輕型井點(diǎn)結(jié)合塑料排水板復(fù)合加固方法研究

葉 吉，梁永梅，卞金洪

（1.江蘇江陰市華澄實(shí)業(yè)有限公司江陰市華澄建筑安裝工程有限公司，江陰214400；2.鎮(zhèn)江市丹徒區(qū)航道管理處工程科，鎮(zhèn)江212000；3.江陰一建建設(shè)有限公司，江陰214400）

井點(diǎn)降水強(qiáng)夯法又叫高真空擊密法［1-3］，被用于砂土、粉土等滲透系數(shù)較大的地基處理工程中，但由于該技術(shù)處理深度有限（一般降深為1.5～2.0 m），因此強(qiáng)夯時(shí)部分夯擊能形成的浮力反作用于夯錘，使大部分夯擊能散減抵消，故不適用于強(qiáng)夯加固?！败浫醯鼗p型井點(diǎn)結(jié)合塑料排水板復(fù)合加固方法”［4］（以下簡(jiǎn)稱“輕井塑排加固法”），是將深層處理塑料排水板和輕型井點(diǎn)降水行之有效地結(jié)合起來，通過深淺層有機(jī)結(jié)合，發(fā)揮了各自的特點(diǎn)，強(qiáng)夯夯擊能通過塑料排水板的深層傳遞，既解決了塑料排水板強(qiáng)夯法產(chǎn)生的淺層含水量過高，易破壞土體形成彈簧土的弊端［5-7］，又解決了輕型井點(diǎn)降水結(jié)合強(qiáng)夯處理深層受限的問題。

1 施工工藝與適用范圍

圖1為輕井塑排加固法布點(diǎn)示意圖。該工法綜合應(yīng)用堆載預(yù)壓、真空預(yù)壓、井點(diǎn)降水結(jié)合強(qiáng)夯工藝，通過塑料排水板插入需加固深度，形成排水通道，利用粘土層較其他土質(zhì)的密封性能好的特點(diǎn)，塑料排水板插入所需深度后，上部端頭置入距表層2～3 m的粘土層，然后插入井點(diǎn)管并與塑料排水板形成一體式輕井塑排井點(diǎn)，從而使降水井點(diǎn)達(dá)到延伸的目的，以處理10 m范圍土體。文章結(jié)合靖江新港作業(yè)區(qū)公用碼頭段，采用輕型井點(diǎn)結(jié)合塑料排水板復(fù)合加固方法加固軟基，介紹該工藝施工工法，并通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、標(biāo)貫試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)檢驗(yàn)加固效果。

圖1 輕井塑排加固法布點(diǎn)示意圖Fig.1 Arrangement of composite method of well point dewatering and plastic drainagte plate

該施工工法優(yōu)點(diǎn)：

（1）經(jīng)過處理后，在表層形成一定厚度的硬殼層，淤泥質(zhì)土承載力≥120 kPa，通過高速夯擊能，在砂性土承載力≥150～180 kPa，滿足設(shè)計(jì)使用要求。

（2）經(jīng)過處理后，土層的含水量降低，土層得到密實(shí)，可消除表層土的液化。

（3）處理過程中，采取的隔水、封水措施，使出水量大于補(bǔ)給水量，能夠很好的防止處理區(qū)以外的水倒灌，使處理效果得到保障。

（4）施工過程通過各種儀器對(duì)土體處理效果的監(jiān)測(cè)，是信息化的過程，通過過程監(jiān)測(cè)，不斷調(diào)整施工參數(shù)，使處理效果達(dá)到最佳。

（5）處理過程中，地下水位降低，對(duì)其下土層有很好的降水預(yù)壓作用。

本技術(shù)用于處理軟弱地基加固，適用于我國(guó)沿海、渤海地區(qū)新吹填含砂但有淤泥夾層、淤泥質(zhì)粉土以及含泥量較高的淤泥質(zhì)粉砂土。適合大面積堆場(chǎng)及道路的施工，在大面積施工時(shí)，成本低，工期快。經(jīng)該工法處理后，能達(dá)到理想的承載力要求（100～150 kPa以上）。由于設(shè)計(jì)塑料排水板結(jié)合輕型井點(diǎn)，利用強(qiáng)夯夯擊能作為荷載，因此由塑料排水板的入土深度建立排水通道，同時(shí)作為強(qiáng)夯夯擊傳遞能量的通道，為深層加固創(chuàng)造了條件。

新吹填淤泥質(zhì)粉土，高靈敏度、高壓縮性、高含水量、低強(qiáng)度土，而其中的低強(qiáng)度制約了本技術(shù)的實(shí)施，因此，在處理類似土質(zhì)時(shí)，可先行采取以下方法：

（1）含砂量較高的土質(zhì)（含砂量20%以上）。將需處理場(chǎng)地先行挖明溝排水，明溝設(shè)置間距為10～15 m，溝寬0.8～1.0 m，深為1.0～1.5 m；采用水挖機(jī)開溝，施工原則是：先成形，再成溝。即由于含水量高，場(chǎng)地在無法成溝的情況下，先理出溝形進(jìn)行明排水，過2～3 d再在成形的基礎(chǔ)上用水挖機(jī)開溝，逐漸成溝（一般經(jīng)3～5次后即能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)）。開挖時(shí)挖出的泥土堆在兩溝之間控水，溝成形后，溝間土用推土機(jī)推平，即可進(jìn)入強(qiáng)夯設(shè)備進(jìn)行輕井塑排法加固。

（2）對(duì)含泥量較高的土質(zhì)。采取淺層預(yù)壓法（3～4 m），通過真空預(yù)壓處理以達(dá)到滿足強(qiáng)夯設(shè)備進(jìn)場(chǎng)，一般淺層（3～4 m）承載力滿足60 kPa，強(qiáng)夯設(shè)備帶路基箱即可進(jìn)行輕井塑排加固法施工。

（3）對(duì)三高一低軟弱地基。加固控制強(qiáng)夯施工的原則為先輕后重，少擊多遍，逐級(jí)加能，根據(jù)各地的地質(zhì)條件，一般夯擊遍數(shù)不宜超過4～5遍，且每遍夯后需等孔壓消散后進(jìn)入下一遍夯擊。

2 分層沉降

通過監(jiān)測(cè)軟土層不同深度的沉降值，可以得到軟土層不同深度的沉降時(shí)程曲線，從而了解加壓荷載對(duì)沉降的影響深度、深層土體的工后沉降何時(shí)可以趨于穩(wěn)定等，為工程設(shè)計(jì)及沉降計(jì)算提供依據(jù)。分層沉降標(biāo)主要由電磁式FC-50型分層沉降儀，φ82 mm波紋管，φ71×6 mm硬塑料管及φ3 mm的銅絲感應(yīng)線圈組成。為保證測(cè)試精度，應(yīng)將測(cè)頭放入最下面磁環(huán)以下，然后慢慢上提測(cè)頭，記錄磁環(huán)位置，反復(fù)2次取均值。施工期每天1次、荷載穩(wěn)定期為2 d/次。

分層沉降曲線圖見圖2。從分層沉降的變化規(guī)律來看，土體在9～10 m以上部分均有明顯的下沉，進(jìn)一步驗(yàn)證了場(chǎng)地軟基處理的影響深度約為10 m。在部分測(cè)點(diǎn)，5～6 m深度左右的沉降量相對(duì)較大，原因可能在于井點(diǎn)管的埋設(shè)深度約為6 m，在井點(diǎn)降水的作用下導(dǎo)致該深度土層的固結(jié)沉降更加顯著。從淺層的沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果來看，分層沉降環(huán)的沉降量與表面沉降的監(jiān)測(cè)結(jié)果吻合較好。

圖2 分層沉降變化曲線Fig.2 Curves of layered settlement

3 固結(jié)計(jì)算驗(yàn)證

根據(jù)場(chǎng)地的實(shí)際使用情況，豎向沉降量及其固結(jié)度是本工程監(jiān)測(cè)與計(jì)算的主要考察對(duì)象，地基處理范圍內(nèi)某一深度的平均固結(jié)度一般采用下式進(jìn)行計(jì)算［8］

式中：cv為土的豎向排水固結(jié)系數(shù)；H為待加固土層的厚度，m；t為固結(jié)時(shí)間，s；M=。

對(duì)于考慮一維固結(jié)的土體，反映孔隙水壓力總的消散程度的固結(jié)度就等于其變形比，即式（2）所示

式中：S（∞）為土體的最終壓縮量，S（∞）=mvu0H；S（t）為 t時(shí)刻的土層沉降量；u0為初始孔隙水壓力為 t時(shí)刻平均孔隙水壓力。

結(jié)合該項(xiàng)工程，S（t）即為現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際監(jiān)測(cè)沉降量，S（∞）可通過分層總和法計(jì)算得出，固結(jié)度的計(jì)算結(jié)果見表1。

采用分層總和法計(jì)算得到的試驗(yàn)區(qū)總沉降量為67.3 cm，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算得出的場(chǎng)地固結(jié)度最大值為98.1%，最小值為80.8%，場(chǎng)地的平均固結(jié)度為92.8%。

表1 土體固結(jié)度計(jì)算結(jié)果Tab.1 Calculated results of consolidation degree

4 室內(nèi)土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

在加固前后現(xiàn)場(chǎng)取樣進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)研究，測(cè)定土體的強(qiáng)度、變形等物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，為軟基加固效果評(píng)價(jià)分析提供依據(jù)。試驗(yàn)內(nèi)容主要包括基本物理參數(shù)如密度、孔隙比等和基本力學(xué)參數(shù)如壓縮系數(shù)、壓縮模量、固結(jié)系數(shù)等。試驗(yàn)原理方法詳見《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（G/BT 50123-1999）［9］。地基處理前后取土進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)得到的土體物理力學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)列入表2、表3。

通過室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過“軟弱地基輕型井點(diǎn)結(jié)合塑料排水板復(fù)合加固方法”處理后，土體密實(shí)度、壓縮模量及C、φ值等均有所提高。表層2.0～3.0 m由于是沖填砂層，且在處理后要進(jìn)行推平處理，擾動(dòng)較大，其強(qiáng)度和變形等參數(shù)變化不大。處理后4.0～6.0 m深度范圍內(nèi)土層按平均值計(jì)算的孔隙比減小了5.4%，壓縮模量提高了78.0%，反應(yīng)土體強(qiáng)度指標(biāo)的c、φ值則分別增長(zhǎng)了34.0%和3.5%，各項(xiàng)指標(biāo)在該深度范圍內(nèi)的增長(zhǎng)率最大，說明夯擊能的有效功也最大，處理效果最好。15 m深度處的各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)變化不大，進(jìn)一步驗(yàn)證了“輕井塑排加固法”可以有效加固地基強(qiáng)度。

表2 處理前各土層物理力學(xué)性質(zhì)Tab.2 Soil parameters before reinforcement

表3 處理后各土層物理力學(xué)性質(zhì)Tab.3 Parameters of reinforced soil

5 結(jié)論

（1）從分層沉降的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，“軟弱地基輕型井點(diǎn)結(jié)合塑料排水板復(fù)合加固方法”場(chǎng)地軟基處理的影響深度約為10 m，且在4.0～6.0 m深度范圍內(nèi)的加固效果特別明顯。

（2）從地基承載力分析，加固后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式估算的地基承載力為256.3 kPa；8～10 m深度處的粉砂夾粉土層的標(biāo)貫擊數(shù)由加固前的3擊增長(zhǎng)到5擊，加固后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式估算的地基承載力為116.5 kPa；地基承載力提高明顯，加固深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

（3）通過室內(nèi)土體物理參數(shù)各項(xiàng)指標(biāo)變化，說明“輕井塑排加固法”使施工夯擊能的有效功最大，處理效果最好。

［1］高有斌，楊緒軍，曹建建.擬靜力應(yīng)變法判別高真空擊密的有效加固深度［J］.路基工程，2009（4）:12-13.

［2］高有斌，沈揚(yáng)，徐士龍，等.高真空擊密法加固后飽和吹填砂性土室內(nèi)試驗(yàn)［J］.河海大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009，37（1）:86-90.GAO Y B，SHEN Y，XU S L，et al.Laboratory Tests on Saturated Hydraulic Fill Sandy Soil by High Vacuum Densification Method［J］.Journal of Hohai University：Natural Sciences，2009，37（1）:86-90.

［3］王連文，鄭少河.高真空擊密法加固飽和軟土地基的試驗(yàn)研究［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2010，32（S2）:521-524.WANG L W，ZHENG S H.Experimental Research on High Vacuum Densification Method to Reinforce Saturated Soft Soil Foundation［J］.Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2010，32（S2）:521-524.

［4］葉吉，葉凝雯.軟弱地基輕型井點(diǎn)管結(jié)合塑料排水板復(fù)合加固方法：中國(guó)，ZL200910251451［P］.

［5］包旭范，高強(qiáng)，周順華，等.強(qiáng)夯加固軟土地基機(jī)理的有限元分析［J］.中國(guó)鐵道科學(xué)，2005，26（2）:8-14.BAO X F，GAO Q，ZHOU S H，et al.Finite Element Analysis for Mechanism on Foundation Stabilization of Soft Clay by Dynamic Compaction Method［J］.China Railway Science，2005，26（2）:8-14.

［6］劉金龍，欒茂田，汪東林，等.土工織物與塑料排水板聯(lián)合處理軟基的效果分析［J］.巖土力學(xué)，2009，30（6）:1 726-1 730.LIU J H，LUAN M T，WANG D L，et al.Effect of disposing soft soil foundation using geotextile and plastic drainage plate［J］.Rock and Soil Mechanics，2009，30（6）:1 726-1 730.

［7］趙建昌，吉隨旺，張倬元，等.強(qiáng)夯地基工后沉降監(jiān)測(cè)及數(shù)值模擬［J］.中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2002，15（2）:31-35.ZHAO J C，JI S W，ZHANG Z Y，et al.Settlement Observation and Numeric Simulation on Dynamic Consolidation Foundation Settlement Pattern after Loading［J］.China Journal of Highway and Transport，2002，15（2）:31-35.

［8］高有斌，劉漢龍，張敏霞，等.強(qiáng)夯加固地基的土體豎向位移計(jì)算方法研究［J］.巖土力學(xué)，2010，31（8）:2 672-2 676.GAO Y B，LIU H L，ZHANG M X，et al.Simplified calculation method of soil vertical displacement under dynamic compaction［J］.Rock and Soil Mechanics，2010，31（8）:2 672-2 676.

［9］GB-T50123-1999，土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)［S］.