塑料排水板地基处理固结沉降特性

第２７卷第３期　２０１０年６月　贵州大学学报（自然科学版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｇｕｉｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ）　Ｖ０Ｉ．２７　Ｎｏ．３　Ｊｕｎ．２０１０　文章编号１０００—５２６９（２０１０）０３—００９１一ｏ６　塑料排水板地基处理固结沉降特性　钱晓丽　，张建勋，陈为群　（福建Ｔ程学院土木工程系，福建福州３５０１０８）　摘要：为了研究塑料排水板在深厚填土地基中对固结度和沉降的影响，结合福建某堆载一塑料　排水板联合地基处理工程，分析计算了仅堆载和加设塑料排水板两种情况下的固结度计算。指　出了软土地基处理在填土加载的同时，必须结合竖向排水体才能符合工程需要，且计算固结度时　必须考虑井阻和涂抹作用。选取了淤泥土的沉降计算经验系数及杂填土的计算参数，分别计算　淤泥层和杂填土的沉降，沉降计算及固结度预测与实际观测数据相符。工程监测数据表明：分层　沉降观测数据与地面沉降测点沉降曲线基本一致，孔压的消散曲线与该测点附近的地面沉降测　点的沉降时问关系曲线基本一致，能正确反应地基土的孔压消散情况，且在地基处理施工过程中　加载没有造成较大的侧向位移，表明项目设计合理，达到预期要求，可为类似地基处理工程提供　理论借鉴。　关键词：排水固结法；塑料排水板；固结度；沉降；监测分析　中图分类号＿．ＴＵ４７２．６　文献标识码：Ａ　Ｏ工程概况　目前工程界已普遍用塑料排水板地基代替袋　（场地东侧分布有砾砂透镜体）、粉质粘土、粗砂、　残积砾质粘性土。　水文地质条件如下：①素土层，透水性较好，赋　水性一般，为上层滞水；②淤泥；③粉质粘土；④粗　砂，透水性好，呈局部分布，赋水量一般；⑤残积砾　质粘性土，赋水性及渗透性差，为相对隔水层。　装砂井，施工效率较高，国内外进行了大量的工程　实践¨　，但理论固结度计算和预期的沉降值往　往和实际工程存在差距，使得加载系统设计、卸载　时间存在不确定性。为此，本文结合某实际工程进　行固结和沉降计算，并与监测数据对比，从而为类　似工程应用提供了理论依据。　“泉州市海峡体育中心场地地基处理工程”位　于泉州市城东组团中心片区内庄任社区的南面，东　临主干道安吉路，北抵规划道路即城东中心大街。　该体育中心总占地面积３４万ｍ　，场地地基处理总　场地自地表以下主要土层的物理力学性质指　标见表１．　表１土层分布情况汇总表　面积约２３万ＩＴＩ　．体育馆、游泳馆、商业用房等建筑　采用桩基础，其它场地，如体育场、各类球场、停车　场、市民广场、道路及绿地等用地均采用地基处理　方式。　拟建场地的设计整平标高为４．５　ＩＴＩ，对差异沉　降敏感度一般。场地为二级，原为耕地，现已回填　平整，场地地貌属海湾冲淤积平原地貌。现场钻探　揭示，场地内分布的土层自上而下为素填土、淤泥　收稿日期：２０１０—０４—２０　基金项目：福建省青年人才创新项目（２００７Ｆ３００４）；福建省服务海西重点建设项目（闽教高Ｅ２ｏｏ９］８号）；福建省教育厅资助省属高校科研　专项项目（ＪＫ２００９０２２）　作者简介：钱晓丽（１９７０一），女，黑龙江鸡西人，博士，副教授，从事岩土工程的教学与科研工作。Ｅｍａｉｌ：ｑｘｉ０８０８＠１６３．ｔｏｍ．　・通讯作者：钱晓丽，Ｅｍａｉｌ：ｑ￣Ｏ８Ｏ８＠１６３．ｔｏｍ．　・９２・　贵州大学学报（自然科学版）　第２７卷　根据现场原位测试和室内土工试验的统计分　析结果，各层土主要指标标准值如表２所示：　表２各土层物理力学指标统计表　１设计计算　１．１设计理念和思路　场地曾利用回填土进行预压载处理，堆载时间　求得第一次的加载高度为１．４　ｍ，每天堆土高　度为０．３　ｍ．待固结强度达到７０％后，可施加下一　级荷载。否则加荷超过土的承载力极限值，产生剪　切破坏，沉降很大。　２．填土２年后的固结度计算　为两年。回填过程中未辅以其它地基处理措施对　淤泥进行处理，在填土自重及施工荷载等作用下淤　泥的压缩变形大，场地工后沉降问题十分显著。但　是场地下部淤泥土高达６０％的含水量没有得到处　理，会使得未来路面沉降量较大。淤泥含有机质，　在城东中心大街一侧较薄，其他地方较厚。其竖向　和水平固结系数分别为０．７４×１０　ｅｍ　／ｓ和０．８０　×１０～ｃｍ　／ｓ．　日　荷载按２次施加，加载时间为１０　ｄ，第二次加　载开始时间为第３０　ｄ，加载如图１所示。　乱　根据设计和使用对地基的要求，在如此软弱的　地基上修建体育场的主要问题是地基变形。天然　地基不能满足球场、跑道等对变形的要求。为此，　必须采取措施对地基进行加固处理。经过多因素　多方案比较，本设计确定采用恒载预压结合塑料排　水板法方案对软弱地基进行加固处理。竖向排水　Ｏ　ｔ１　ｆ２＝４ｏ　５－－４０　图１加载过程设计　ｔ＝７３０　ｔｌｄ　则凼结度为　体采用塑料排水板，以缩短淤泥排水距离，在加快　排水的同时提高淤泥的固结沉降进程。塑料排水　板应穿透淤泥层并进人中砂层或粉质粘土层。塑　）一￣ｅ－Ｂｔ（　）】＋　袁［　）一号ｅ　△ｐ＝７　５　ｋＰａ　＝　仃　）】　＝　料排水板打设完毕后即分层回填地面沉降补偿填　方并碾压密实，使之形成硬壳层，提高密实度和承　载能力。借助表层未经处理的素填土自重和地面　沉降补偿填方作为预压荷载。　１．２仅堆载的固结度计算　１．加压系统设计　＝４　ｋＰａ／ｄ，ｇｉ＝嚣－３．５　ｋＰａ／ｄ，　８ｌ１，　＝　ｒ／斗　＿竺　４×Ｌ　１０．２　Ｘ　１００＿）－　：１５１５×１０　．填土高３．８　ｍ，重度１９．４　ｋＮ／ｍ　，堆土时间为２　年。地基设计中采用分级填土加载方法，在前一级　加载作用下土层固结、压缩、强度增大后，继续施加　下一级荷载，如此逐级加载直到满足设计荷载和地　基变形与稳定要求为止。第一级容许施加的荷载：　Ｐｌ＝　１×５．１４×Ｃ　＋ＴＤ　故　＝０．２６８＝２６．８％　计算结果显示：３．８　ｍ厚的填土，堆载２年，未　处理下部淤泥，固结度仅为２６．８％．而实际堆土　中，如果按照地基承载力要求分级加载，每级达　７０％的固结度后，再加下一级荷载。实际上不可能　完成。时间太长．必须结合竖向排水体才能达到。　第３期　钱晓丽等：塑料排水板地基处理固结沉降特性　＝１一Ｏｔ－ｅ－Ｏ　・９３・　本工程中填土完成后，沉降很大，有的地方甚至超　载回填，不能仅仅看做是固结沉降，而更可能是土　以堆载加固１８０　ｄ为例，计算竖向和水平向的　体剪切破坏了。本工程中在打设塑料排水板前又　固结度：　补充填土，堆载约０．５年的时间。　１．３塑料排水板的设计　径阿排枷＿１＇　，　地质条件以ＺＫ８４控制性钻孔为例。塑料排　儿：水板间距１．２　ｍ，长１５　ｍ，正方形布置，填土３．８　ｍ，　儿　拿：　—　：１９．。　３８　淤泥土１０．２　ｍ，填土上设５００　ｍｍ厚的水平砂垫　＝　ｌｎ（　＿２．２　层，塑料排水板穿过软弱土层，并进入淤泥土层下　—ｌ　‘｝　／７，的粉质粘土层５００　ｍｍ（该钻孔处无砾砂层）。塑　——　＝１一ｅ－Ｋ　Ⅳ＝１一ｅ－Ｋ　百８　８　。＾　‘　＝０．９２料排水板选择为ＳＰＢ１００系列中的Ｂ型，宽度为　竖向排水：　：１一　。一　＊ｒ２Ｃｖ　：０．２０　１００　ｍｍ，厚度为４　ｍｍ．　塑料排水板的等效直径ｄ　为：　总的固结度：　＝１一（１一　）（１一＿）　ｄ　：Ｏｒ２　：１×　：　＝０．９３　说明塑料排水板固结以水平向为主。　６６．２　ｍｍ　２．２考虑井阻作用和涂抹作用　故按直径７０　ｍｍ的袋装砂井来设计。　以堆载加固１８０　ｄ为例，计算水平向的固结渡：　水平向排水固结系数Ｃ　＝０．７４　Ｘ　１０　ｃｍ　／ｓ，　ｔ＝１８０　ｄ，设预压达到的固结度为８０％，求间距ａ：　径向排枇－ｌ＇　＝　，　口：．Ｉ『　：　！　ｎ：．Ｉｎ（ａ／ｄ　）×ｌｎ［０．８／（１一　）］Ｊ　ｎ　拿：　—　：１９．‘　３８　ｒ６．５×０．７４×１０一’×２４×６０×６０×１８０１”。’　Ｆ＝　＋　＋　，其中　和　是分别考虑涂　Ｌ　Ｉｎ（ａ／７．０）×Ｉｎ『０．８／（１—０．８０）１　Ｊ　抹影响和井阻影响的系数。　解得，口＝１２５　ｃｍ，取ａ＝１２０　ｅｍ．　＝　２打设塑料排水板后的固结度计算　ｌｎ（　－２．２　软土地基的固结度计算中，井阻和涂抹效应是　＝（　＿１）ｌｎ　２．７７，　两个重要因素。井阻效应是指塑料排水板由下向　上运动过程中受到排水板自身对水的阻力的作用，　＝从而使塑料排水板周围的土体达到的固结度降低。　孚×　ｋｈ＝孚×　如排水板受土体挤压滤膜向排水板的凹槽挤入，过　一　：（！Ｑ：　兰：　！Ｑ：：　４　—０．７６９　水断面减小或排水板随土层压缩发生弯折，影响弯　＝２．５８　折段以下水的排出；或滤膜被细小的土颗粒或微生　物堵塞。涂抹效应是指在使用套管把塑料排水板　故Ｆ＝２．２２＋２．７７＋２．５８＝７．５７　打人软土地基的过程中，在塑料排水板周围产生一　：１一ｅ一鲁×　：１一ｅ一鲁ｘ　Ｃｈ　Ｘｔ　个已经扰动的环状薄层土，使得软土达到的固结度　８　ｎ　８￣１０—３×２４ｘ３６０Ｏｘ１８０　＝１一ｅ－而　—　面　＝０．５１　降低。　表３为是否考虑涂抹、井阻影响的不同时间的　２．１不考虑井阻作用和涂抹作用　水平固结度计算值：　堆载半年后，按瞬时加载考虑：　表３塑料排水板固结度计算表　贵州大学学报（自然科学版）　第２７卷　从表３可以看出，按是否考虑井阻和涂抹因素　的影响，地基处理１８０　ｄ后的固结度分别为９３％和　深度向下线性增长，上覆荷载取最大应力计算。杂　填土最大特点是离散性大，未经严格压实的填土孔　隙率极其不均匀性，故取压缩模量和下层土相同。　．ｓ　ｆ—ｌ６ｏ％，可见打设塑料排水板的固结度计算中，应该　考虑井阻和涂抹因素的影响，否则误差很大。从经　验公式来看，竖向增强体长度与砂井直径之比为：　ｌ／ｄ　＝１５０００　ｍｍ／７０　ｒｅａｌ＝２１４＞１４０，应考虑井阻　Ｏ＂ｚ×Ａｈ　・８×１０　＝　‘　＿ｉ　ｉ．ｏｏ＾１Ｕ　１４９　ｎｌｍ　＝　×　＝１．４　ｘ　１４９．６＝２０８．６　ｍｍ　和涂抹的影响，即用非理想井计算。　３最终沉降量计算　３．１最终沉降量计算　则塑料排水板１５　ｍ深度范围内产生的预计最　终沉降量为：　５６０　ｍｍ＋２０９．４　ｍｍ＝７６８．６　ｍｍ．　淤泥层上部土层厚度为３．８　ｍ，折算成自重应　力来计算淤泥土层的沉降：　ｎ　一　，，’＿　４监测数据　４．１沉降一时间的关系图和固结度的关系　５ｃ　善乏×从ｉｉ一１　ｔｉ　　１・ｏｏ＾■Ｕ　ｏ．２×１０３　＝３９９．８６　ｍｍ　ｓｆ＝ｍ，×Ｓ　＝１．４×３９９．８６＝５６０　ｍｍ　在本次地面沉降监测过程中，各场地测点基本　于塑料排水板施工后设置，测点在前期堆土的作用　下产生的沉降量无法测得，故监测沉降量为排水板　对于正常固结土的沉降经验系数ｍ，可查《建　筑地基基础设计规范》（ＧＢ　５０００７—２００２）中的表　５．３．５，本例中淤泥土为欠固结土，压缩模量很小，　无法查表。根据国内可靠的工程实例反分析资料，　参考其他规范的研究成果，对于正常固结和稍超固　结的软弱粘性土地基，采用堆载预压的排水固结工　程，同时基底附加压力大于承载力，沉降经验系数　ｍ　宜为１．１—１．４．当压缩模量较小，Ｅ≤２．５　打设后的沉降值，固结度完成比值也为排水板打设　后的固结程度。沉降一时间关系曲线在堆载后期　逐渐趋于平缓。其中在ｌ０月份进行场地抽排水，　曲线出现较为明显的降落后，又趋于平缓。　本文选取的特征地质勘察钻孔为控制性钻孔　ＺＫ８４，位于１Ｉ一２区的热身场外，附近布设的沉降　观测点测得平均地面沉降为４９０．５—６３２．５　ｍｍ，由　于各地质点的水平固结系数略有不同，及实际施工　ＭＰａ，不排水抗剪强度较小时用大值，故本例中取　／ｎ，＝１．４．　３．２　回填土最终沉降量计算　３．８　ｍ高的填土为新近回填的欠固结土，其所　操作中的误差，使得各点完成的固结度也略有差　别，推算固结度在６４．９０％一８４．６８％之间。表４　是热身场外地面监测数据汇总表，根据各个观测点　的土性参数，再按照加载２７０　ｄ达到的平均固结度　推算最终沉降量，并给出未来平均的工后沉降值。　可见，按照上部体育场建筑的要求，还需加载一段　时间以减小工后沉降。由表４可知，计算沉降和实　际观测沉降值很接近。　受的前期固结压力Ｐ。小于由容重和深度算得的自　重应力Ｐ　，沉降计算主要是自重作用下孔隙体积　压缩引起的沉降。沉降计算可根据ｅ—ｌ印曲线，　利用压缩系数Ｃ　和先期固结压力Ｐ　求出。本例中　采用常规沉降计算的简化方法。由于自重应力沿　表４地面沉降监测结果　４．２分层沉降一时间的关系图　从分层土体沉降时间关系（图２）可见，测点的　分层沉降曲线与该测点附近的地面沉降测点的沉　降时间关系曲线是基本一致的。从测点断面来看，　填土层、淤泥层的沉降量较大，且沿不同深度淤泥　的沉降量逐渐减小。由此，本次的分层沉降数据能　正确反应地基沿不同土层的沉降情况。　４．３孔隙水压力监测成果汇总与分析　本场地在地基处理之前已填土长达两年时间，　在测试初始孔压时土体已处于超孔隙水压力状态，　因此无法根据实测数据推算固结度。但能以此得　到在本次堆载过程中，孔压的消散情况。控制性钻　第３期　・９６・　贵州大学学报（自然科学版）　第２７卷　究［Ｊ］．工业建筑，２００９，３９（增）：７１７—７１９，７２９．　［５］李守庆．塑料排水板处理软土地基施工技术总结［Ｊ］．黑龙江　交通科技，２００９，１８３（５）：２４—２５．　［８］杨敏，周洪波，朱碧堂．软土地基上工业厂房堆场的地基处理　优化分析［Ｊ］．结构工程师，２００４，２０（２）：４３—５０．　［９］韦文婧，黄良．浅议常规三轴试验及其参数指标的选用［Ｊ］．广　西大学学报（自然科学版），２００６，３１（３）：２６２—２６４．　［６］孙伟．塑料排水板加固地基固结沉降特性研究［Ｊ］．山西建筑，　２００９，３５（２６）：９１－９３．　［１０］李斌，孙立军．水平边界条件对排水固结处理地基沉降的影响　［７］刘金龙，栾茂田，汪东林，等．土工织物与塑料排水板联合处理　［Ｊ］．地下空间与工程学报，２００９，５（３）：５８７—５９３．　软基的效果分析［Ｊ］．岩土力学，２００９，３０（６）：１７２６—１７３０．　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　Ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ　Ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ　ｉｎ　Ｇｒｏｕｎｄ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｆｏｒ　Ｐｌａｓｔｉｃ　Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ｄｒａｉｎ　ＱＩＡＮ　Ｘｉａｏ—ｌｉ’，ＺＨＡＮＧ　Ｊｉａｎ—ｘｕｎ，ＣＨＥＮ　Ｗｅｉ－ｑｕｎ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｉ　ｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｆｕｉｉａｎ　Ｕｎｉｖｅｍｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ。Ｆｕｚｈｏｕ　３５０１０８，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｓｔｕｄｙ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ　ｓｅｔｌｔｅｍｅｎｔ　ｉｎ　ｇｒｏｕｎｄ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｆｏｒ，ｔｈｅ　ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ　ｗｈｉｃｈ　ｃｏｎｓｉｄｅｒ　ｔｗｏ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎｓ　ｗａｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　ａｎ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｏｆ　ｐｒｅｌｏａｄｉｎｇ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｅｃｈ－　ｎｉｑｕｅ　ｔｏ　ｇｒｏｕｎｄ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ　ｐｒｅｓｓ　ｂｙ　ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄ　ｌｏａｄ　ｏｎｌｙ　ｏｒ　ａｄｄ．Ｉｔ　ｉｓ　ｐｏｉｎｔｅｄ　ｏｕｔ　ｔｈａｔ　ｈｔｅ　ｐｒｅ—ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｆｉⅡｉｎ　ｔｈｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｆ　ｈｔｅ　ｓｏｆｔ　ｓｏｉｌ　ｍｕｓｔ　ｂｅ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｗｅｌｌ　ｒｅｓｉｓｔｎａｃｅ　ｍｕｓｔ　ｂｅ　ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ　ｉｎ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ　ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ．Ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ　ｅｘｐｅｒｉｅｎｔｉａｌ　ｃｏｅｆｉｆｃｉｅｎｔｓ　ｏｆ　ｓｉｌｔ　ａｎｄ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ｍｉｓｅｅｌｌａｎｅ—　ＯＵＳ　ｓｏｉｌ　ｗｅｒｅ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ　ｔｏ　ｃａｌｃｕｌａｔｅ　ｓｏｉｌ　ｌａｙｅｒ　ｓｅｔｌｔｅｍｅｎｔ　ｓｅｐａｒａｔｅｌｙ．Ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ　ｖａｌｕｅ　ａｎｄ　ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ　ｗｅｒｅ　ｃｏｉｎ・　ｃｉｄｅｄ　ｗｉｔＩｌ　ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ　ｖａｌｕｅ　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｔｈｅ　ｌａｙｅｒｅｄ　ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ．Ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｕｒｖｅ　ｗａｓ　ｃｏｉｎｃｉｄｅｄ　ｔｌｌ　ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ　ｖａｌｕｅ　ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｒｅｆｌｅｃｔ　ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ　ｏｆ　ｐｏｒｅ　ｗａｔｅｒ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｗｅｌ１．Ｔｈｅ　ｓｍａｌｌ　ｌａｔｅｒａｌ　ｍｏｖｅｍｅｎｔ　ｉｎｄｉｃａｔｅｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｉｓ　ｐｒｏ－　ｊｅｃｔ　ｄｅｓｉｇｎ　ｉｓ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ａｎｄ　ｃｏｎｆｏｒｎｌ　ｅｘｐｅｃｔｅｄ　ｄｅｍａｎｄ　ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ａｃａｄｅｍｉｃ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｔｏ　ｓｉｉｍｌｒａ　ｐｒｏｊｅｃｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｒａｉｎｅｄ　ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｅｄ　ｍｅｔｈｏｄ；ｐｌａｓｔｉｃ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｄｒａｉｎ；ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ　ｄｅｇｒｅｅ；ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ；ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ