动力排水固结法（共7篇）
动力排水固结法 篇1
摘要：介绍了静动力排水固结法的特点,并从静力作用、能量转换、水性变化、排水固结和部分触变固化五个方面对饱和软土静动力排水固结加固机理及其工艺特征进行了阐述,从而保证软土地基的处理效果。
关键词：静动力,固结机理,工艺特征
在我国软土分布广泛且具有区域性,软土的沉积形成所需要的地质和地理环境决定了大而平坦的地方,主要是沿海地区,如滨海平原、河口三角洲、河岸、湖畔等处,往往都有淤泥或淤泥质土的存在,而这些地区恰好又是经济发达的地区,设计软土地基的建筑设施越来越多。因此,研究淤泥类软土的工程特性,对软土地基进行加固处理理所当然地成了工程地质和岩土工程界要解决的重点问题。
1 静动力排水固结法的加固机理
1.1 静压作用
夯击瞬间冲击荷载一般是夯锤质量的十几倍甚至几百倍,巨大的冲击力无法直接施加于软土之上,否则会出现埋锤或严重隆起现象。因此,对于静动力排水固结法软基加固,在夯击前,地基软土顶面必须有一定厚度的静力覆盖垫层,才能保证夯击施工的顺利进行。静力覆盖垫层一般有两种形式:一种是原地基软土层之上有一定厚度的覆盖层,并与中粗砂垫层共同形成静力覆盖层;另一种是原地基软土之上无覆盖层或覆盖层较薄,在中粗砂垫层施工后往往尚须填一定厚度的土层作为静力覆盖垫层。静力覆盖垫层的作用主要表现为以下几方面:1)静力(预压)作用。2)应力分散作用。3)维持残余后效力作用。
1.2 能量转换
夯锤冲击瞬间,夯击能量一部分消耗在地表面,并向四周辐射传播;另一部分消耗在夯锤气垫作用和土体摩擦过程中;余下部分以瞬间冲击力形式从夯坑底面往深部传播。冲击完成后,冲击能量以动力残余力(即在软弱土层上的土体静态覆盖力下仍保持的残余力)的形式储存于土层中。当夯击能达到一定程度时,土体呈不可压缩状态,即达到限值饱和能,就不能再夯,否则对于土体固结不利,因为夯击能过大,土体固结条件遭到破坏,孔隙水反而不易排出,而且破坏后难以恢复。
1.3 水性变化
当夯锤反复夯击土层表面时,极大的冲击能使土颗粒或土团粒互相移动、靠拢。首先是紧紧包裹在它们表面的薄膜水(弱结合水甚至部分强结合水)相互接触,随着冲击能量的不断增加,薄膜水受到很大的挤压应力,就向挤压力小的地方移动,并发生变形,即其厚度发生变化。当夯击能量足够大时,薄膜水能减薄到一个厚度,即薄膜水仍可由物理—化学吸附作用使土颗粒相互联系,而由此产生多余的水则变成自由水流向颗粒中间,引起很大的超孔隙水压力,由于软黏土低渗透性,孔隙水无法短时间内排出。随着夯击次数的增加,超孔隙水压力也不断提高,致使土中有效应力降低。当土中某点的超孔隙水压力等于上覆的土压力或等于上覆土压力加上土的粘聚力时,土中的有效应力完全消失,土的抗剪强度降为零,土颗粒将处于悬浮状态达到局部液化,土的强度下降到最小值。
静动力排水固结法加固饱和软黏土时,不存在利用提高夯击能或击数来击穿软土中的薄弱面,使软土液化来提高软黏土的渗透系数和排水作用。饱和软黏土的微孔隙排水和微裂隙排水起着非常重要的作用,这种排水是以软黏土本身的微结构不被破坏为前提的,反过来看,一旦软黏土本身受到过分扰动,微结构被破坏,那么其本身正常的排水通道将被破坏,这对于含水量和孔隙比都很大的软土来说,其中希望排出的大量自由水和弱结合水将滞留其中。
1.4 排水固结
静力排水固结法形成了有利的排水压力条件与边界条件,主要表现为以下方面:
1)静力荷载,相当于在软土层之上施加一定的静力(预压)荷载;
2)冲击瞬间,由于水的(近似)不可压缩性,冲击力通过排水体周围的水柱传递至软土深部,引起深部软土超孔隙水压力;
3)持续、较高水平的残余后效力形成了有利的压力条件;
4)土体在强大的夯击能作用下,出现巨大的压缩波和拉伸波,致使地表面形成竖向裂隙(分布在夯击点的周围),并在地基内部出现定向裂纹,形成树枝状排水网络,土的渗透系数陡增,大大改善了土体排水边界条件;
5)通过设置人工材料组成的水平和竖向排水系统,提高了软土的渗透性,并利用盲沟和集水井及时将软土层排出的水引到场地外。
在多遍的夯击过程中,软土在有利的压力和排水等条件下,多次发生孔隙压力的升降,超孔隙水不断快速排出,孔隙体积减小,加快地基土排水固结,最终使土体的抗剪强度和变形模量均有明显的增加。
1.5 部分触变固化
当孔隙水压力消散后,达到小于颗粒之间的横向压力时,地基内部裂隙闭合、土中自由水变成结合水。超孔隙水的排出使土体的有效应力增加,土的抗剪强度不断提高,地基土成为超固结土,工后沉降大大降低,从而达到了加固的目的。
另外,饱和软黏土在冲击荷载作用下产生一定程度的扰动(远未达到造成破坏,静动力排水固结法应尽量避免过量扰动软土结构),土中原来处于静平衡状态的颗粒、阳离子、定向水分子受到破坏,水分子的定向排列被打乱,颗粒结构从原先的絮凝结构变成某种程度的分散结构,粒间联系削弱,因此强度降低。在夯后经过一定时间的休置后,由于部分水性变化,薄膜水的减薄,组成土骨架中最小的颗粒———胶体颗粒(粒径约为0.000 1 mm)的分子水膜重新逐渐靠拢并连接,恢复其原有的稠度和结构,和自由水又粘结在一起形成一种新的空间结构,于是土体又恢复并达到更高的强度,这就是饱和软土的触变特性。
2 静动力排水固结法的工艺特征
2.1 采取适当排水措施加速孔压消散
通过水平排水体系(设置盲沟,在盲沟交汇处设集水井用电泵进行强排水;地表铺设一定厚度的砂垫层)的设置,并设置竖向排水体系(插设排水板或袋装砂井),来改善地基土的排水条件。文献中提及:采用塑料排水板作为竖向排水体系要优于袋装砂井,原因是在强夯过程中由于夯坑周围(填土层和淤泥质软土层交界处附近)可能出现较大的侧向变形,袋装砂井由于抗剪强度很低,所以容易被剪断,失去排水作用;而塑料排水板的抗拉、抗剪强度相对较高,因此在土体中一定的剪切变形范围内能够继续发挥其排水功效。
2.2 铺设足够厚度的垫层积累足够的残余应力
静动力排水固结法处理软土地基时,软黏土顶面必须有一定厚度的表面硬壳层或者填筑一定厚度的填土作为施压垫层。施压垫层的作用是避免夯锤与软土直接接触,避免软土产生较大的剪切变形,另外施压垫层的存在还有助于排水固结的实现,它起到预压荷载、冲击垫层、应力扩散及维持残余应力的作用,同时有利于施工机械的行走。
2.3 采取合理的施工工艺以保证土体结构不产生严重破坏,同时又能增加加固深度
1)单击能的确定。首先要给软土施加充分的动荷载,使土中动孔隙水压力大幅度增加;其次要避免高夯击能使软土大量隆起或水平挤出即避免过分扰动,破坏土的结构。
2)合理冲击击数。
3)合理的夯击遍数。
4)锤重和落距的合理组合。
5)合理的夯击间隔时间:两遍夯击的间隔时间通常以超静孔压完全或基本消散为控制标准,当孔压消散一般消散至接近夯击前水平或更低,便可进行下一遍的夯击。现场施工一般按超静孔压消散80%的时间,一般为10 d左右。
3 结语
本文对静动力排水固结法的加固机理进行了探讨。静动力排水固结法既可保证表层土体结构不受严重破坏,亦可使得一定深度的软黏土层中激起的高孔隙水压能够迅速消散,进而达到排水固结的目的。静动力排水固结法有其独特的工艺特征,即采取空间网状排水系统,铺设一定厚度的垫层,采取合适的强夯工艺,严格控制相邻两遍夯击的间隔时间。只要采用上述施工工艺,就能使动力排水固结法处理软黏土地基取得满意的加固效果。
参考文献
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[4]蒋健华.静动力荷载作用下软土地基沉降人工神经网络分析研究[D].广州:广东工业大学,2007.
[5]黄为民.排水固结法处理软基施工技术[J].山西建筑,2007,33(18):93-94.
排水固结法课堂教学改革初探 篇2
[摘 要]地基处理技术涉及公路、铁路、港口码头、大型桥梁、高层建筑以及机场等等各项重大工程，排水固结法是地基处理的一种基本方法，其内容专业性强，涉及学科广泛，其课堂教学模式直接影响其教学效果。根据重庆交通大学水利工程专业研究生地基处理新技术课程中的排水固结法，针对本课程特点及教学中存在的问题，探讨通过改革课堂教学模式，以期达到提高教学质量的目的。
[关键词]排水固结法 地基处理新技术 水利工程 教学模式改革
[中图分类号] TU41;G642.0[文献标识码] A[文章编号] 2095-3437（2015）06-0132-03
地基处理（foundation treatment）一般是指用于改善支承建筑物的地基（土或岩石）的承载能力，改善其变形性能或抗渗能力所采取的工程技术措施。[1]随着我国各类建筑与高等级公路的高速发展，软弱地基处理成为工程界亟待解决的重大问题。[2]目前，重庆交通大学地基处理新技术课程是针对水利工程专业研究生开设的，也有很多高校的土木、交通、水利、铁路等专业都开设了本课程或教学内容相近的课程，旨在扩大土木工程及相关专业的学生的知识面，熟悉常用的较新的地基处理方法，提高解决工程实际问题的能力。[3]排水固结法作为地基处理技术中一种最基本的方法，主要用于解决地基的沉降和稳定问题，是本课程的重要内容之一。
课堂是教育教学的主阵地，它直接关系到培养什么样的人的问题。[4]课堂教学是教育教学中普遍使用的一种手段，它是教师给学生传授知识和技能的全过程，课堂教学模式直接影响教学效果。本文从排水固结法的教学特点及教学中存在的问题两方面出发提出课堂教学模式改革方法，以期达到诸多教育者和研究者所关心的如何提高该方法教学质量的问题。
一、排水固结法的教学特点
（一）授课对象
为了提高硕士研究生地基处理专业知识与专业技能，我校早在2007年就为水利工程专业研究生开设了地基处理新技术作为专业基础课，并作为其他专业的专业任选课供全校研究生选择学习。我校是重庆乃至中国西南地区较早开设地基处理相关研究生课程的高校之一，并且把作为基础本方法的排水固结法选为本门课程的教学重点和必须掌握的知识点。因此该方法的主要授课对象为研究生，且主要为水利工程专业硕士研究生。
（二）授课教学内容
排水固结法又称为预压法，适用于饱和软黏土、可压缩粉土、有机质黏土和泥炭土等，特别适用于在持续荷载作用下的地基土。它是一种在建筑物建造以前，在天然地基或者设置有竖向排水体的地基上进行加载预压，使地基中的自由水随着竖向排水体排出而使得固结沉降提前完成，地基土强度得到提高的方法。[5]排水固结法的教学内容安排如表1所示：
表1 排水固结法的教学内容安排
从教学内容上看，排水固结法的授课主要存在以下两个方面的特点：
1.涉及知识面广：排水固结法包括堆载预压法、真空预压法、真空堆载联合预压法、电渗法几种基本方法，包含加固机理、设计计算、施工工艺等方面的教学内容，体系庞大，涉及土力学、水力学、工程地质学等基础专业知识，涉及知识面广，要求学生有一定的专业基础;
2.工程实践性强：学习排水固结法的目的是使学生掌握其基本理论，了解本方法或技术最新的发展动态，分析存在问题的原因，掌握方案的选择和评价，培养学生应用本方法加固适用地基的实践能力。教学内容与工程设计规范密切相连，学习的最终是服务于工程设计，因此具有较强的工程实践性。
二、课堂教学模式存在的问题
目前针对教学内容主要存在的问题有：
（一）“灌输式”授课
研究生教育是我国教育结构中最高层次的教育，肩负着为国家现代化培养高质量创造性人才的重任。[6]研究生的硕士阶段教育，是本科毕业之后继续进行深造和学习的一种教育形式，在学生掌握专业所需基本技能后，在专业修养素质上有更大的提高，其目标是培养有一定理论基础的专业设计工作者即设计师。研究生毕业生在国家各项事业中发挥着重要的作用，他们中间有相当一批人将成为教学、科研和部门的主要骨干力量以及学术带头人，有的将获得国家发明奖和重大科技成果奖。排水固结法的授课对象为硕士研究生，他们有别于本科生，处于接近成熟的成长时期，求知欲望强，对未来有很高的期许，且有强烈的拓宽知识面及接触新鲜事物的要求，采用本科传统的“灌输式”授课方式是不能满足硕士培养的要求，这是针对授课对象存在的主要问题。
（二）底子薄
排水固结法的教学内容涉及知识面广，需要学生对土力学、水力学、工程地质学等基础专业知识有全面的了解，而我校的水利工程研究生招生来源于不同高校或相近专业，他们本科开设的课程有所不同，对专业基础知识的认知面单一，想要“消化”排水固结法中的相关知识点，有一定的难度。
（三）见闻少
排水固结法学习的目的是服务于工程实际，而绝大部分学生是本科毕业后直接攻读硕士研究生学位，毫无工程背景，听到见到的工程都比较少，学生仅靠书面教育，想象力的发挥存在很大的局限性，见闻少也使学生对该方法的掌握多了一道障碍。
（四）条理不佳
从表1可以看出，在教学中先对排水固结法进行了概述，后进行了加固机理、设计计算、施工方法等方面的介绍，其中分别讲述了几种基本方法，教学的侧重点在于基本原理，理论性很强也比较全面，但是这样的表述方式让学生难于对某一个方法形成系统性的认知。研究生毕业以后，大多就职于设计院、研究院以及高校，从毕业生毕业工作以后的反馈信息可知，多数毕业生对复合地基排水固结法的理解不透彻，概念模糊，缺乏具体排水固结法分类方法的认识，当遇到工程设计分析的时候，一片茫然，不知如何下手。
（五）缺乏支撑
理论来源于实际，又服务于实际。排水固结法学习的最终目的是解决实际问题，但在本教学内容的设计上，极少提及实际工程，有一定的缺陷性，单纯的理论教学容易让学生感觉疲惫，且不易理解。
三、课堂教学模式改革
（一）教学内容的改革
由于排水固结法教学内容条理性不佳，并且缺少工程实例，让学生对该部分的内容含糊不清，设计方法不明确，因此，对该部分教学内容进行了改革，改革后的教学内容如表2所示。
表2 排水固结法改革后的教学内容安排
从表2可以看出，改革后的教学内容与原教学内容相比，存在几点不同：
1.先简述排水固结法的原理，对几种方法中一致性的内容作了统一讲解后，按照小节的方式分别讲解每一种方法的原理、设计、施工，各个击破，也有利于学生进行对比分析理解，对每一种方法形成系统性的认识;
2.增加了工程案例小节，形成系统认识后，列举了我国几种应用排水固结法进行地基加固的工程实例，进一步加深了学生对排水固结法各种方法的认识;
3.针对研究生的培养目标，根据本行业目前的研究动态和国内的工程应用情况，增加了发展趋势一小节，让学生更好的分析了解排水固结法的发展动态，为他们的科研之路做好铺垫工作;
4.通过本章思考题，让学生巩固所学排水固结法知识点，便于日后应用。
（二）“图片+视频”式教学模式
排水固结法的教学内容决定了排水固结法教学工程实践性强的特点，规范规定的条例仅靠文字表述，会让课堂了无生气，学生的学习热情大幅度降低。图片是一种直观的简化的表述方式，在课堂教学中使用简单的文字配以形象的图片制作课件，让课堂教学五彩斑斓起来，能够合理规避学生的视觉疲劳，提高课堂学习效率。而随着电子科学技术的飞速发展以及信息化进程的加快，越来越多的工程制作宣传片，还有按照原理制作的一些教学短片，工程现场拍摄的视频等都可用作教学，使课堂更加活泼生动。因此，这种“图片+视频”式教学模式可以很好的提高学生的学习兴趣，传输大量的学习信息，加深学生对教学内容的记忆，加强对知识点的理解，能够有效的提高课堂教学质量。
（三）网络化学习方式
20世纪80年代以来，教育改革的总趋势是教育多元化、社会化、信息化和国际化。[7]对硕士研究生的培养，应采用课程学习和科学研究相结合的方式，因此既要注意知识的传授，更要加强能力的锻炼。硕士研究生毕业要在坚实的掌握本学科基础理论和系统的专门知识的基础上，具有从事科学研究工作或独立担负专门技术工作的能力。要达到这一要求，硕士研究生必须具备查找和阅读科技文献的能力，正确掌握学科的发展动态及发展趋势。在本课程中，针对教学对象为硕士研究生这一特殊授课对象和几乎每位学生都有电脑的特点，增加了排水固结法的发展趋势一节，这一节的增加也旨在培养学生查阅相关科技文献数据库或其他相关网络文章的能力，通过阅读文献，了解排水固结法的发展动向，总结其发展趋势，凝练其科学难题，学习解决这些科学难题的科学研究的方法。
三、结论
课堂教学是教育教学中使用最多最为普遍的一种教学方法，其教学模式的正确与否很大程度上决定了教育质量的高低。文章结合排水固结法的特点及教学中存在的问题，广泛吸取国内外其他高校同行的教学经验，参考毕业学生和用人单位反馈的信息，依据现代化的教育教学理念，在多年的教学经历中总结教学经验，重点探讨了通过调整课题教学内容、综合运用其他教学手段的课堂教学改革模式。与原来的教学模式相比，新模式能够结合课程内容自身特点，以学生为中心，采取多种手段，激发学生学习的兴趣，加深学生对工程概念的理解，充分调动学生学习的主观能动性，因此使教学真正达到培养工程师的目的，取得了较好的教学效果，并且为进一步的科学研究打下基础。
[ 注 释 ]
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[7] 梁世宁.新课标下中学地理情境教学的理论与实践研究[D].福州：福建师范大学教育硕士学位论文.
[责任编辑：钟 岚]
[收稿时间]2014-12-18
[基金项目]重庆市研究生教育优质课程2013年（34号）基金项目。
动力排水固结法 篇3
关键词：饱和软土地基,动力排水固结技术,软土微结构,力学指标
0 引言
动力排水固结预处理技术普遍应用于地基处理过程中, 其与一般处理技术相比具有施工简单和加固效果明显的应用优势。动力固结法和排水固结法的结合, 使动力排水固结预处理技术改善软土的排水固结特性更加明显, 鉴于此, 本文对该课题的研究具有重要的意义。
1 饱和软土地基动力排水固结常规试验
1.1 试验区场地工程地质条件
如表1所示, 其为试验区场地地层的主要特点和土质组成情况。试验区的工程地质特征如表2所示。针对试验区的地质条件, 该工程建设过程中需要处理软土的固结变形问题, 从而进一步提高抵抗水平荷载的能力[1]。
1.2 饱和软土地基动力排水固结预处理试验内容
采用动力排水固结技术处理饱和软土时需要注意超孔隙水压力的产生, 其不仅会严重影响到土体加固的质量, 同时也会使土体的承载能力下降。因此, 采用动力排水固结技术施工时, 要减少超孔隙水压力的影响, 在试验区吹填细砂层1 m~2 m, 然后在地基土的细砂层1 m以上插入排水板, 排水板施工要保证其具备较为合理的布局安排和间距, 本实验中采用了方形的布局, 间距为1.2 m×1.2 m[2]。
试验区周围的排水段施工需要满足的要求如下:1) 在低于固结面1.5 m以上进行排水沟施工;2) 每20 m设置一口集水井进行抽水;3) 固结处理施工采用的方式为多遍少击、双向排水和逐级加能;4) 试验区不同区段均点夯3遍, 每遍6击, 其中每遍采用的夯击能依次为1 500 k N·m, 1 200 k N·m和900 k N·m。除上述试验内容以外, 还要保证土层的总沉降量处于1 300 mm以下, 在经过3遍夯击以后要保证原地具有最大程度的平整度。
在试验过程中要在施工的试验区段选择一个具有代表性的断面, 通过钻孔的方法, 在地下2.5 m, 4.5 m, 6.5 m, 8.5 m, 10.5 m和12.5 m深度处埋设孔隙水压力计, 然后回填砂, 使其周围变得紧实。得到的测试结果如下:2.5 m处各区段水压力值为0.037 MPa, 0.04 MPa, 0.03 MPa, 4.5 m处各区段水压力值为0.045 MPa, 0.05 MPa, 0.06 MPa, 6.5 m处各区段水压力值为0.06 MPa, 0.06 MPa, 0.06 MPa, 8.5 m处各区段水压力值为0.07 MPa, 0.07 MPa和0.02 MPa, 10.5 m处各区段水压力值为0.09 MPa, 0.095 MPa, 0.09 MPa, 12.5 m处各区段水压力值为0.11 MPa, 0.10 MPa和0.12 MPa[3]。
试验过程中测试到的地表沉降范围和总的平均夯沉量如表3所示。
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1.3 影响饱和软土动力排水固结效果的因素研究
通过上述试验内容可以总结出影响动力排水固结效果的主要因素, 即夯击能量、土层的分布特征以及夯锤底面积。上述三要素影响动力排水固结效果的规律如下:1) 适当增加单击夯击能量, 可以起到较好的加固效果, 但是要控制好夯击能量所处的范围;2) 影响加固效果的土层包括上层土质较好、下层土质松软的土层以及饱和度小于42%的土层;3.2 m2~4 m2的夯锤适用于砂土和碎石地材料场地, 3 m2~4 m2的夯锤适用于粘性土, 4 m2~6 m2的夯锤适用于淤泥质土。
2 饱和软土动力排水固结处理前后微结构形态变化规律研究
自然状态下, 软土微结构包括蜂窝状结构、海绵状结构、骨架状结构、絮状结构和凝块状结构五种, 蜂窝状结构的软土孔隙率为65%~85%, 粘粒量大于30%, 海绵状结构的粘粒含量为35%左右, 骨架状和絮状结构的特点主要是孔隙率较大, 颗粒分布不均匀。凝块状结构的粘粒组成特点为粒径大于30μm, 粉粒含量较少。
3 饱和软土工程性质指标与微结构参数的相关性分析
在研究动力排水固结法的加固效果时, 饱和软土工程特性以及微结构状态参数相关性规律研究是最佳的分析对象, 即在分析这些参数相关性的同时, 可以对动力排水固结法的加固效果进行有效的评价。
3.1 动力排水固结处理前后各物理力学指标相关性分析
由于试验区土层含水量较高, 因此在动力排水固结处理前, 饱和软土的密度、孔隙比、压缩系数与含水率的相关性较好, 而土层的孔隙比和饱和度等指标与土层密度的相关性一般。其次, 相关性显著的指标还包括塑限、塑性指数间以及强度指标和重度之间, 这几组物理指标的相关性可以达到0.95以上。除了相关性显著的指标组以外, 还包括相关性极差的压缩性指标与重度。
3.2 动力排水固结处理前后微结构参数和压缩系数的相关性分析
土的压缩性与土层的孔隙比相关, 因此在分析微结构参数与压缩系数的相关性时也可以判断动力排水固结处理技术对土层的加固效果。在动力排水固结处理前, 土层的孔隙度与压缩系数间的相关系数为0.89, 呈显著的线性关系。其次, 各个与孔隙相关的微结构参数间的相关性达到0.95以上, 由此可见, 孔隙度与压缩系数间的相关性较强。
在经过动力排水固结处理以后, 与孔隙度相关的微结构参数间的相关性达到0.99以上, 相关性更为显著。此外, 通过分析发现, 孔隙度和孔隙数目是影响压缩系数的主要结构参数, 孔隙度与压缩系数间的相关性为0.93以上, 而孔隙数目与压缩系数间的负相关性也达到0.9以上。换句话说, 经过动力排水固结处理以后, 土层加固紧实效果突出, 压缩系数和微结构参数的相关性更加显著。
4 结语
通过分析饱和软土地基动力排水固结常规试验, 总结了影响动力排水固结效果的主要元素。通过分析饱和软土动力排水固结处理前后微结构形态变化规律, 说明了动力排水固结处理技术的应用优势。
参考文献
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动力排水固结法 篇4
在软土地层中, 存在以沉积为主的软弱粘性土, 其含水量较大, 同时还夹杂少量的腐泥和泥碳层。本工程为某市一新城区的建设工程, 在该地区分布有大面积的软土地层, 同时厚度加厚, 平均厚度达到20 m以上, 软土主要呈现流塑态, 地下水位较高, 土体成饱和状态, 如表1所示为工程所处地区的各土层物理指标。
根据本工程所处地区的地质情况和水文条件, 主要从经济、技术等方面对多种可行地基处理方案进行对比, 包括带装沙井、强夯等方法, 最终确定了最佳的地基处理方法———静压排水固结处理方案。经过专家的多方论证, 具体采取的静压排水固结方案为塑料排水板堆载预压方案。
2 设计重点
排水固结法在软土层中的主要应用是通过设置砂垫层以达到将地下水引到路堤边坡之外进行自然排放的目的。本工程所处地区地势平坦开阔, 地面标高可达到1.5 m以上, 同时地下水位较高, 为1 m左右。在工程区域内存在大面积的鱼塘, 在道路两侧的地块基本与路堤同步进行填筑。
结合本工程施工特点, 本工程所采取的排水固结方案主要的设计重点为通道的设置, 为了很好的完成通道的设置, 本工程采用了 (塑料排水板) + (排水砂层) + (碎石盲沟) + (集水井) + (人工泵抽水) + (引流临时排水沟) + (外部临时储水池) 的组合排水系统。如图1所示为本工程所处区域软基处理横断面示意图。
3 技术要求和施工要点
3.1 技术要求
本工程中软土地层在经过静压排水固结之后, 应满足以下几点技术要求:工后沉降应控制在25 cm以内;差异沉降应控制在0.1%以内;超载预压期应控制在90 d以上, 同时固结度应控制在85%以上, 满足压实度要求之后才可进行卸载 (固结度可通过沉降曲线进行确定) 。
本工程采用的静压排水固结法, 具体的参数设置为:排水板的间距应控制在120 cm, 呈等边三角形布置, 平均深度应在20 m。
3.2 施工要点
1) 场地清理和平整。对于施工现场内存在的建筑物、设施以及障碍物应进行拆除或者迁移;清除场地内的大块石头、树木以及根植物等, 场地清理的结果确保场地平顺无杂物。对于场地内的非鱼塘部分, 应对其进行推挖平整;对于场地内的鱼塘部分, 应进行回填, 回填材料应为非透水性粘质土。道路沿线的场地土在进行平整处理之后应满足的要求为设计控制标高应为1 m。当进行大面积长直段落的平整时, 应根据实地现在标高进行场地的平整, 同时对于不同平整平面之间的交接处, 应做好顺接处理, 以确保能够满足下一道施工工序的要求。
2) 铺土工布及砂垫层。本工程中所使用的土工布采用的连续方式为双排线折叠缝和连接, 接缝处应满足缝合宽度不小于30 cm的要求。砂垫层所采用的材料应为中粗砂, 厚度为50 cm, 在使用之前应确保中粗砂中无杂物, 同时应将其含泥量控制在5%以下, 细度模数控制在2.3以下。砂垫层是铺设在土工布上面的。
3) 施工盲沟及集水井。a.在砂垫层施工完成之后, 即可进行排水盲沟的施工。排水盲沟应沿着道路中轴线进行布置, 横向应每隔100 m布置一道。b.本工程所使用的盲沟其具体形状为倒梯形, 上部宽度为80 cm, 下部宽度为40 cm, 高度为75 cm。盲沟构造为用针刺无纺土工布包裹碎石, 碎石应满足均匀级配的要求, 同时粒径应控制在3 cm~5 cm。土工布之间的搭接长度应满足不少于20 cm的要求, 土工布所采用的材料同上所述。c.集水井的布置应每间隔100 m布置一个, 其具体位置位于土工布之上。集水井的材料为钢筋混凝土管, 直径为700 mm。d.相邻集水井的中间作为分水点, 对盲沟进行纵向找坡, 坡度应控制在1%以上。e.盲沟和集水井的施工过程中, 应将井内水高控制在60 cm以下, 如有超过应及时进行抽水处理。
4) 塑料排水板的施工。a.本工程所采用的塑料排水板为SPB-IB型, 具体尺寸为100 mm×4 mm, 同时所使用的排水板应满足抗拉强度、排水等指标的要求。在进入施工现场时, 应附加出厂合格证及复检资料。抗老化强度应控制在1.5年以上。b.对于排水板的板位, 应将其误差控制在5 cm以内, 同时垂直的允许偏差应控制在板长的1.5%以内;塑料排水板的长度应满足能够穿越软弱层的要求, 因此结合本工程的土层情况, 设计所采用的排水板长度应为20 m。c.在进行反压护道的施工时, 所采用的材料为粘土, 并且采取分层填筑的方式, 每层的厚度应控制在50 cm左右, 分四层进行填筑, 并用推土机进行2遍的碾压压实。
5) 软基填土。a.对于软弱地基所采用的填土材料应为粉细砂, 同时两侧用粘性土进行包边, 包边粘性土的设计水平宽度应控制在2.5 m以上。对于边坡, 应将其坡度控制在1∶1以内。在正式进行软土地基的填筑之前, 应确保附带有砂料的重型技术试验资料。b.在软土地基的填筑过程中, 地基的沉降是处于不断地增长的过程, 因此在实际施工中, 应考虑地基的沉降情况。在超载前应采用分层碾压的方式直到填筑到路面高程, 同时地基的密实度应符合设计和规范要求。c.在填筑过程中, 对于填土的松铺厚度, 应根据不同的压实机具选择不同的松铺厚度, 一般松铺厚度均不超过30 cm。第一层松铺厚度可以适当加大, 但是也应控制在50 cm以内;填土的含水量应控制在最佳含水量附近, 这样才能确保填土的压实效果。d.在填筑过程中, 应根据现场的观测结果适当的进行填土速度的调整, 从而达到最佳的填土效果。
6) 超载预压、卸载。a.当软土地基填筑施工达到设计高程之后, 即可对其进行验收, 确认合格之后可进行超载预压。超载的厚度应控制在2 m, 分两层进行堆载, 同时在堆载中应严格控制好填土的速度。b.超载的预压期应至少在90 d以上, 同时固结度应控制在85%以上, 满足压实度要求之后才可进行卸载。固结度的确定可以通过沉降曲线求得。c.按要求的预压期进行超载施工之后, 即可进行卸载。卸载之后的交工面土基的回填模量应满足25 MPa以上的要求, 之后应再次进行碾压施工。
4 沉降观测成果分析
根据相关的要求进行沉降观测断面的布置, 通过施工现场实测的观测数据, 根据相关的公式, 可以计算出各点的最终沉降、剩余沉降以及固结度。根据相关的经验, 可以知道通过沉降速率可以很好的预估沉降的发展趋势, 本工程将1 mm/d的沉降速率作为卸载的控制标准, 经过观测, 本工程中大多数的沉降速率均处于0.5 mm/d~1 mm/d之间。对于堆载预压中沉降速率超过1 mm/d的部位, 应延长堆载时间以达到设计和规范要求。
5 结语
软土地基问题已经逐渐成为当前土建工程施工重点关注问题, 文章通过结合软土地基处理工程实例, 采取的静压排水固结方案为塑料排水板堆载预压方案, 系统探讨静压排水固结法在地基处理中的应用, 从工程实施效果表明, 静压排水固结工艺在本工程中取得了较好经济效益, 可为同类工程提供参考借鉴。
参考文献
[1]黄为民.排水固结法处理软基施工技术[J].山西建筑, 2013, 39 (4) :30-31.
[2]白冰, 刘祖德.动静结合排水固结法处理软基若干问题研究[J].四川建筑科学研究, 2010 (7) :28-34.
动力排水固结法 篇5
本工程路基的软基处理大部分均采用袋装砂井排水固结法, 其原理是一般地基软土层的水平渗透系数远大于垂直渗透系数, 设置砂井即可充分发挥空隙水易于水平流动的特点, 在荷载的作用下, 地基内空隙水缓慢流向砂井, 再沿着砂井流向铺设在地基上的砂垫层从砂垫层外侧设置的临时排水沟排出。从施工角度分析, 要保证排水固结的加固效果, 主要做好以下的环节:铺设水平排水垫层、设置竖向排水体、施加固结压力和砂垫层外围排水沟的设置。而按设计图纸上砂垫层处于地表水以下, 而且该路段大部分的鱼塘征迁只征迁1/2、1/3个鱼塘的施工范围, 征地红线正好处于路基坡脚线, 排水沟的设置难度较大, 且排水沟长期处于常地表水位以下, 再加上南方天气多雨的特点, 临时排水沟排水困难, 将影响预压效果。而且由于该种淤泥流塑为主的特殊性, 承载力极低, 需要进行清淤换填并平整场地后作为满足施工机具作业的要求。而换填作业的前提是换填后的地表层有一定厚度的硬壳层, 方能满足得了换填工作的推进, 而相对于现场某些鱼塘的实际情况, 换填深度将相对较大。故为保证处理效果, 需由地表的清淤工作开始, 就要采取各种施工措施保证施工质量。
1 原地表清淤工作
根据南方水文地质的普遍情况, 地下常水位较高, 根据地质勘测施工范围内的地下常水位为夏天0.6～1.5m、冬天-0.2～0.8m。而地表原地面高程最低为-0.9, 沿线鱼塘的常水位多在1.6m以内。而且南方雨季较多, 预计鱼塘清淤施工时间将会跨越珠三角的雨季天气, 长期的晾晒不符合现场施工及进度的要求。如清淤换填后的砂垫层厚度较小, 再加上淤泥厚度较深的话, 砂垫层并不具备有承载力, 而且砂砾的透水性强, 雨水会通过渗透砂层进入地表, 造成地表淤泥层进一步恶化, 不利用于施工质量、进度及安全作业的要求。
基于以上原因, 需采用以下的软基处理施工方案保证换填效果:
⑴基于该路段沿河段、鱼塘段淤泥的特殊性, 鱼塘段硬壳层的承载力较低, 换填砂采用顺序推进摊铺法进行, 鱼塘、沿河段的黑色淤泥层按现场实际的厚度进行推进换填处理, 并以保证换填后的沙层工作面具备有一定的持力性承载力, 能上到一般运输机械、作业机具为原则。
⑵因地下水位较高, 南方雨水多的特点, 防止填筑层长期在过湿状态下作业影响施工, 填筑的材料采用具有一定承载力及透水性较强的材料 (海砂) , 而不采用现场的弃土填筑, 以保证该种超软地基表面的持力性。
⑶鱼塘段清淤后海砂填筑平整面宜控制在+1.6m左右 (鱼塘的常水位) 作为软基桩体打设的施工水平面, 则相对于下一步的工序如袋装砂井的施工、砂垫层的铺设、路基填筑层施工及预压过程的临时排水沟设置均能保证其施工质量要求。
⑷其施工工序为:鱼塘 (沿河) 抽水→确认换填深度→监理工程师验收→自卸车运输透水性材料→人工配合挖土机、推土机摊铺推进清淤→监理工程师验收→进入下一步软基处理施工工序。
⑸施工控制要点及注意事项:进行清淤换填施工时, 废弃料要随挤迫后随时挖出外运, 不得随地堆放以免污染地基。施工时按照处理面的大小, 可以随挖随填, 但不论利用何种方法进行施工组织, 均要在换填之前对基地进行检测, 保证黑色软土彻底清除干净。施工前, 要先开挖临时排水沟, 采用临时动力排水设施加强排水, 疏导排干地表水, 施工安排要尽量避开雨天, 防止雨水对基底的侵蚀。清淤工作尽量安排在晴好天气时进行, 在清淤完成后立即进行砂砾土的回填, 避免下雨时, 雨水影响清淤的效果;清淤前应该先在路基两侧红线范围内挖两条60cm×120cm左右的纵向排水沟和一定数量横向排水沟, 将软土处理地段的积水排除。
2 袋装砂井施工
袋装砂井排水固结法的成败关键在于排水通道的畅通, 其排水通道指由深入淤泥层形成空隙的排水通道至砂垫层排出到外围路基边的临时排水沟, 故在进行该排水系统施工的过程就要从原材料的选拔到施工主体成型进行严格的控制。
2.1 材料的选择
施工前对所用的砂袋进行试验, 达到强度后才能使用, 砂袋抗压强度大于14KN/m, 延伸率不小于25%, 渗透系数应小于砂的渗透系数;砂布袋运到工地时, 查验出厂合格证, 确认无质量问题后, 准许进入创库, 并进行取样作为原材料试验, 合格后方可使用。砂袋内的砂采用渗水率较高、中粗砂大于0.6毫米颗粒的含量宜占总量的50%以上, 含泥量小于3%渗透量大于5×10-2mm/s。砂进场时必须对砂质量检验合格后才能使用。
2.2 砂袋入井
砂袋入井前要注意检查砂袋长度, 灌砂量是否满足设计要求, 砂袋入井用桩架吊起垂直下井, 防止砂袋发生扭结、缩颈、断裂和砂袋磨损, 砂采用干燥中粗砂, 含泥量小于3%, 渗透系数大于5×10-2mm/s, 砂袋用聚丙烯制成, 灌制密实, 放入孔内至少高出孔口30cm, 并不得卧倒。
2.3 砂井施工
袋装砂井施工所用的钢管内径略大于砂井直径 (井径7cm) , 打入套管深度必须穿透软土层进入下土层0.5米。施工时导轨应垂直, 钢套管不得弯曲, 沉桩时用经纬仪或重锤控制垂直度。拔钢套管时注意垂直起吊, 防止带出或损坏砂袋。施工中若发现上述现象, 在厚孔边缘重打, 连续两次将砂袋带出时停止施工, 待查明原因后再施工。埋砂袋头:埋砂袋头采用中粗砂, 用推土机配合人工进行施工, 注意检查砂袋留出孔口有足够长度和袋头垂直, 在进行上层砂垫层时, 注意其埋砂袋头时要保证其垂直, 并埋设至袋头找平, 密实, 以保证填筑时砂袋不卧倒。
2.4 施工注意问题
砂袋灌入砂后, 露天堆放要有遮盖, 切忌长时间暴晒, 以免砂袋老化。砂井施工时, 导轨应垂直, 钢套管不得弯曲, 沉桩时应用经纬仪等控制垂直度。砂袋入井时, 应确保砂袋垂直下井, 防止砂袋发生纽结、缩径、断裂和磨损。砂袋留出孔口长度应保证伸入砂垫层至少30cm, 并且不能到卧。井位放线偏差必须小于1cm, 井管垂直度小于1.5%, 以确保排水距离与理论计算一致。袋中袋砂须用风干砂, 以确保砂井与排水垫层搭接不中断。
3 填筑砂垫层
深入淤泥层的砂井形成的排水通道最终由砂垫层排出, 故砂垫层的施工尤其关键, 在进行砂垫层铺设时, 砂的选择必须要要满足较大的渗透性及较小的含泥量, 应满足:中、粗砂 (或砂砾) , 大于0.5mm的砂的含量不少于50%, 含泥量小于3%, 渗透系数不小于5×10-3cm/s。填筑时, 为满足其路基要求的密实度要求, 根据不同的工艺要求分两次填筑 (以完成砂填筑总厚度为50cm为例) :
第一次填筑;铺设压实后厚度为30cm的砂垫层, 砂垫层厚度误差为+5mm, 此层砂垫层作为施工袋装砂井的工作面, 在此砂垫层上打设袋装砂井。
第二次填筑;袋装砂井打设完经检验合格后, 经大致整平, 然后再铺20cm砂垫层, 此层砂垫层平整后用轻型机械压实, 相对密度达设计要求。至此砂垫层施工完毕, 可进行下一道 (填土) 工序。
4 结语
袋装砂井排水固结法至今是一种较为成熟的软土地基处理工艺, 而且比较合适南方同类型的地质条件, 但南方地质水文的普遍情况是淤泥层较厚, 地下水位较高, 令到许多时候大地的地表水水位比排水通道还高, 影响到排水的效果, 从而达不到排水固结的的作用。因此, 为保证预压期的排水效果, 必须要保证地表淤泥层的清除、排水通道的顺畅及排水水位能满足到自然流出的状况。而为了能达到这样的一个效果, 在前期的地表勘察、清淤换填施工等阶段, 就要从其理论、实际、科学等方面进行可行性的论证, 以保证施工质量。●
摘要：讨论某公路软土路基袋装砂井排水固结法处理;主要针对南方广东典型的珠三角“桑基鱼塘”低洼地带采用该种处理方法的问题探讨。
关键词：软土路基,袋装砂井排水固结法处理
参考文献
[1]《公路路基施工技术规范》JTGF10-2006
动力排水固结法 篇6
1 工程概况
某水利工程主要是以软土地基为主, 其堤坝部位和上下游都处于软土层上。 经过水体的长期冲刷, 此水利工程的堤坝已经失去了其本身的强度, 稳定性严重下降。 经过长时间的使用, 该堤坝存在着较大的安全隐患。 为了对此水利工程的堤坝进行加固处理, 技术人员经过研究, 最终决定采用真空预压固结排水法进行。 此项工程在应用的过程中主要是对堤坝的上游以及下游的多处部位进行加固处理, 包括护底和砌石等等。
2 施工工艺
对于真空预压固结排水法来说, 在实施的过程中难度相对较大。 不仅要对施工的场地进行平整施工, 还需要对所需的放线进行定位。 除此之外, 工作人员还需要充分利用抽水设施来进行加固处理。 具体来说, 主要的施工技术可以从以下几个方面来进行阐述:
2.1 场地平整
此项水利工程已经投入使用多年, 而且年久失修。 堤防多处都需要进行加固。有些部位即使不需要加固, 也需要进行平整处理。因为堤防的平整性直接影响到工程施工的总体效果。 可见, 施工工程进行之前的场地平整处理至关重要。 其中比较典型的几点包括斜坡的平整、平面的平整等。 由于坡度和位置有所差异, 采用的平整方法也不尽相同。 通常情况下, 进行场地平整操作的最终目标就是为覆膜和抽压工程提供便利。 需要特别强调的是, 在场地平整处理之后, 需要在其表面覆盖相应厚度和重量的土体, 以满足场地的承重需求。 一般来说, 处理工作完毕之后, 高差需要控制在5 厘米为宜。
2.2 放线定位
放线定位主要是为了明确施工的位置, 在实际的放线过程中需要严格地按照整体的方案进行测量。 具体来说就是先用高精准度的测量仪来对排水板进行测量, 同时还应该明确集水井以及各类管网的位置, 做好标记工作。 其中, 排水板的高度、宽度需要和真空管网达到平行, 这样才能够提升放线定位的准确性。
2.3 设备的安装
所谓的设备安装主要是进行真空抽水设备的安装。 其中包括集水井和各类真空系统的安装和固定。 具体细分还包括井上真空系统和真空机械系统等等。 真空抽水设备的固定直接影响到整个工程的施工质量和效果。
2.3.1 真空集水井的安装
所谓的真空集水井, 主要材料为钢结构。 在施工工程中, 以加固单元为单位, 需要设置相应数量的真空集水井。 在工程中, 只要完成集水井的平铺工作之后, 就可以进行管道的铺设。 需要着重注意的是, 干管的衔接一般采用橡胶管来进行, 这样才能够实现密封。
2.3.2 井上真空系统的安装
井上真空系统在安装和加固的过程中涉及到的范围比较广, 包括各类真空泵、配电柜以及各种管道泵和计量仪器等等。 真空泵和管道泵的结合使用大大提升了真空集水井的工作强度。 一般来说, 真空泵需要进行固定处理, 潜水泵需要与集水井相连。 另外, 井上真空系统中各类泵体的连接都需要采用软管, 主要是这种管线的耐压性较高。 其他的设备完全按照常规的安装方式即可。
2.3.3 真空机械系统
真空机械系统包括往往复式真空泵及其附属设备。 每台真空泵与水气分离系统通过胶管相连接。
2.3.4 铺设真空膜
在水平管网系统完成后, 即可以铺设真空膜。 真空膜采用14 丝的PVC薄膜三层。 铺设密封膜之前, 把出膜弯管与真空滤管连接好, 出口压盘与地层表面齐平, 并放好下橡胶垫圈;铺设时顺风向伸展, 加固区四周余留量基本一致;施工人员穿软底鞋上膜, 严禁穿带钉鞋上膜;封膜铺设层数满足设计要求, 每铺一层均由专人检查, 若有孔洞, 及时粘补;在密封沟内侧把膜铺平, 薄膜过长时, 可将其折于沟底, 不可外铺于外侧坡上。
2.3.5 真空负压操作
密封膜铺设完工后, 各单元的机泵系统进入真空操作阶段。 密封膜上覆水前, 应进行试抽真空, 同时检查每台真空泵的运转情况及薄膜的密封性;试抽真空时间为10 天, 要求密封膜下真空压力达到0.08MPa以上。 试抽真空达到要求后, 可进行覆水转入正常抽真空, 正常抽真空时间应满足设计要求;覆水厚度应为300mm, 覆水后, 膜下真空压力应逐渐稳定在0.08MPa。 真空操作要求有水必排。随着压力的逐渐上升, 排水量越来越小, 软基的固结程度也逐渐加大, 80 天左右即可达到加固要求。
2.3.6 卸载
终止真空预压的标准:连续四昼夜实测地面沉降量小于2mm/d或地基固结度大于实测地基沉降曲线的80%。
3 加固过程中的监测
为了保证加固效果, 在采用真空预压固结方法进行真空增压的过程中, 还要做好一定的监测工作。 包括对真空度、孔隙水压力、沉降量和水平位移等四方面的严密监测。
首先, 在抽真空处理后, 要对每个加固区域覆膜下的真空度进行监测, 以掌握真空的损失程度, 便于随时采取措施来维持其内部的压强。 一般每隔6 小时就要进行测量一次, 以保证固结效果。 其次, 要对孔隙水压力进行监测。 其主要是为了充分掌握在固结力度不断加大的情况下, 随时掌控加固过程中水压消散的具体过程。 在孔隙水压力计的探头埋入到所要求的深度时, 就要立即采集初始读数, 自加固开始后, 每天观测一次 ( 在每天的同一时刻进行观测) 。 第三, 要对地表的沉降量进行监测, 这样可以掌握并推测地基的加固效果, 所以对沉降的观测是必要的。 沉降观测的密度不小于每3 天1 次。 第四, 要对加固部位的水平位移程度进行随时监测, 以便能及时采取措施。 观测的密度不小于每3 天1 次。
4 结论
一般情况下, 对水利工程的堤防进行加固处理主要采用的方式就是真空预压固结排水法。 虽然其他的方式都有可取之处, 但通过本文的简单阐述, 这种方式无论是在加固效果还是技术应用方面都有着独特性。 通过采用这种方式, 此水利工程的稳定性得到了较大的提升。 相信经过技术人员和专家学者的不断研究和改善, 这种加固方法可以应用到更为广泛的领域中。
参考文献
[1]葛安定.真空预压法软基加固技术研究[J].科技创新导报, 2011 (29) .
[2]武占军, 王巍.对软土地基用塑料排水板施工工艺的探讨[J].价值工程, 2010 (06) .
动力排水固结法 篇7
近年来, 在饱和软土地基处理中, 排水固结法是有效的方法之一, 在某变电站施工中, 由于变电站地址面积有限, 且存在较厚的饱和软弱土层, 而变电站建设必须在其上进行较厚的填土施工。经过详细的分析, 我们采用排水固结法对该工程进行地基处理, 从而解决了此极端不良情况下软土变形的问题, 使软土的承载力得到提高。
1. 工程概况
某110k V变电站位于某市新城片区, 站址处于两条新建市政道路交叉口的东南角, 南面距水库仅1.5km, 位于水库下游的。该变电站位置总体地势较低, 南边的水库、西边的市政道路、北边的市政道路比变电站场地现状分别高出12m、14m和8m;变电站为一户内布置变电站, 紧临市政道路, 进站道路短, 主要建筑为一幢1层~5层的综合楼;站内用地紧张, 征地面积有限。根据工程地质测绘及钻探揭露, 该变电站场地耕土下有7m~13m的流塑状态有机质黏土、淤泥质土、黏土层, 压缩性高, 孔隙比大, 性质较差, 属于软土层, 给变电站的正常建设带来了很大的困难。
2. 排水固结技术情况介绍
排水固结法是处理软黏土地基的有效方法之一, 其原理是针对天然地基或在地基中预先设置了砂井等竖向排水通道的软土地基, 通过利用其上的建筑物、填土等物体的本身重量分级逐渐加载, 使饱和软土中的孔隙水被缓慢排出, 孔隙体积逐渐减小, 使地基发生固结变形。同时, 随着超静水压力逐渐消散, 有效应力逐渐提高, 使地基土强度得到逐渐增长。实际上, 排水固结法是由排水系统和加压系统两部分共同组合而成的。排水系统, 主要在于改变地基原有的排水边界条件, 增加孔隙水排出的途径, 缩短排水距离。该系统由水平排水通道和竖向排水通道构成的。工程实际中, 水平排水通道即在地面铺设一定厚度的砂石垫层, 竖向排水通道也称竖向排水体即为在土体中设置砂井、袋装砂井等, 它们共同构成排水系统;加压系统是指土体上部的荷载, 它使地基土的固结压力增加而产生固结。
3. 变电站地质问题分析
首先, 由于变电站位于水库下游的河谷中, 紧邻水库, 因变电站的特殊性质, 必须考虑积水、溃坝的安全隐患, 变电站标高应尽量提高;变电站紧邻的两条市政道路都比站址高8m以上, 进站道路又短 (仅有10m) , 只能将场地整体提高6m~8m, 进站道路才能与市政道路接通, 站内的雨水、污水管网也才能接入市政管网。因此, 变电站现状上就有6m~8m的填方回填, 由于较厚的填土层 (6m~8m) 对下部的软土层大面积堆载加荷, 将引起下沉和侧向挤出。
其次, 本场地耕土下分布有厚7m~13m的软塑-流塑状态有机质黏土、淤泥、黏土层, 压缩性高, 孔隙比大, 性质较差, 属于软土层, 灵敏度一般为1.3~2.2, 属低灵敏土, 存在软土震陷的可能性。若上部填土大面积堆载, 会引起该层土的压缩和剪切破坏, 使得周边地面隆起。
岩土主要物理力学性质及设计参数见表1。
在设计过程中, 必须考虑6m~8m的填土附加荷载及其变形和其下7m~13m的饱和软土的处理。
4. 排水固结技术在该变电站软土地基处理中的应用
针对以上问题, 我们场地地基处理的设计总体方案是:利用上部的较厚填土作为加压荷载, 软土中及其顶部设置排水系统, 对该饱和软土进行排水固结。处理示意图见图1。
具体实施方法为:在场地现征地范围内布置直径80mm~100mm, 深度12m, 间距约1.5m的袋装砂井, 利用袋装砂井在软土中形成竖向排水通道, 同时, 在软土层顶部、填土层底部铺设500mm厚的级配砂石垫层, 形成水平排水通道。水平排水通道与垂直排水通道连通, 保证软土在以后桩施工时产生的挤压作用下以及上部6m~8m厚填土产生的附加压力作用下, 产生超静水压力, 将孔隙水顺利排出, 以加速软土的固结沉降, 增加该层地基土的强度, 达到减少后期沉降的目的。
在施工完袋装砂井的基础上, 采用振动沉管灌注桩, 深层密实软土层。对软土进行加固, 以控制场地填土后的沉降量及上部填土后产生的软土侧向位移, 同时利用振动沉管灌注桩施工时产生的振动及挤土作用, 对软土再产生部分压实。
通过该技术的处理, 变电站厚填土产生的不利影响反而转变成压缩下部软土的有利荷载, 得到充分利用, 随着上部填土的加厚, 荷载增加, 站址下的厚软土逐渐得到压缩, 承载力提高, 变形逐步减小, 使变电站地面的后期沉降变形减小, 从而保证了变电站今后在其上建设的室外道路、电缆沟等建、构筑物的安全稳定。
5. 总结
综上所述, 从安全、经济技术角度综合比较下来, 通过采用以填土堆载、袋装砂井排水为主的排水固结技术方案, 对较厚饱和软土进行处理, 步骤作用明确, 受力清晰, 安全保障率高, 对站内地面起到了很好的约束及平衡作用, 减小了站内场地地基的变形及沉降;同时, 此方案施工速度快, 实施难度小, 工艺简单明了, 工程造价低。所以, 在软土地基的极端条件下, 采用排水固结技术处理变电站的场地地基是一种很好的方法。
摘要：近年来, 在饱和软土地基处理中, 排水固结法是有效的方法之一, 本文作者结合某110kV变电站软土地基施工实例, 主要就变电站不良情况下, 采用排水固结法对软土地基施工进行探讨。
关键词：排水固结,饱和软土,填土,地基处理
参考文献