■江濤

（福建省羅嶼港口開發(fā)有限公司，莆田　351153）

堆載預(yù)壓排水固結(jié)法在港口工程軟基處理中的應(yīng)用

■江濤

（福建省羅嶼港口開發(fā)有限公司，莆田351153）

結(jié)合某填海造地港口工程地基處理工程實(shí)例，探討塑料排水板堆載預(yù)壓法的加固機(jī)理;基于現(xiàn)場軟基沉降監(jiān)測實(shí)測數(shù)據(jù)，分別采用三點(diǎn)法和雙曲線法對加固后的軟土地基沉降進(jìn)行預(yù)測，并分析地基的最終沉降量及固結(jié)度。研究結(jié)果表明，塑料排水板堆載預(yù)壓法在軟基處理中的加固效果較好，軟基固結(jié)度可達(dá)到90%以上，滿足設(shè)計(jì)要求。

堆載預(yù)壓港口工程排水固結(jié)法軟基處理

在工程建設(shè)中面臨著大量的軟土地基處理問題，特別是在沿海廣泛分布著沖擊、沉積的軟粘土，這些土通常都具有含水量高、壓縮性大、滲透性差、靈敏度高、天然強(qiáng)度低等特點(diǎn)，為了提高地基承載力和減少工后沉降，都需對軟基進(jìn)行處理。塑料排水板堆載預(yù)壓法通過在軟土地基中打設(shè)塑料排水板形成豎向排水通道，在塑料排水板頂部鋪設(shè)一層砂墊層作為水平排水通道，在砂墊層上部加載以增加土體附加應(yīng)力，使土體孔隙水不斷排出，達(dá)到加速軟基固結(jié)沉降的效果。本文結(jié)合福建湄洲灣港東吳港區(qū)羅嶼作業(yè)區(qū)9號(hào)和10號(hào)泊位工程軟土地基處理工程實(shí)例，探討塑料排水板堆載預(yù)壓法的加固機(jī)理；基于現(xiàn)場軟基沉降監(jiān)測實(shí)測數(shù)據(jù)，采用“三點(diǎn)法”和“經(jīng)驗(yàn)雙曲線法”對加固后的軟土地基沉降進(jìn)行預(yù)測；通過分析地基的最終沉降量及固結(jié)度，對塑料排水板堆載預(yù)壓法處理軟基的固結(jié)效果進(jìn)行研究。

1　塑料排水板堆載預(yù)壓法加固機(jī)理

塑料排水板聯(lián)合堆載預(yù)壓加固軟土地基的原理是排水固結(jié)法，根據(jù)固結(jié)理論，土的固結(jié)過程就是超靜孔隙水壓力消散和有效應(yīng)力增長的過程。施加在軟基上的外荷載開始全部由孔隙水壓力承擔(dān)，有效應(yīng)力不變；在土體內(nèi)和邊界上孔隙水壓力差的作用下，孔隙水向排水邊界滲流，隨著時(shí)間的推移，孔隙水壓力全部轉(zhuǎn)換為有效應(yīng)力?？紫端刂潘ǖ缽耐馏w內(nèi)不斷排出，同時(shí)土體有效應(yīng)力不斷增加，土體產(chǎn)生壓縮，孔隙比逐漸減小，直到土體固結(jié)、強(qiáng)度增大，達(dá)到新的平衡，從而實(shí)現(xiàn)軟基加固的目的。

排水固結(jié)法由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)兩部分共同組成。設(shè)置排水系統(tǒng)主要在于改善地基原有的排水邊界條件，增加土層的排水途徑，縮短排水距離，它由豎向排水通道和水平向排水墊層構(gòu)成。加壓系統(tǒng)是在軟土地基上填土堆載，增加土體中的附加應(yīng)力，使土中的孔隙水因產(chǎn)生壓差而滲流固結(jié)。一方面利用塑料排水板縮短土體排水距離，另一方面利用填土堆載荷載使土體內(nèi)部產(chǎn)生孔隙水壓力差，造成水力梯度將孔隙水排出，加速地基的固結(jié)與沉降，以達(dá)到提高地基承載力、保證地基穩(wěn)定的目的。

2　工程概況

福建湄洲灣港東吳港區(qū)羅嶼作業(yè)區(qū)9號(hào)和10號(hào)泊位工程位于莆田市湄洲灣內(nèi)羅嶼島及其附近海域。根據(jù)地質(zhì)勘察資料，擬建陸域形成區(qū)地層主要為第四紀(jì)松散堆積層和花崗巖及其風(fēng)化層，其主要土層特征自上而下分別為：①深灰色淤泥，飽和，流塑，混少量貝殼碎片和少量腐植物，厚度1.0～13.9m；②深灰色淤泥混砂，飽和，流塑，含少量貝殼碎片和腐植物，厚度1.2～6.4m；③灰色淤泥質(zhì)黏土，飽和，流塑層，含少量腐植物，厚度1.5～7.3m；④灰色中粗砂混淤泥，飽和，松散，顆粒較不均，含少量腐植物及貝殼碎片，厚度0.4～8.4m；⑤灰黃色粉質(zhì)黏土，飽和，硬塑，厚度0.6～10.4m；⑥灰黃色中粗砂混黏性土，飽和，稍密—中密，厚度3.8～8.7m；⑦花崗巖全風(fēng)化層，濕，密實(shí)，厚度1.0～7.3m。

該工程中采用塑料排水板堆載預(yù)壓法對約26公頃陸域進(jìn)行加固處理，其處理方案為：場地標(biāo)高吹填到+5.0 m（當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵?，下同）→插打塑料排水板→場地?biāo)高回填到+8.6m→堆載預(yù)壓→卸載強(qiáng)夯整平。塑料排水板按正方形布置，間距1.1 m，采用B型排水板，排水板打穿軟土層并進(jìn)入黏土層。施工期間，布置了沉降觀測點(diǎn)、以及空隙水壓力等各類觀測點(diǎn)110個(gè)，監(jiān)測頻率為：填筑期1次/1 d；預(yù)壓期1次/5 d，通過近3年的沉降、空隙水壓力監(jiān)測。從而獲得了大量的沉降觀測數(shù)據(jù)。

3　監(jiān)測成果及固結(jié)效果分析

3．1監(jiān)測成果分析

各觀測點(diǎn)的堆載預(yù)壓及累計(jì)沉降量情況如表1所示。

表1　各觀測點(diǎn)的堆載預(yù)壓及累計(jì)沉降量情況表

3.2推算最終沉降量

利用實(shí)測沉降曲線預(yù)測沉降量、推算最終沉降量和反算地基固結(jié)參數(shù)的方法很多，常用的有雙曲線法、三點(diǎn)法、沉降速率法等?！陡劭诠こ痰鼗?guī)范》（JTS147-2010）推薦采用“三點(diǎn)法”、“經(jīng)驗(yàn)雙曲線法”。本文分別采用“三點(diǎn)法”和“經(jīng)驗(yàn)雙曲線法”推算最終沉降量。

根據(jù)《港口工程地基規(guī)范》（JTS147-2010），“三點(diǎn)法”和“經(jīng)驗(yàn)雙曲線法”計(jì)算地基最終沉降量推算公式如下：

（1）采用“三點(diǎn)法”

式中，S∞——根據(jù)實(shí)測沉降曲線推算的地基最終沉降量；

S1、S2、S3——滿載后，實(shí)測沉降曲線中對應(yīng)于t1、t2、t3時(shí)刻的沉降量，t1、t2、t3滿足t1-t2=t2-t3=Δt。

（2）采用“經(jīng)驗(yàn)雙曲線法”

綜上所述，我們可以知道成本的管理控制和計(jì)算的管理在整個(gè)路橋工程建設(shè)中占據(jù)著重要的地位，這就進(jìn)一步要求路橋的相關(guān)施工單位一定要在思想上高度重視工程的計(jì)量以及成本的管理控制工作。施工的單位一定要不斷地完善和健全相關(guān)的規(guī)章制度，保證成本控制管理體系的科學(xué)可靠，進(jìn)而才能夠讓企業(yè)在成本控制以及計(jì)量方面獲取進(jìn)步，更好地滿足客戶的個(gè)性化需求，保證企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

根據(jù)已擬合的實(shí)測S～t光滑曲線，按下列公式推算：

式中，S∞——地基的最終沉降量；

S0——滿載時(shí)，即t=0（假定）時(shí)的地基沉降量；

St——某時(shí)刻的地基沉降量；

α、β——與地基及載荷有關(guān)的常數(shù)，可根據(jù)式用圖解法求出。

t——從滿載開始的時(shí)間。

采用“三點(diǎn)法”和“經(jīng)驗(yàn)雙曲線法”推算的地基最終沉降量如表2所示。

表2　各測點(diǎn)地基最終沉降量推算結(jié)果

3.3固結(jié)度計(jì)算機(jī)加固效果分析

3.3.1采用沉降觀測點(diǎn)計(jì)算的固結(jié)度

根據(jù)有效應(yīng)力原理，t時(shí)刻地基的固結(jié)度可以表示為t時(shí)刻地基累計(jì)沉降量與推算得出的地基最終沉降量的比值。經(jīng)過計(jì)算分析，各測點(diǎn)堆載結(jié)束時(shí)的固結(jié)度計(jì)算結(jié)果如表3。

表3　采用沉降觀測數(shù)據(jù)推算的固結(jié)度計(jì)算結(jié)果

3.3.2采用孔隙水壓力計(jì)算的固結(jié)度

利用孔隙水壓力推算固結(jié)度的公式為：

式中，U為固結(jié)度，ΔU1為孔壓累計(jì)消散值，ΔU2為孔壓累計(jì)增加值。

采用上式推算的固結(jié)度計(jì)算結(jié)果示于表4。

表4　采用孔隙水壓力數(shù)據(jù)推算的固結(jié)度計(jì)算結(jié)果

以上采用沉降觀測數(shù)據(jù)計(jì)算的固結(jié)度和采用孔隙水壓力觀測數(shù)據(jù)計(jì)算的固結(jié)度分析結(jié)果表明，本工程采用塑料排水板堆載預(yù)壓法處理后的軟基在堆載結(jié)束時(shí)的固結(jié)度均達(dá)到90%以上，滿足設(shè)計(jì)要求。

4　結(jié)論

（1）塑料排水板堆載預(yù)壓是符合軟土特性的有效的軟土地基加固方法，本工程所采用的設(shè)計(jì)參數(shù)基本合理，未造成地基的結(jié)構(gòu)破壞，同時(shí)大大加速了土體固結(jié)過程，使有效加固深度范圍內(nèi)土體的壓縮性明顯改善，土體的強(qiáng)度有一定增長。

（2）在堆載預(yù)壓初期，軟基固結(jié)度的增長速度較快，在堆載預(yù)壓前期，軟基固結(jié)度增長較快；隨著時(shí)間延長，固結(jié)度的增長速度逐漸減慢，趨于平緩。

（3）塑料排水板堆載預(yù)壓法在填海造地軟基處理工程中，對加速軟土的固結(jié)、縮短工期、提高地基承載力、減少工后沉降效果明顯，堆載預(yù)壓結(jié)束，軟基固結(jié)度可達(dá)到90%以上，滿足設(shè)計(jì)要求。

（4）通過比較“經(jīng)驗(yàn)雙曲線法”和“三點(diǎn)法”的地基最終沉降量計(jì)算結(jié)果，采用 “經(jīng)驗(yàn)雙曲線法”所推算的地基最終沉降量結(jié)果偏大，相應(yīng)的固結(jié)度偏小，結(jié)果較“三點(diǎn)法”偏于保守，對工程偏于安全。

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