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连云港软土地基处理窄型塑料排水板的应用研究

2020-05-26 02:07:27 《中国水运》 2020年3期

李彪

摘 要:通过连云港地区软土地基处理窄型塑料排水板直排式真空预压工艺试验,探讨了窄型塑料排水板在软基处理中的应用情况,结果表明:真空压力在窄型塑料排水板中得到了较好的传递,在排水板深度范围内真空压力基本能稳定在80kPa左右;工后排水板复合体力学性质变化不大,纵向通水量较工前略微降低,滤膜渗透系数降低明显;窄型塑料排水板能在不增加排水板材料成本的基础,缩短排水板间距,减少土中自由水的渗透路径,使之在真空荷载下,更加快速的排出,减少加固时间,加固效果良好。

关键词:窄型塑料排水板;真空预压;真空压力;加固效果

连云港港区吹填软土层具有高含水率、高液限、高灵敏度、高压缩性、低强度和低渗透性等特点,使得该土层在采用真空预压加固工艺时经常出现抽真空时间过长,而且处理效果不佳的问题。针对该问题本文进行了窄型塑料排水板直排式真空预压工艺试验,分析了现场监测数据及加固后检测数据,对窄型塑料排水板预压处理效果进行介绍,为今后类似工程提供借鉴。

目前常用塑料排水板宽度在10cm左右,厚度为3.5mm~6mm,B型板纵向通水量大于25cm3/s即日均排水量在2.16m3以上[1]。真空预压加固土层一般为饱和软土,地基的固结是由于在真空荷载超孔隙水压力的消散,即加固地基中自由水的排出,因此加固过程中地基沉降量乘以加固面积即为抽真空过程中自由水排出的体积量,连云港港区真空预压过程中沉降量一般约为3m左右,按照抽真空时间为150d计算,1m2加固区每天排水量约为0.02m3,通过对比不难发现目前常用塑料排水板的日均排水量约为加固区地基日均排水量的100倍,因此将排水板板宽降低至5cm,其通水量也能满足地基加固过程中自由水排出的需要,而且通过适当缩短排水板间距,还能够减少土中自由水的渗透路径,使之在真空荷载下,更加快速的排出,这样在不增加排水板材料成本的基础,减少加固时间,提高加固效果。下面以连云港徐圩港区某工程为例,介绍这种窄型塑料排水板在现场实际工程中的应用。

1工程概况

连云港某地基处理工程位于连云港徐圩港区,地基处理面积为39451m2。施工区域原为海域浅滩,现已冲填形成陆域,浅部主要为吹填形成的淤泥,表面淤泥质土裸露。地表层连续分布有软弱土层——淤泥及粘土,具有含水率大、抗剪强度低、压缩性高等特性,低~中灵敏度。

本工程采用直排式真空预压法进行地基加固处理,分为两个加固区。工作垫层为0.5m厚中粗砂,塑料排水板采用5cm窄型塑料排水板(性能指标达到B型塑料排水板标准),间距0.7m,正方形布置,排水板打入深度为25m。

根据加固前钻孔资料,本场地地基土层由上到下依次为:

①1淤泥:全场地均有分布,呈灰色,流塑状态,高压缩性,近期人工吹填而成。

①2淤泥:全场地均有分布,呈灰色,软塑状态,含粉土夹层,高压缩性,近期人工吹填而成。

②淤泥:场区普遍分布,呈灰色,软塑状态,高压缩性,海相沉积而成。

③粘土:场区普遍分布,褐色,硬塑状态,中等压缩性,海相沉积而成。

2监测数据分析

通过对真空预压过程中的监测,掌握真空预压过程中吹填土地基的地表沉降、孔隙水压力、排水板中真空压力传递等的变化情况,为分析窄型塑料排水板在直排式真空预压工艺中的应用情况提供数据支持。

2.1地表沉降观测

本工程主要加固土层为新近吹填土和原海相沉积淤泥,均为欠固结土,土体中存在尚未消散的超静孔隙水压力,在打设塑料排水板后,由于土层排水路径缩短,地基土在其自重压力作用下,很快产生一定量的固结沉降。加固土体的沉降主要包括打板期间沉降、预压期间沉降和工后沉降[2],本次监测过程中的地表沉降包括打板期间沉降和真空预压期沉降。加固区地表实测沉降和通过实测沉降数据采用双曲线法[3]推算地基土的固结度汇总如表1所示。

2.2 孔隙水压力观测

打设塑料排水板后,在真空预压区中心点附近埋设1组孔隙水测头,埋设位置在排水板所围区域的中心位置,埋设深度为自地表以下2m,每隔3m一个侧头,最大埋深为20m。真空预压施工期间土体内部孔隙水压力消散情况如表2所示。

2.3真空压力传递情况

在真空预压期间,为了了解真空压力沿窄型塑料排水板的传递损失,判断真空荷载在垂直方向上的分布情况、影响深度,在每个区排水板中各埋设一组孔隙水压力测头,以便观测加固区内真空压力的传递情况。根据观测数据绘制真空压力~深度关系曲线见图2。

由上图可以看出在真空预压过程中,真空压力在窄型塑料排水板中得到了较好的传递,在排水板深度范围内真空压力基本能稳定在80kPa左右。

3检测数据分析

真空预压加固前后分别在1区和2区进行了窄型塑料排水板质量检验、现场十字板剪切试验和现场取土及室内试验。

3.1加固前后窄型塑料排水板指标变化

对加固前、后窄型塑料排水板进行了复合体单位长度质量试验、拉伸试验、通水量试验、滤膜单位面积质量试验和渗透试验,如表3所示。

通过上表可以看出工后排水板复合体力学性质变化不大,纵向通水量较工前略微降低,滤膜渗透系数降低明显,但也满足B型排水板滤膜渗透系数指标(≥5×10-4cm/s)[1]。

3.2加固前后土的物理指标的变化

加固前后土体物理指标变化最为明显,加固范围内平均含水率、孔隙比其变化情况如表4所示。

通过表4可以看出,真空预压加固后两个加固区处理深度范围内土体含水率平均降低了13.6%,孔隙比减少了0.346,加固效果良好,土质改善较明显。

3.3加固前后十字板剪切强度的变化

各区加固前后十字板剪切强度均值见表5。

通过表5可以看出,真空预压加固后两个加固区处理深度范围内土体十字板剪切强度增长了15.6kPa,增长幅度较大,地基处理效果较为明显。

4结论

通过窄型塑料排水板直排式真空预压工艺试验,分析了加固过程中的监测数据及加固后的检测数据,得出以下结论:

(1)真空压力在窄型塑料排水板中得到了较好的传递,在排水板深度范围内真空压力基本能稳定在80kPa左右。

(2)工后排水板复合体力学性质变化不大,纵向通水量较工前略微降低,滤膜渗透系数降低明显。

(3)窄型塑料排水板能在不增加排水板材料成本的基础,缩短排水板间距,减少土中自由水的渗透路径,使之在真空荷载下,更加快速的排出,减少加固时间,加固效果良好。

参考文献:

[1] 水运工程塑料排水板应用技术规程(JTS 206-1-2009)[S].北京,2009.

[2] 孙立强,闫澍旺,何洪娟,李伟. 吹填土地基在真空预压插板期间的沉降计算[J],水利学报,2010,41(5):101-103.

[3] 水運工程地基设计规范(JTS147-2017) [S].北京,2018.