地基機理的有限元分析［J］.中國鐵道科學，2005，26（2）:8-14.BAO X F，GAO Q，ZHOU S H，et al.Finite Element Analysis for Mechanism on Foundation Stabilization of Soft Clay by Dynamic Compaction Method［J］.China Railway Science，2005，26（2）:8-14.

［6］劉金龍，欒茂田，汪東林，等.土工織物與塑料排水板聯合處理軟基的效果分析［J］.巖土力學，2009，30（6）:1 726-1 730.LIU J H，LUAN M T，WANG D L，et al.Effect of disposing soft soil foundation using geotextile and plastic drainage plate［J］.Rock and Soil Mechanics，2009，30（6）:1 726-1 730.

［7］趙建昌，吉隨旺，張倬元，等.強夯地基工后沉降監測及數值模擬［J］.中國公路學報，2002，15（2）:31-35.ZHAO J C，JI S W，ZHANG Z Y，et al.Settlement Observation and Numeric Simulation on Dynamic Consolidation Foundation Settlement Pattern after Loading［J］.China Journal of Highway and Transport，2002，15（2）:31-35.

［8］高有斌，劉漢龍，張敏霞，等.強夯加固地基的土體豎向位移計算方法研究［J］.巖土力學，2010，31（8）:2 672-2 676.GAO Y B，LIU H L，ZHANG M X，et al.Simplified calculation method of soil vertical displacement under dynamic compaction［J］.Rock and Soil Mechanics，2010，31（8）:2 672-2 676.

［9］GB-T50123-1999，土工試驗方法標準［S］.