1、關于動力排水固結法在建筑工程軟土地基的應用摘要：應用動力排水固結法加固軟土地基，分析該軟土地基的分層沉降、深層沉降、側向位移觀測結果和加固效果可知，用該方法加固軟土地基工期短、效果好。 關鍵詞：動力排水固結法；土體沉降；側向位移；軟土地基在工程建設過程中經常會遇到不滿足承載力要求及覺降變形要求的軟地基，此時就必須對軟地基進行處理，針對軟土所有的含水量高，滲透性小等特點，動力排水固結法是較為經濟適用的方法之一，排水固結是指給地基預先施加荷載, 以加快地基中水分的排出速度,同時在地基中設置豎向和橫向的排水通道,排出軟土中的孔隙水，使土體不斷固結并發生沉降，同時提高土體的強度的一種地基處理方法，其具
2、體的實現方法是將強夯法與排水系統相結合來處理軟土地基，與其余的地基處理方法相比，動力排水固結法具有節約工期，造價低廉等優點，因而具備廣闊的應用前景，下面本文就動力排水固結法來進行探討并對其加固效果進行分析。1 動力排水固結法加固機理當土體受到夯擊時，在強大的沖擊能量作用下，土體被壓縮，土體中的氣相體積減少、孔隙水壓力增大，同時，夯擊點周圍的土體出現裂縫，致使土體的滲透性能發生變化，在超孔隙水壓力作用下，氣體和孔隙水沿著這些裂縫排出土體舊。但是，由于這些裂縫并不是規則和連續貫通的，因而氣體和孔隙水的排出并非很暢通，土體受擾動后強度降低，且需經很長時間才能恢復。所以，強夯加固效果不佳，動力排水固結
3、法，是在對土體進行強夯之前將塑料排水板插入土體至強夯影響達到的深度，即在土體中增加了一個垂直的排水通道。當土體受到沖擊荷載時，土體中的孔隙水壓力增加，孔隙水可滲透到塑料排水板內，沿塑料排水板排出土體通過縮短排水距離加快了孔隙水壓力的消散和地基的沉降，防止土體產生液化，從而達到加固地基的目的。2 工程概況某工程建筑占地面積12.8 萬平方米，地震設防烈度為7 度，場地地基分布有第四紀海陸沉積的耕土，淤泥，粉粘土及細中砂組成的軟土層，具體的土層分布見表1所示土質 土質性狀 厚度（米）耕土 由粘土及植物殘肢組成 0 .5 -1. 0淤泥土 以淤泥為主，含少量砂土 1 .0 -4. 0粉粘土 由粘土及
4、粉質土組成，含少量砂土 1 .1 -5. 0砂土 由細砂及中砂組成，且含少量粗砂 1 .0 -7. 5其它 由化巖等組成 不詳表1 工程地質土層分布情況若不對該軟土地基進行處理，則在建筑荷載及軟土自重的雙重作用下，臨近地面18 米內土層可能會出現較大的沉降變形，相應的會給建筑樁基造成較大的負摩擦影響，使建筑出現沉陷事故，考慮到本工程的復雜程度以及軟土層含有砂層，易于進行排水固結法的施作，故最終選擇動力排水固結法對本工程的軟土地基進行加固。3淤泥軟基處理方案設計本工程淤泥質軟土具有孔隙比大、含水量高、結構性強，靈敏度高等特點，軟土地基穩定問題和次固結變形問題非常突出。經過經濟技術對比分析，選擇對
5、地基土體擾動小(與強夯法比)、工期短(與靜力排水固結法比)、費用低的動力排水固結法處理方案。將強夯法的夯擊機具與排水固結法中快速的排水體系有機結合起來進行軟土地基處理，但又不是“插板+強夯”的簡單組合(疊加)。通過設置水平排水體系和豎向排水體系，改善地基土的排水條件。軟土在適量的靜力(覆蓋)、變化的動力荷載及其持續的后效力作用下，形成高水平的孔隙水壓力梯度，在人工排水體系及土體微裂隙排水系統下，孔隙水壓力發生多次升降，隨著孔隙水不斷排出，孔隙水壓力逐漸消散，有效應力不斷增長，孔隙體積減小，土的抗剪強度提高，工后沉降大大降低，地基土達到超固結狀態。4 地基處理方案設計 結合本工程地質情況與地基處
6、理手冊的有關規定，本工程擬采用水平及豎向排水系統，水平排水系統包括以下各部分：1）砂墊層，采用中砂及石粉進行鋪設，厚度選為0.8 米。2）排水盲溝，采用布包碎石制成，在場地的中軸線處設一縱向的排水盲溝，并沿場地的橫向每隔一定距離（本工程選為50米）設置一橫向排水盲溝，盲溝的坡度一般取為1%-2%，其底面最高處應低于砂墊層的底部10cm。3）集水井，集水井是用于匯集橫縱盲溝的排水量，故一般設置于縱橫盲溝交接處，采用12200 箍筋與12 縱筋形成鋼筋濾水籠，濾料采用外填的礫石，濾網采用鐵紗網或塑料網，濾水籠高于填土頂面的高度不應小于30cm，集水井的底部應低于盲溝至少30cm。集水井中的水采用抽
7、水泵抽出，排至場地范圍外50m 處，在完成地基的夯實后應持續抽水20天。橫向排水系統采用SPD-II型排水板，插板機選用液壓式，導管采用菱形導管，排水板的插入深度應到達淤泥層以下，間距不大于一米。考慮到本工程地質特性，擬采用少擊多遍，逐級加能的強夯方法，先采用點夯式進行強夯，然后再采用普夯式進行強夯，點夯的間距按5mX5m 的正方形布置，夯擊能由800 kNm 逐步加大至1500kNm，夯數次數選為兩次，普夯的夯擊能為1000 kNm，夯數選為3次，在夯擊的的過程中，應始終保證夯坑周圍部分不會出現明顯的隆起。在第一遍點夯擊結束后應填入相應厚度的填土料，一般選用含砂量較多的土料，不得使用含生活垃
8、圾的土料，在夯擊整體結束后，采用振動式壓路機對地基土進行碾壓。5填土墊層設計在軟黏土頂面設置一定厚度的表層硬殼層或者填筑一定厚度的填土作為施壓墊層，作用是避免夯錘與軟土直接接觸，避免軟土層產生較大的剪切變形；同時保證土體在動荷載作用下孔隙水壓力的上升，隨后在動靜荷載聯合作用后，孔隙水壓力快速消散。施壓墊層厚度10 m，采用礫質黏土或山土，也可采用砂或石粉；當采用晾干后再填筑的沖填土(含水量16)時，要求其含泥量18。6 施工檢測結果在強夯完成后，對強夯后的地基土進行及時的監測，同時采取鉆探取樣的方法，對樣品進行各方面的強度及荷載試驗檢測，地基處理效果分析如下：3.1 孔隙水壓力在加固區內的不同
9、深度處埋設孔隙水壓力傳感器，以實時監測各土層水壓力隨時間的變化情況，以此確定最佳的夯擊間歇時間及加固深度。3.3動力排水固結法處理地基前后土體的物理力學性能比較在經過動力排水固結法對地基土進行處理后，將處理前后的土體的物理力學性能進行了對比分析，分析結果如表3所示：處理前后 土質 含水量（%） 孔隙比 粘聚力（KPa） 內摩擦角(度) 壓縮系數(M/Pa) 壓縮模量(Mpa)處理前 填土 67.2 1.77 6.3 4.3 1.92 1.75處理后 48.5 48.5 12.1 5.2 1.10 2.86處理前 淤泥質粘土 42.1 1.06 13.5 3.3 1.21 3.20處理后 36.
10、5 0.94 16.9 8.0 0.93 4.14處理前 粉砂 37.4 0.84 15.4 4.6 0.81 3.56處理后 23.6 0.72 22.3 11.2 0.57 5.71表3處理前后地基土體物理力學性能對比由表中可以看出，在經由動力排水固結法進行地基處理后，各層地基土的含水量降低，隙比減小，粘聚力及內摩擦角增大，壓縮系數降低，壓縮模量增大，這說明了動力排水固結法不僅可以對淺層的軟土地基進行加固，也使得較深層的粉砂層土質得到了一定的加固效果。7加固深度變化規律分析動力排水固結法處理軟基時，軟土上部靜力覆蓋墊層削弱了沖擊力對淤泥土層的擾動、側向擠出和剪切破壞作用，對土的結構起到了很
11、好的保護作用，同時保證施工機械和人員的行走安全。在夯擊過程中，夯擊能由淺向深傳播和擴散，由于阻尼作用，夯擊能的作用深度范圍，稱為影響深度，即此深度范圍內孔壓、土壓、土體強度均有明顯的變化深度。跟據研究，軟黏土的有效加固深度指達到承載力設計要求與完成主固結沉降和減小次固結沉降確定的深度。由于軟土含水量高、結構性強、靈敏度高，采用“先輕后重、逐級加載，逐層加固”的施工工藝，在淺層土體在靜力和動力殘余后效力作用下，孔隙水壓力消散，土層固結。加大夯擊能量，使夯能向深層傳播，促使深層淤泥排水固結。因此，在夯擊過程中，隨著夯擊遍數和夯擊能量的增加，其影響深度也在不斷擴大果。8 結語動力排水固結法可以有效的
12、提高地基承載力，大幅度減小地基土質的含水量，降低孔隙比，增大土體粘聚力，同時動力排水固結法又具有成本低，施工簡便以及效果顯著等優點，這使得動力排水固結法在軟土地基片時工程中具備了良好的應用前景，但由于當前還沒有一套成熟的動力排水固結法理論體系，故而在當今的工程實際應用中還存在著諸多的問題，尤其在動力排水固結的計算方法上，很多工程人員因作了過多的簡化而導致工程實施結果與計算出入很大，另外，土中的孔隙水具備粘滯特性，而我們在設計過程中則是將它作為理想流體考慮，這些都會導致設計方案與實際的相偏離，如何解決這些問題，從而做出一套較完善的動力排水固結方案的理論體系，仍是一個值得廣大工程技術人員深入研究的課題。參考文獻1賈敏才;王磊;周健砂性土宏細觀強夯加固機制的試驗研究期刊論文-巖石力學與工程學報 2009(增1)2.董偉;閆澍旺;馮守中采用強夯置換墩加固濕地中高速公路路基的研究期刊論文-巖石力學與工程學報 2009(增1)3.周紅波;盧劍華;蔣建軍動力排水固結法加固浦東機場促淤地基試驗研究期刊論文-巖土力學 2005(114.李彰明;林軍華靜動力排水固結法處理淤泥軟基振動試驗研究期刊論文-巖土力學 2008(09)5.王安明;李小根;李彰明軟土動力排水固結的室內模型試驗研究期刊論文-巖土力學 2009(06)注：文章內所有公式及圖表請用PDF形式查看。
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