長、短排水板相結(jié)合在真空預(yù)壓中的應(yīng)用

陳智軍，諸葛愛軍，李茂記，張國梁

(中交天津港灣工程研究院有限公司 港口巖土工程技術(shù)交通行業(yè)重點實驗室，天津市港口巖土工程技術(shù)重點實驗室，天津 300222)

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長、短排水板相結(jié)合在真空預(yù)壓中的應(yīng)用

陳智軍，諸葛愛軍，李茂記，張國梁

(中交天津港灣工程研究院有限公司 港口巖土工程技術(shù)交通行業(yè)重點實驗室，天津市港口巖土工程技術(shù)重點實驗室，天津 300222)

摘要：本文以天津臨港經(jīng)濟區(qū)某地基處理工程為實例，介紹了處理軟土地基施工過程中排水板打設(shè)采用長、短板相結(jié)合的施工工藝，并對采用該工藝所起到的加固效果進行了分析。認為采用該方法不僅能夠節(jié)省造價，縮短工期，還能有效地改善場地地質(zhì)條件，增強土體的抗剪強度，特別是對新吹填層土體的加固效果明顯。排水板長、短板打設(shè)相結(jié)合的施工方法在天津臨港經(jīng)濟區(qū)真空預(yù)壓中的成功應(yīng)用，對于其他地區(qū)的類似工程具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：真空預(yù)壓；長、短板；孔隙水壓力；土體抗剪強度；土工物理力學(xué)指標(biāo)

引 言

對淤泥質(zhì)土進行地基處理傳統(tǒng)工藝是真空預(yù)壓法[1,2]。天津地區(qū)越來越多的地基加固工程，真空預(yù)壓加固達到設(shè)計滿載計時時，地表沉降速率或平均固結(jié)度不能滿足設(shè)計卸載要求，需要延長滿載計時時間30~40 d，為解決該問題我們做了大量實地調(diào)研和分析，并提出了長、短排水板相結(jié)合的真空預(yù)壓地基處理方法，希望為相似工程提供借鑒。

1 原因分析

天津港大部分地基加固工程為圍海造陸，新近吹填完成的待加固地基。隨著圍海造陸向商業(yè)用地的迅速轉(zhuǎn)換及吹填造陸向較深海域發(fā)展，吹填土厚度大且來不及充分晾曬就進行地基加固。這些地基主要由新吹填土層和原泥面以下海相沉積土層兩部分組成。新吹填土屬于淤泥或淤泥質(zhì)土，厚度5~8 m，顆粒細，含水率高，吹填完成后的沉積時間為幾個月或一到兩年，加固困難；原泥面以下13 m左右地基土主要為全新統(tǒng)海相沉積土質(zhì)，經(jīng)過長時間的沉積，含水率較低，結(jié)構(gòu)性好，但仍然屬于欠固結(jié)地基，需要進行真空預(yù)壓加固。

在真空預(yù)壓加固過程中，新吹填土與原海相層排水板間距相同。根據(jù)我們監(jiān)測的實際資料[3]計算，新吹填土層在滿載時間達到設(shè)計要求天數(shù)時，未能滿足固結(jié)度要求，土層壓縮速率仍然較大，需要延長抽真空時間；而原海相層土則超過設(shè)計固結(jié)度要求，固結(jié)時間有富余。工程整體工期延長。

2 解決方法

為了解決該問題，我們在天津臨港經(jīng)濟區(qū)嘗試長、短板結(jié)合新工藝，即根據(jù)原泥面以下地基土的土性參數(shù)進行原泥面以下土層排水板間距設(shè)計，然后根據(jù)吹填土層土性參數(shù)進行吹填土排水板間距設(shè)計。以原泥面以下土層設(shè)計的排水板間距作為長板的排水板間距，根據(jù)吹填土層設(shè)計的排水板間距，在長板中間插短排水板，短板的插入深度為吹填土層厚度。該方法能夠有效縮短吹填土層的固結(jié)時間，解決了原泥面以上吹填土層固結(jié)時間延長的問題；同時也解決了原泥面以下所需固結(jié)時間有富余的問題，還可以有效提高吹填土層的加固效果。下面以天津臨港經(jīng)濟區(qū)某地基處理工程為例，介紹這種新工藝的設(shè)計施工概況及加固效果。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 工程概況

天津臨港經(jīng)濟區(qū)某軟基加固工程總處理面積約22萬m2，本工程共有8個軟基加固區(qū)。工程吹填土厚度5~8 m，主要為淤泥和淤泥質(zhì)土，沉積歷史較短，含水率高，壓縮性大。原泥面以下10 m左右為欠固結(jié)土層，主要為淤泥、淤泥質(zhì)土和汾質(zhì)粘土。加固前土工試驗資料匯總見表1。

表1 加固前土工試驗資料

3.2 設(shè)計資料

在吹填區(qū)域表面鋪設(shè)一層編織布，再在編織布上人工鋪設(shè)兩層竹芭和一層短纖土工布，并在此工作墊層上鋪設(shè)排水砂墊層50 cm。機械打設(shè)排水板，打設(shè)排水板采用長、短板排水板布置方式，長板間距90 cm，正方形布置，打設(shè)深度至底高程-12.0 m，在每四根長板的形心位置插一根短板，吹填土層實際排水板間距64 cm，短板打設(shè)深度至底高程0.0 m。每一排排水板附近鋪設(shè)一根通長濾管，排水板綁扎在濾管上；長、短版打設(shè)工藝斷面如圖1所示。

卸載標(biāo)準(zhǔn)：1）按現(xiàn)場實測沉降曲線推算，得出的綜合固結(jié)度大于85 %；2）卸載前5天，平均每天產(chǎn)生地表沉降不大于2.0 mm；3）有效抽真空計時天數(shù)為110天。

3.3 排水板長、短板打設(shè)施工

排水砂墊層驗收完成后，采用陸地打板機施打塑料排水板。塑料排水板呈正方形布置，間距均為90 cm，長板打至底高程-12 m，短板打設(shè)至底高程0.0 m。長、短排水板打設(shè)同時進行施工，即進行一排長板的打設(shè)施工，再在其相鄰一排進行短板的打設(shè)施工，短板位于四根長板的中心位置。打設(shè)塑料排水板前后均需對加固區(qū)地表高程進行采集，用以計算排水板打設(shè)過程中發(fā)生的沉降。

圖1 地基處理斷面

打設(shè)塑料排水板采用輕型門架式打設(shè)機，施工嚴格遵守規(guī)程的要求，并按以下施工步驟進行實施：放樣→定位→塑料排水板打設(shè)→切割塑料排水板→移機→驗收→測量→排水。

3.4 加固效果分析

為及時掌握施工過程中采用排水板長、短板相結(jié)合這種新工藝所能得到的加固效果，我們在真空預(yù)壓加固前后及其過程中進行了監(jiān)測和現(xiàn)場檢測的工作，這其中包括現(xiàn)場鉆孔取土及室內(nèi)土工試驗和十字板剪切試驗，地表沉降及孔隙水壓力等現(xiàn)場監(jiān)測項目，根據(jù)監(jiān)測及檢測報告[6]，試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析如下。

3.4.1 地表沉降及固結(jié)度計算

加固區(qū)域原地基土在加固前都處于欠固結(jié)狀態(tài)，隨著排水板的打設(shè)，土顆粒之間的排水間距被縮短，地基土?xí)谄渥灾睾奢d的作用下，產(chǎn)生了一定的地表沉降，此地表沉降為排水板打設(shè)期間的地表沉降。加固區(qū)施工過程中的總沉降為排水板打設(shè)期間的地表沉降與預(yù)壓期間沉降量之和，加固區(qū)實測地表沉降量以及綜合固結(jié)度值（雙曲線法）[4]詳細情況見表2。

表2 綜合固結(jié)度及沉降

由表2可以看出，各加固區(qū)在有效加固時間達到110天的情況下，加固期間沉降量為1 378~ 2 064 mm，真空區(qū)卸載時按現(xiàn)場實測沉降曲線推算，得出的綜合固結(jié)度大于85 %，并且卸載前5天，平均每天產(chǎn)生地表沉降不大于2.0 mm，各區(qū)均滿足設(shè)計提出的卸載要求。

3.4.2 孔隙水壓力變化

圖2 8區(qū)真空預(yù)壓期間孔隙水壓力～時間關(guān)系變化曲線

真空預(yù)壓加固的原理是使加固區(qū)域中地基土內(nèi)的孔隙水不斷向外排出，使地基土發(fā)生固結(jié)，進而達到改善土性，加固地基的過程，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，并且以8區(qū)為實例，繪制該區(qū)的孔隙水壓力～時間關(guān)系變化曲線及孔隙水壓力累計消散值如圖2和表3所示。

表3 8區(qū)孔壓累計消散值

根據(jù)表3數(shù)據(jù)分析可知，真空預(yù)壓抽真空進行前，地基土內(nèi)孔隙水壓力明顯大于埋設(shè)測頭位置的靜水壓力，可以看出地基土內(nèi)存在超靜水壓力，原加固地基處于欠固結(jié)狀態(tài)。真空預(yù)壓過程中，地基土內(nèi)的孔隙水壓力產(chǎn)生了較大的消散，使得加固效果明顯。

3.4.3 土質(zhì)變化

真空預(yù)壓加固前后監(jiān)測單位均在現(xiàn)場進行了取原狀土工作，并對取出的土樣進行室內(nèi)土工試驗；以8區(qū)為例，為了對加固效果做出評價，我們對每個加固小區(qū)加固前后的土工試驗數(shù)據(jù)進行對比，現(xiàn)以8區(qū)為例，該加固小區(qū)加固前后的數(shù)據(jù)變化見表4。

表4 加固前后8區(qū)的土工試驗數(shù)據(jù)對比

根據(jù)表4可知，8區(qū)主要的加固土層土體含水率及孔隙比降低明顯，壓縮模量、粘聚力及內(nèi)摩擦角增加較大，采用長、短板相結(jié)合的新工藝在真空預(yù)壓中加固效果顯著。

3.4.4 十字板剪切試驗

真空預(yù)壓加固前后，每個加固區(qū)均進行了18 m深的現(xiàn)場十字板剪切試驗工作，通過對各個加固區(qū)的加固前后十字板抗剪強度進行對比發(fā)現(xiàn)，各加固土層的十字板抗剪強度增幅都比較明顯。以8區(qū)的現(xiàn)場十字板剪切試驗為例，該區(qū)的真空預(yù)壓前后的十字板抗剪強度值變化見圖3。

4 新工藝與臨近工程傳統(tǒng)工藝對比

臨近工程設(shè)計采用的是傳統(tǒng)打設(shè)深板的工藝，該工程吹填土厚度為4.0~6.0 m，并且塑料排水板只打設(shè)深板，塑料排水板打設(shè)底高程為-12 m，打設(shè)間距為0.8 m。現(xiàn)將采用新工藝和傳統(tǒng)工藝排水板打設(shè)施工的兩個工程的各個指標(biāo)進行對比，對比指標(biāo)見表5。

圖3 真空預(yù)壓前后8區(qū)的十字板抗剪強度～深度曲線

表5 塑料排水板新、傳統(tǒng)工藝指標(biāo)對比

由表5可以看出，排水板打設(shè)間距新工藝較傳統(tǒng)工藝在新吹填土層縮短：0.8-0.64=0.16 m，在原海相層增加：0.9-0.8=0.1 m；新工藝較傳統(tǒng)工藝在每平米地基多打設(shè)排水板0.6 m，本工程增加費用：0.6 m/m2×220 000 m2×2.5元/m=33萬元；新工藝較傳統(tǒng)工藝減少約30天的抽真空天數(shù)，每1 000 m2布設(shè)一臺7.5 kW的泵，電費按1.2元/（kW·h）計算，30天共節(jié)省費用：220 000/1 000× 7.5×24×30×1.2=142.56萬元；本工程共節(jié)省費用：142.56-33=109.56萬元。通過吹填層十字板抗剪強度比較可知，新工藝較傳統(tǒng)工藝對吹填土層加固效果好，土體強度得到了提高。

5 結(jié) 論

1）采用排水板長、短板相結(jié)合這種工藝，在加固期間使得淺層土體各物理力學(xué)指標(biāo)變化顯著，并且加固土體在真空預(yù)壓施工過程中產(chǎn)生了較大沉降，根據(jù)真空預(yù)壓卸載后的數(shù)據(jù)可知，卸載時按現(xiàn)場實測沉降曲線推算，得出的綜合固結(jié)度大于85 %，并且卸載前5天，平均每天產(chǎn)生地表沉降不大于2.0 mm，滿足設(shè)計提出的卸載要求。

2）采用排水板長、短板相結(jié)合這種工藝，多打設(shè)少量的排水板，縮短了新吹填土層土體的排水路徑，減少了新吹填層土體的固結(jié)時間，從而使軟基處理區(qū)域滿足卸載要求的前提下，不出現(xiàn)延期抽氣的現(xiàn)象。

3）采用排水板長、短板相結(jié)合這種工藝，能夠使地基淺層土體的抗剪強度得到明顯提高，特別是對于沉積歷史較短的淺層土體加固效果明顯。

4）采用排水板長、短板相結(jié)合這種工藝，降低了工程造價，保證了工期。因此排水板長、短板相結(jié)合新工藝的成功應(yīng)用為其他相似工程起到了指導(dǎo)和借鑒的作用。

參考文獻：

[1] 趙培生. 塑料排水板在天津港工程建設(shè)中的應(yīng)用[J].水道港口，2003.

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Combination of Long and Short Draining Boards Applied in Vacuum Preloading Project

Chen Zhijun, Zhuge Aijun, Li Maoji, Zhang Guoliang
(Transport Industry Key Laboratory of Port Geotechnical Engineering & Tianjin Key Laboratory of Port Geotechnical Engineering, Tianjin Port Engineering Institute Co., Ltd. of CCCC First Harbor Engineering Co., Ltd., Tianjin 300222, China)

Abstract:Based on one foundation improvement project of Tianjin port economic zone, an introduction has been given to the construction technologies of applying long and short draining boards in soft base improvement, and its reinforcing effect has been analyzed. This analysis results show that the above method can reduces the project cost, shorten the construction period, effectively improve local geological conditions, and increase the shear strength of soil body. In addition, the method is of remarkable reinforcing effect on new dredger-filled soil layer. The combination of long and short draining boards is applied successfully in soft base improvement, which serves as a significant guidance for other similar projects.

Key words:vacuum preloading; long and short draining boards; pore water pressure; shearing strength of soil body; geotechnical physics and mechanics indices

作者簡介：陳智軍（1986-），男，工程師，主要從事巖土工程監(jiān)測、檢測以及科研等方面的工作。

收稿日期：2015-03-04

DOI:10.16403/j.cnki.ggjs20160120

中圖分類號：TU472.3+3

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1004-9592（2016）01-0085-05