关于动力排水固结法在建筑工程软土地基的应用

摘要：应用动力排水固结法加固软土地基，分析该软土地基的分层沉降、深层沉降、侧向位移观测结果和加固效果可知，用该方法加固软土地基工期短、效果好。

关键词：动力排水固结法；土体沉降；侧向位移；软土地基

在工程建设过程中经常会遇到不满足承载力要求及觉降变形要求的软地基，此时就必须对软地基进行处理，针对软土所有的含水量高，渗透性小等特点，动力排水固结法是较为经济适用的方法之一，排水固结是指给地基预先施加荷载, 以加快地基中水分的排出速度,同时在地基中设置竖向和横向的排水通道,排出软土中的孔隙水，使土体不断固结并发生沉降，同时提高土体的强度的一种地基处理方法，其具体的实现方法是将强夯法与排水系统相结合来处理软土地基，与其余的地基处理方法相比，动力排水固结法具有节约工期，造价低廉等优点，因而具备广阔的应用前景，下面本文就动力排水固结法来进行探讨并对其加固效果进行分析。

1 动力排水固结法加固机理

当土体受到夯击时，在强大的冲击能量作用下，土体被压缩，土体中的气相体积减少、孔隙水压力增大，同时，夯击点周围的土体出现裂缝，致使土体的渗透性能发生变化，在超孔隙水压力作用下，气体和孔隙水沿着这些裂缝排出土体旧。但是，由于这些裂缝并不是规则和连续贯通的，因而气体和孔隙水的排出并非很畅通，土体受扰动后强度降低，且需经很长时间才能恢复。所以，强夯加固效果不佳，动力排水固结法，是在对土体进行强夯之前将塑料排水板插入土体至强夯影响达到的深度，即在土体中增加了一个垂直的排水通道。当土体受到冲击荷载时，土体中的孔隙水压力增加，孔隙水可渗透到塑料排水板内，沿塑料排水板排出土体．通过缩短排水距离加快了孔隙水压力的消散和地基的沉降，防止土体产生液化，从而达到加固地基的目的。

2 工程概况

某工程建筑占地面积12.8 万平方米，地震设防烈度为7 度，场地地基分布有第四纪海陆沉积的耕土，淤泥，粉粘土及细中砂组成的软土层，具体的土层分布见表1所示

若不对该软土地基进行处理，则在建筑荷载及软土自重的双重作用下，临近地面18 米内土层可能会出现较大的沉降变形，相应的会给建筑桩基造成较大的负摩擦影响，使建筑出现沉陷事故，考虑到本工程的复杂程度以及软土层含有砂层，易于进行排水固结法的施作，故最终选择动力排水固结法对本工程的软土地基进行加固。

3淤泥软基处理方案设计

本工程淤泥质软土具有孔隙比大、含水量高、结构性强，灵敏度高等特点，软土地基稳定问题和次固结变形问题非常突出。经过经济技术对比分析，选择对地基土体扰动小(与强夯

法比)、工期短(与静力排水固结法比)、费用低的动力排水固结法处理方案。将强夯法的夯击机具与排水固结法中快速的排水体系有机结合起来进行软土地基处理，但又不是“插板+强夯”的简单组合(叠加)。通过设置水平排水体系和竖向排水体系，改善地基土的排水条件。软土在适量的静力(覆盖)、变化的动力荷载及其持续的后效力作用下，形成高水平的孔隙水压力梯度，在人工排水体系及土体微裂隙排水系统下，孔隙水压力发生多次升降，随着孔隙水不断排出，孔隙水压力逐渐消散，有效应力不断增长，孔隙体积减小，土的抗剪强度提高，工后沉降大大降低，地基土达到超固结状态。

4 地基处理方案设计

结合本工程地质情况与《地基处理手册》的有关规定，本工程拟采用水平及竖向排水系统，水平排水系统包括以下各部分：

1）砂垫层，采用中砂及石粉进行铺设，厚度选为0.8 米。

2）排水盲沟，采用布包碎石制成，在场地的中轴线处设一纵向的排水盲沟，并沿场地的横

向每隔一定距离（本工程选为50米）设置一横向排水盲沟，盲沟的坡度一般取为1%-2%，其底面最高处应低于砂垫层的底部10cm。

3）集水井，集水井是用于汇集横纵盲沟的排水量，故一般设置于纵横盲沟交接处，采用Φ12@200 箍筋与Φ12 纵筋形成钢筋滤水笼，滤料采用外填的砾石，滤网采用铁纱网或塑料网，滤水笼高于填土顶面的高度不应小于30cm，集水井的底部应低于盲沟至少30cm。集水井中的水采用抽水泵抽出，排至场地范围外50m 处，在完成地基的夯实后应持续抽水20天。横向排水系统采用SPD-II型排水板，插板机选用液压式，导管采用菱形导管，排水板的插入深度应到达淤泥层以下，间距不大于一米。考虑到本工程地质特性，拟采用少击多遍，逐级加能的强夯方法，先采用点夯式进行强夯，然后再采用普夯式进行强夯，点夯的间距按5mX5m 的正方形布置，夯击能由800 kN・m 逐步加大至1500kN・m，夯数次数选为两次，普夯的夯击能为1000 kN・m，夯数选为3次，在夯击的的过程中，应始终保证夯坑周围部分不会出现明显的隆起。在第一遍点夯击结束后应填入相应厚度的填土料，一般选用含砂量较多的土料，不得使用含生活垃圾的土料，在夯击整体结束后，采用振动式压路机对地基土进行碾压。

5填土垫层设计

在软黏土顶面设置一定厚度的表层硬壳层或者填筑一定厚度的填土作为施压垫层，作用是避免夯锤与软土直接接触，避免软土层产生较大的剪切变形；同时保证土体在动荷载作用下孔隙水压力的上升，随后在动静荷载联合作用后，孔隙水压力快速消散。施压垫层厚度≥1．0 m，采用砾质黏土或山土，也可采用砂或石粉；当采用晾干后再填筑的冲填土(含水量≤16％)时，要求其含泥量≤18％。

6 施工检测结果

在强夯完成后，对强夯后的地基土进行及时的监测，同时采取钻探取样的方法，对样品进行各方面的强度及荷载试验检测，地基处理效果分析如下：

3.1 孔隙水压力

在加固区内的不同深度处埋设孔隙水压力传感器，以实时监测各土层水压力随时间的变化情况，以此确定最佳的夯击间歇时间及加固深度。

3.3动力排水固结法处理地基前后土体的物理力学性能比较在经过动力排水固结法对地基土进行处理后，将处理前后的土体的物理力学性能进行了对比分析，分析结果如表3所示：

由表中可以看出，在经由动力排水固结法进行地基处理后，各层地基土的含水量降低，隙比减小，粘聚力及内摩擦角增大，压缩系数降低，压缩模量增大，这说明了动力排水固结法不仅可以对浅层的软土地基进行加固，也使得较深层的粉砂层土质得到了一定的加固效果。

7加固深度变化规律分析

动力排水固结法处理软基时，软土上部静力覆盖垫层削弱了冲击力对淤泥土层的扰动、侧向挤出和剪切破坏作用，对土的结构起到了很好的保护作用，同时保证施工机械和人员的行走安全。在夯击过程中，夯击能由浅向深传播和扩散，由于阻尼作用，夯击能的作用深度范围，称为影响深度，即此深度范围内孔压、土压、土体强度均有明显的变化深度。跟据研究，软黏土的有效加固深度指达到承载力设计要求与完成主固结沉降和减小次固结沉降确定的深度。由于软土含水量高、结构性强、灵敏度高，采用“先轻后重、逐级加载，逐层加固”的施工工艺，在浅层土体在静力和动力残余后效力作用下，孔隙水压力消散，土层固结。加大夯击能量，使夯能向深层传播，促使深层淤泥排水固结。因此，在夯击过程中，随着夯击遍数和夯击能量的增加，其影响深度也在不断扩大果。

8 结语

动力排水固结法可以有效的提高地基承载力，大幅度减小地基土质的含水量，降低孔隙比，增大土体粘聚力，同时动力排水固结法又具有成本低，施工简便以及效果显著等优点，这使得动力排水固结法在软土地基片时工程中具备了良好的应用前景，但由于当前还没有一套成熟的动力排水固结法理论体系，故而在当今的工程实际应用中还存在着诸多的问题，尤其在动力排水固结的计算方法上，很多工程人员因作了过多的简化而导致工程实施结果与计算出入很大，另外，土中的孔隙水具备粘滞特性，而我们在设计过程中则是将它作为理想流体考虑，这些都会导致设计方案与实际的相偏离，如何解决这些问题，从而做出一套较完善的动力排水固结方案的理论体系，仍是一个值得广大工程技术人员深入研究的课题。

参考文献

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注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。