动力排水固结法地基加固效果及适用性

动力排水固结法地基加固效果及适用性

丁纯林

江苏国信靖江发电有限公司 江苏靖江 214500

摘要：针对地基中存在一定厚度软土压缩层，但排水固结堆载料匮乏的问题，提出动力排水固结法。依托靖江煤炭二期工程，首先对工程地质条件进行分析，然后通过开展现场典型试验，分析监测、检测数据，判别动力排水固结法的适用性和加固效果。结果表明动力排水固结法地基加固效果好，夯能影响深度大，可有效减小工后沉降。水平排水体在提供排水通道的同时可兼顾隔震沟，大大减小了夯击能量对周边建筑物的影响。对于表层存在2m多厚的砂性土层，其下分布一定厚度软土的地基，动力固结排水法是十分适用的。

关键词：动力固结排水；塑料排水板；排水沟；加固效果；适用性

Foundation Reinforcement Effect and Applicability of Dynamic Consolidation Drainage

DING Chun-lin

(Jiangsu Guoxin Jingjiang Power Generation Co., Ltd., Jiangsu, Jingjiang 214500, China)

Abstract: In view of a certain thickness of soft soil compression layer in the foundation and a lack of surcharge for drainage consolidation, the dynamic drainage consolidation method is proposed to solve the problem. Based on the second-phase project of Jingjiang coal terminal, the engineering geological conditions are analyzed firstly. Then by monitoring and testing the field typical test, data are analyzed to judge the adaptability and reinforcement effect of dynamic drainage consolidation method. The results show that the dynamic drainage consolidation method has good foundation reinforcement effect, and the compaction energy has a great influence on the depth, which can effectively reduce the post construction settlement. Horizontal drainage body can provide drainage channel and isolation ditch at the same time, which greatly reduces the impact of tamping energy on surrounding buildings. The dynamic consolidation drainage method is very suitable for the foundation with more than two meters thickness of sandy soil layer on the surface and a certain thickness of soft soil under it.

Key words: dynamic consolidation drainage; plastic drainage board; drainage ditch; reinforcement effect; applicability

港区陆域大面积地基处理较为常用的方法包括堆载预压法、真空预压法、强夯法、降水强夯法等，当地基土表层分布一定厚度的人工填土，其下存在约10m厚的软弱土层时，在堆载料源匮乏的地区难以采用堆载预压方法保障地基处理效果。为加强地基处理力度，避免出现弹簧土，减小使用期维护频率，动力排水固结法应运而生。通过打设竖向排水体、施加动力荷载，使软土层中的水部分排出，提高地基强度，减小工后沉降。目前，已有文献对动力排水固结开展研究，包括动力排水固结法加固机制^[1]、动力排水固结法数值模拟^[2]、动力排水固结法试验研究^[3]、动力排水固结法施工工艺

^[4]等，未见文献总结该方法对地基条件的适用性。

本文依托靖江煤炭二期工程，首先对工程地质条件进行分析，然后通过开展现场典型试验，分析监测、检测数据，判别动力排水固结法的适用性和加固效果。一方面为依托工程大面积施工提供依据，另一方面为类似地质条件的地基处理问题提供借鉴。

1 工程概况

江苏煤炭物流靖江基地项目二期工程位于江苏省靖江市长江北岸，陆域面积25万m²，拟建设成为专业化煤堆场，堆存荷载150kPa。陆域地层分布有素填土层、冲填土层、淤泥质粉质黏土层、淤泥质粉质黏土夹砂质粉土层及粉砂层，其中素填土层及冲填土层土质不均匀，累积厚度2m~5m；淤泥质粉质黏土层及淤泥质粉质黏土夹砂质粉土层工程地质性质差，静力触探比贯入阻力P_S厚度加权平均值仅为0.87MPa和1.15MPa，含水量高，强度低，累积厚度8m~12m。

根据土层参数及使用荷载，计算堆场中心位置天然地基沉降为0.9～1.1m，为提高地基承载力，减少工后沉降，需对场地进行必要的地基处理。地基处理方案考虑土质条件、使用荷载、适应变形能力、施工条件、材料来源及经济性等众多因素，采用动力排水固结法。为了验证动力排水固结法地基加固效果，依托工程现场开展了典型性试验。

2 典型性试验内容

2.1动力排水固结机理

动力排水固结法是在传统的强夯法基础上演变而来的，通过在软土层中布设竖向和横向排水体，改善排水条件。强夯施加的冲击荷载使土体中形成超静孔隙水压力，通过设置排水通道排水，从而加速土体固结，提高土体强度。

竖向排水体采用B型排水板，板芯采用高密度全新料聚乙烯或聚丙烯制作，外包无纺布滤膜用于防止排水通道淤堵。水平排水体包括砂垫层、排水沟和集水井，砂垫层厚度一般为0.5m~1.5m，工程区20m~50m设置排水沟，排水沟内设置一定数量的集水井。夯击瞬间，砂垫层下方的软土层内产生超静孔隙水压力，随着夯击动力荷载作用时间增加，超静孔隙水压力的峰值逐渐向深度方向传递，上部土体内超静孔隙水压力沿垂直向塑料排水板消散、排水，通过砂垫层流向排水沟，再汇集至集水井，然后泵送至场地以外。

2.2动力排水固结试验

（1）试验目的

通过典型试验评定动力排水固结法在依托工程地质条件下的适用性，通过监测、检测手段确定合理的工艺参数，为大面积地基处理提供指导。

（2）排水系统

场地清表后，根据设计高程平整回填0.5m砂垫层，打设B型塑料排水板，板长15m。地基处理范围每2000m²（长轴方向间距50m，短轴方向间距40m）为一个分区周边设置排水沟，排水沟深度2m，底宽1m，排水沟施工与塑料排水板可同步进行；纵横排水沟交叉点设置集水井， 集水井宽度2m，采用钢筋笼外包无妨透水性土工布，集水井底部高程低于排水沟0.5m，其下布置0.3m砂垫层，集水井顶部高程高于地面0.3m，集水井在排水板打设完成后布置。

图1 排水系统平面布置示意

（3）强夯工艺

为避免强夯过程中出现弹簧土现象，强夯采用先轻后重、逐级加能，少击多遍的工艺。夯锤重120～150kN，锤底面积不小于4m²，选用圆型带气孔的夯锤。强夯采用四遍点夯一遍普夯，点夯采用跳档夯，间距5×5m，前两遍点夯600～900kJ，每遍3～4击，后两遍点夯1300～1800kJ，每遍不少于8击；普夯采用搭接夯，夯能600kJ，夯击数2击。强夯完成后进行振动碾压，激振力不小于400kN，碾压往返各6遍。

强夯过程中应确保地下水位不高于强夯面以下2m。每遍点夯结束后，将场地推平再进行下遍点夯。后两遍强夯收锤标准：夯坑附近的土体不出现明显隆起及过大侧向位移，最后两击平均沉降量小于5cm，且后一击沉降量小于前一击沉降量。

表1 强夯相关设计参数表

图2 强夯、普夯示意图

3 典型性试验结果

3.1孔隙水压力监测

孔隙水压力传感器在砂垫层铺设完成后开始埋设，采用单孔多探头埋设的方法，沿深度方向每1m埋设一组孔隙水压力传感器，传感器下部填充30cm黏土球，传感器上部填充30cm砂。埋设完成后，将每组传感器的导线绑扎在一起，作明显标记进行保护。不同深度孔隙水压力值变化曲线见图3。

图3 孔隙水压力随时间变化的关系曲线

由图3可知，打设塑料排水板后，强夯引起的孔隙水压力变化深度达11m，而同样夯击能条件下，传统的降水强夯法引起的孔隙水压力变化深度约8m，表明动力排水固结法增强了夯击能的影响深度，有效地增强了地基处理力度，有利于提高土体强度、减小工后沉降。由于排水体有效的排水作用，沿深度方向，强夯引起的孔隙水压力增长较为稳定，超静孔隙水压力消散较快。

3.2表层沉降观测

采用水准仪配合铟钢水准标尺进行测量。在场地整平后立即测量其原始标高，作为初始读数，以后每次强夯、推平后测量沉降观测点的标高，即可得到前后两次测量间隔的沉降值，计算出累计沉降值。典型试验区标高测点按10mx10m正方形布置，动力排水固结法实施完成后，典型试验区平均沉降量为0.62m。

3.3边桩水平位移观测

在典型试验区外侧5m、10m及15m处埋设边桩，采用全站仪进行观测。经观测，动力排水固结法实施时，5m处地表水平位移0.014m，10m处地表水平位移0.003m，15m处地表水平位移0.003m。由于典型试验区周边布设了水平排水沟，在排水的同时兼顾了隔震沟的作用，10m处强夯的水平位移影响有明显降低，因此，采用动力排水固结法进行地基加固，可有效减小对建筑物的保护距离。

3.4地基加固效果检测

采用平板载荷试验法进行地基承载力检测，承压板面积为1.0m²刚性板，堆载反力采用压块平台堆载法，由堆重平台、一台500kN千斤顶及承压板组成，反力由压块提供。荷载大小由压力传感器通过桩基静载荷分析系统控制。试验每级荷载增量取最大加荷量1/10为加载级差，进行逐级等量加载。卸荷量每级为加荷量的两倍，进行逐级等量卸荷。试验区承载力特征值≥150kPa，可满足要求。

采用灌砂法进行压实度检测，灌砂法是利用粒径 0.30～0.60mm 或 0.25～0.50mm 清洁干净的均匀砂,从一定高度自由下落到试洞内，按其单位重不变的原理来测量试洞的容积（即用标准砂来置换试洞中的集料），并根据集料的含水量来推算出试样的实测干密度。通过室内击实试验获得最大干密度，从而获得压实度。试验区压实度≥94%，可满足要求。

通过用承载板对土基逐级加载、卸载的方法，测出每级荷载下相应的地基回弹变形值，通过计算求得地基回弹模量均大于35MPa，可满足要求。

在试验区内做静力触探试验，静力触探沿深度方向连续测定，与原状土的静力触探指标对比，确定有效加固深度。原状土比贯入阻力为1.2MPa~1.5MPa，通过动力排水固结法加固后，比贯入阻力为3.0MPa~4.5MPa，土体强度明显改善。地基处理有效深度为9m~11m，与孔隙水压力曲线揭示的有效加固深度基本吻合。

根据监测、检测结果，动力固结排水法对于表层存在2m~3m砂性土层，其下分布一定厚度软土的地基是十分适用的。通过布置垂直向、水平向的排水体，采用先轻后重、逐级加能，少击多遍的强夯工艺，能有效加固地基，提高地基承载力，减小工后沉降。

5结论

通过典型试验验证动力排水固结法的地基加固效果，得出以下结论：

（1）动力排水固结法地基加固效果比常规的降水强夯法好，其地基加固的影响深度大，有利于确保堆场稳定性和减小工后沉降，避免使用期不均匀沉降引起的地坪开裂、独立面层错台等现象。

（2）动力排水固结法采用的水平排水体在提供排水通道的同时可兼顾隔震沟，大大减小了夯击能量对周边建筑物的影响，可减少强夯与建筑物之间的避让距离。

（3）对于表层存在2m~3m砂性土层，其下分布一定厚度软土的地基，动力固结排水法是十分适用的，可为类似地质条件的地基处理方法提供借鉴。

参考文献(References)：

1. 王珊珊，李丽慧，刘凯等．动力排水固结法加固吹填黏性土的机制研究[J]．岩石力学与工程学报，2011，30 (增1)：3157-3164．

2. 薛茹，李广慧．动力排水固结法加固软土路基的模型试验研究[J]．岩土力学，2011，32(11)：3242-3248．

3. 李云华，马哲，张季超等．动力排水固结法加固某吹填淤泥地基试验研究[J]．工程力学，2010，27(增刊I)：77-80．

4. 张季超，梁铁锚，杨永康．动力排水固结法处理软土地基的关键技术研究[J]．施工技术，2012，41(379)：42-45．