排水固结法在软土地基中的应用

　　【摘要】排水固结法就是利用地基排水固结规律，采用各种排水技术措施处理饱和软弱土的一种方法。利用插塑料排水板方式进行堆载预压，排水固结软土地基，通过对堆载前后的持力土层进行主要物理力学性能指标分析和相关实测值的计算，总结了采用堆载预压法的条件，以及运用此项技术解决实际工程中地基处理需要的可行性。
　　【关键词】软土地基袋装砂井土工材料加筋堆载预压排水固结排水板
　　【正文】排水固结法是利用天然地基土层本身的透水性或设置在地基中的竖向排水体，通过预先在地表进行加载预压或利用建（构）筑物自身重量使土体中孔隙水逐渐排出，土体逐渐固结，地基土逐渐压密，强度逐步提高的方法。堆载预压法是利用天然地基作为排水系统，其固结排水过程是一维固结排水过程，而砂井预压法，由于在地基中设置了竖向排水体，其固结排水过程为三维固结排水过程。由于普通砂井用砂量较大，施工机械接地要求较高，因此，普通砂井大多用小直径的袋装砂井或塑料排水板所替代，尤其是塑料排水板，因其功效较袋装砂井更高，综合价格更低，所以在实际工程中得到越来越广泛的应用。
　　一．排水砂垫层地基处理方案
　　排水砂垫层是设置于路堤填土与软土地基之间的透水性垫层，不仅对提高地基承载力、减少沉降量、加速软弱土层的排水固结等软土处治有重要的作用，而且也是消除膨胀土地基上的胀缩、防止季节性冻土的冻胀、消除湿陷性黄土的湿陷的有效措施，还可用于处理暗浜和暗沟等不良地质地基，应用较为广泛。因此，根据此项工程的地理环境和地质状况等综合因素，经研究决定采用插塑料排水板堆载预压法加固地基，并根据场地内淤泥质粉质粘土的不同分布情况，按其厚度分别采用塑料排水板堆载预压方案和不设排水通道的预压方案。设计根据场地不同使用要求，分别取货车荷载的115%，用填土进行超载预压。超载部分的土方卸载后，回填于非插板区。
　　排水板在平面上可布置成正方形或等边三角形，因为，一般来说，以近似圆柱体（或正六边形）的排水方式比较均匀且有效。本工程塑料排水板采用型塑料排水板，按正三角形布置，三角形边长1。塑料排水板的深度根据淤泥质粉质粘土的厚度布设，但均须打穿淤泥质粉质粘土至砂土层。
　　由于该场地地势低洼，表层淤泥稀软，施工时适逢雨季，为了改善施工条件，在原塘面上先填铺一层厚1.5的填土作为工作垫层，设置纵横间距为30的排水盲沟，并利用原天然河沟铺透水土工材料作成排水暗渠，再铺设0.5的排水砂垫层，将原插板的排水面由原＋0.8标高提高至＋2.0。
　　二．排水固结法的实施
　　排水固结法的实施有两个方面，一是加载预压；另一是排水，即在地基中做排水通道，以缩短孔隙水渗流距离，加速地基土固结过程。
　　（一）排水方法
　　排水方法是在地基中置入排水体，以缩短土层排水距离。竖向排水体可用就地灌筑砂井、袋装砂井、塑料排水板等做成。水平排水体一般由地基表面的砂垫层组成。当软粘土层较薄，或土的渗透性较好而施工期又较长时，可仅在地表铺设一定厚度的砂垫层，当加载后，土层中的孔隙水竖向流入砂垫层而排出。对于厚度大、透水性又很差的软粘土，需同时用水平排水体和竖向排水体构成排水系统，使土层孔隙水由竖向排水体流入水平排水体。
　　一般工程应用总是综合考虑预压和排水两种措施，最常用的方法是砂井预压固结法。
　　也可以用类似的机具将石灰粉末与地基土进行搅拌形成石灰土桩。石灰与土进行离子交换和凝硬作用而使加固土硬化。初步研究表明当一般石灰用量（按重量计）为10%~12%以内时，石灰土强度随石灰含量的增加而提高，对不排水抗剪强度为10~15kPa的软粘土，石灰与土搅拌后的强度通常可达原土强度的10~15倍。但石灰含量超过12%后抗剪强度不再增大。无论是水泥土桩或石灰土桩都与四周原位土形成复合地基。故应采用复合地基理论进行分析。深层搅拌法用于处理比较软弱的地基，适用的土类为淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高且地基承载力特征值不大于120kPa的软粘土。
　　（二）预压方法
　　预压方法有堆载法、真空法、降低地下水位法等。在实际中，可单独使用一种方法，也可将几种方法联合使用。堆载预压法是工程上常用的有效方法，堆载一般用填土、砂石等散粒材料，当采用加载预压时必须控制加载速度，制定出分级加载计划，以防地基在预压过程中丧失稳定性，因而所需工期较长。真空预压法是在需要加固的软粘土地基内设置砂井，然后在地面铺设砂垫层，其上覆盖不透气的密封膜，使与大气隔绝，通过埋设于砂垫层中的吸水管道，用真空装置进行抽气，将膜内空气排出，因而在膜内产生一个负压，促使孔隙水从砂井排出，达到固结的目的。
　　真空预压法适用于一般软粘土地基，但在粘土层与透水层相间的地基，抽真空时地下水会大量流入，不可能得到规定的负压，故不宜采用此法。
　　三．加固效果分析与评价
　　为观察并分析加固效果，在堆载区内共布设了30个沉降观测点，10个孔隙水压测点，埋设了孔隙水压力计18只，地下水位观测孔10只。图1为预压堆载中心地面测点实测的堆载—沉降—时间关系曲线和地基平均固结度过程曲线。其中实线为根据实测沉降资料用“三点法”推算的地基最终沉降按绘制的时间—固结度关系曲线，虚线为根据实测沉降推算的固结因子，并将塑料排水板换算成相当直径的砂井后，推算出的塑料排水板深度范围内地基平均固结度和排水板范围以下土层按单向固结理论计算的固结度，推算出地基各土层平均固结度。
　　地基土中地下水位下降，则土的自重有效应力增加，促使地基土体固结。降低地下水位法最适宜于砂或砂性土地基，也适用于软粘土层上存在砂或砂性土的情况。对于深厚的软粘土层，为加速其固结，可设置砂井，并采用井点降低地下水位。但降低地下水位，可能引起邻近建筑物基础的附加沉降，对此必须引起足够的重视。
　　结论
　　排水固结法是对天然地基，或先在地基中设置砂井(袋装砂井或塑料排水带)等竖向排水体，然后利用建筑物本身重量分级逐渐加载；或在建筑物建造前在场地上先行加载预压，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。该法常用于解决软粘土地基的沉降和稳定问题，可使地基的沉降在加载预压期间基本完成或大部分完成，使建筑物在使用期间不致产生过大的沉降和沉降差。同时，可增加地基十的抗剪强度，从而提高地基的承载力和稳定性。
　　排水固结适用于处理各类淤泥，淤泥质土及其它饱和软粘土。对于砂土和粉土地基，因透水性良好，无需用砂井排水固结处理地基；含水平头砂或粉砂层的饱和粘土，因为水平向透水性良好，不用砂井处理地基也可获得良好的固结效果。对于泥炭及透水性极小的流型状态饱和软土，在很小的荷载作用下，地基土就出现较大的剪切蠕变，排水固结效果极差。
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