堆载预压固结排水法怎样确定要达到的固结度

堆载预压固结排水法怎样确定要达到的固结度

排水固结即指给基预先施加荷载,加速基水排速率,同基设置竖向横向排水通道,使土体孔隙水排逐渐固结基发沉降同强度逐步提高该用于解决软粘土基沉降稳定问题使基沉降加载预压期间基本完或部完使建筑物使用期间致产沉降沉降差同增加基土抗剪强度提高基承载力稳定性实际排水固结由排水系统加压系统两部共同组合排水系统种手段没加压系统孔隙水没压力差自排基加固增加固结压力缩短土层排水距离则能预压期间尽快完设计所要求沉降量强度能及提高加载能顺利进行通计算确定填堆载计划、基处理区施工要求既经济合理满足施工工期要求
排水固结作处理软粘土基效工程广泛应用采用排水固结同解决沉降稳定问题使基沉降加载预压期间部或基本完建筑物使用期间致产利沉降沉降差且加速基土抗剪强度增提高基承载力稳定性
排水固结由排水系统加压系统两部共同组合设置排水系统主要于改变基原排水边界条件增加孔隙水排通路缩短排水途径由竖向排水井水平向排水垫层构由塑料芯板滤膜外套组塑料排水板作竖向排水通道工程应用益增加塑料排水板工厂制作运输便尤其适合象三门缺乏砂源区使用同节省投资加压系统即施加起固结作用荷载土孔隙水产压差渗流使土固结
排水系统种手段没加压系统孔隙水没压力差自排基加固施加固结压力缩短土层排水距离能预压期间尽快完设计所要求沉降量土强度能及提高各级加载能顺利进行所排水系统加载系统设计总需要结合起考虑
根据沉降变形析计算采用塑料排水板堆载预压处理软弱土层要求各处理区场整平滩涂面铺设层土工布0.8m厚碎石垫层再插打塑料排水板塑料排水板采用SPB-IB型标准排水板宽度100mm厚度4mm呈梅花形布置间距1.5m排水板深度应穿透淤泥层底面图1所示各基处理区所需塑料排水板见表2
图1 塑料排水板布置图

表2 各基处理区塑料排水板表
基处 理区 处理区平面 面积(ha) 塑料排水板 数量(根) 处理区场标高(m)
T3-2 6.50 33358 约0~4.2
T1-2 7.77 39876 约-1.0~2.0
T2-1-2 20.48 105104 约-1.0~2.5
合计 34.75 178338
适应基处理区直接填区基变形防止界线处基固结程度相差较引起基裂承载力突变处理区内靠近直接填区约20m范围内塑料排水板间距1.5m渡2.0m其打设深度亦适减
4堆载计划确定
根据土层特性计算其堆载填预压荷载沉降变形量进估计达定固结度间及堆载预压基强度增量评价基条件并提合理填堆载计划及基处理案
施工面较故假定面积堆载堆载填材料挖山体土石计算取岩石堆密度r=17.0kN/m3填层平均高度7.0m软弱土层（包括淤泥层淤泥质软粘土）计算层厚14.0m（厂区南侧滩涂）固结系数Ch=Cv=2×10-3cm2/sCu=10.0kPa（十字板剪切试验）三轴固结排水剪土内摩擦角jcu=10.0°
4.1终沉降计算结
填高度7.0m预压荷载基终变形：
=1.50m
式：Sf--终竖向变形量；
e0i--第i层点土自重压力所应孔隙比；
e1i--第i层点土自重压力附加压力所应孔隙比；
hi--第i层土层厚度；
x--经验系数1.1~1.4荷载较基土较软弱取较值
4.2采取处理措施情况
根据费连纽斯(Fellenius)公式基容许施加第级荷载P1：
=42.83kPa
其：Cu--基排水抗剪强度由现场原位十字板剪切试验结测定
K--安全系数
P1荷载作用固结度U=70%提高基强度Cu1：

式：h--考虑剪切蠕变强度折减系数；
Ut--基平均固结度；
--预压荷载引起附加竖向压力；
相应所需间t：
=12.11yr
由计算知允许P1荷载作用达70%固结度所需间达12.11久满足施工工期要求且基抗剪强度增仅37.6%
堆载厚7.0m预压5基固结度强度增17.44kPa故基抗剪强度仅提高7.44kPa左右
结论析：
? 7.0m厚堆载预压5? 软弱土层固结度仅达44.7%? ? 能满足施工沉降固结要求；
? 直接堆载7.0m厚土层? 荷载P0=119kPa＞42.83kPa（第级容许施加荷载）? 基发剪切? 破坏；
? 由两点知? 必须进行基处理考虑工程特点、基条件及施工期等各种素? 采用预压排水固结处理? 排水系统采用塑料排水板
4.3采取预压排水固结措施基简化计算
i. 采用标ii. 准型塑料排水板（宽度b=100mmiii. 厚度d=4mm）排水iv. 排水板施工度打穿软粘土层v. 即度14.0m则塑料排水板换算直径：
=66.2mm
vi. 塑料排水板等边三角形布置vii. 间距l=1.5mviii. 则等效圆直径：
=1.575m
ix. 计算进行些简化x. xi. 考虑软弱土层竖向排水固结xii. 考虑向内径向排水固结
第级容许荷载P1=42.83kPa（堆载厚度H1=2.52m）作用基终沉降量S1=0.65m达90%固结度沉降量S1′=0.59m提高基排水抗剪强度Cu1=15.12kPa所需间计算（处忽略竖向排水引起固结度）：

=23.8
t1=0.273yr=3.28mo
重复计算结列于表3
表3 简化计算固结沉降量

由表3知加三级荷载共12.46m厚于7.0m（厂平要求需达计算填厚度）1.50m（终沉降量）按终填厚度8.50m计算抗剪强度Cu=29.64kPa
插打塑料排水板情况三级加荷总堆载高度8.50m经0.82沉降量1.50m固结度达90%基抗剪强度由原10.0kPa提高29.64kPa
4.4改进高木俊介计算
改进高木俊介计算基处理规范推荐采用塑料排水板形式布置所述考虑级等速加载条件t间应总荷载基平均固结度Ut：

式： --第i级荷载加载速率；
--各级荷载加载速率；
--别第i级荷载加载终止起始间（零点起算）
采用改进高木俊介计算固结沉降量结列于表4相应基承载力安全系数表5
表4 改进高木俊介计算固结沉降量

表5 施工期加载基承载力安全裕度

虽表基承载力安全裕度偏低值1.0考虑面积填区由于土层相互镇压作用基滑且该值瞬值由于塑料排水板良排水作用孔隙水压力消散较快基土固结相应承载力增所理由认基安全
4.5两种计算总结比较
采用简化与按规范所用计算结两者基本致表6所示
表6 简化与规范推荐计算结比较
项 目 达90%固结度间 （） 安 全系数 加 载 式 终沉降 （m）
简化 300（三级） 1.2 级瞬 1.50
规范推荐 370（四级） 1.0 级等速 1.74
4.6堆载案
根据工程质条件填场用途同堆载填区三类：承载填区、控制填区、般填区承载填区作建筑物、构筑物承载基填T1-2区控制填区作施工现场区域、施工临建区及设备材料堆场填需进行基处理T2-1-2T3-2属于该区般填区备用场填主要须进行基处理区域
堆载均采用山石料填填料级配要求良粗石料块体尺寸500mm且超每层铺设厚度2/3石料500mm块石体积含量于20%填要散布置T1-2承载填区压实系数0.92～0.95T2-1-2T3-2控制填区压实系数0.9～0.92
基处理区采用塑料排水板堆载预压处理软土基堆载高度按8.5m考虑（其包括填厚度7m基沉降1.5m）四级加荷加载厚度别2.5m、2.5m、2.5m1m加载历程见图2施工加载计划每级间间差均满足土石挖施工进度要求第级堆载厚度包括0.8m碎石滤水垫层便于施工操作每级2层填每层填高度能太约1~1.5m第级全部填完才始填筑第二级两级间同固定区域填间差应于4~5月填厚度较区域级填高度须根据场自标高要求厂平标高且考虑填沉降找平设计需要确定级填荷载高度仍受2.5m限制级间隔间需满足
图2 加载间历程

属于承载填区T1-2区顶部1.5m范围距建筑物周边1m内粒径超100mm石块；距建筑物5m内粗石料填层每层铺筑厚度0.75m并超500mm粒径石块除
5基处理施工要求
填施工程应符合列要求：
鱼、虾塘内水应提前排干并清除表面淤泥杂物稳定山坡填应清除基底植
填施工应接近水平层填压实检验其压实系数压实范围符合设计要求才能进行层填筑
按滩涂场自坡度各施工区单元进行场整平按10m×10m格网验收整平加固区内面高差±20cm内整平材料碎石
碎石垫层含泥量于3%渗透系数于1×10-2cm/s于塑料排水板要求竖向排通量＞40×10-6m2/s排水板滤膜要求采用或丝纺布渗透系数＞2×10-2cm/s效孔径＜0.006mm采用自粘胶自包装
0.8m厚碎石垫层须采用颗粒级配良且粒径≤50mm碎石或卵石
填前应填基底已完隐蔽工程进行检查间验收并作记录层密实度经检验合格进行层施工
合适材料禁止用于堆载填包括：泥炭、木材、机物及易腐烂材料；易自燃材料；液限超80及塑性指数超55粘土、泥浆；含水量于规范种材料允许值材料
恶劣气条件影响填质量应止填施工单位安排临排水系统或沟坑都应工作完除
工程填压实前施工单位应选取代表性区根据往工程经验选取应施工机械经级配试验确定级配填料层厚、含水量、碾压遍数、碾压速度等作参数进行试验找符合设计要求合理参数
6现场试验监测
确保排水固结软弱基处理达预期效监测施工程基变形固结情况及控制加载速率进程防止基剪切破坏滑保证施工安全及施工质量必须现场基变形、固结、强度增等进行现场监测与析并今设计面建筑物提供必要基参数满足设计要求
现场试验监测主要内容：
? 基底沉降：采用沉降板接双套管? 按四等水准测量标? 准进行测量约每10000m2布置1沉降板
? 基孔隙水压力：采用钻孔预埋钢弦式孔隙水压力计并用频率仪测量约每20000m2布置1组孔隙水压力测点? 每组沿深度布置? 监测采用塑料排水板处理基超静孔隙水压力消散及基固结情况
? 基层压缩变形：采用预埋层沉降测管及磁性环? 用电磁式沉降仪进行观测约每30000m2布置1层沉降测孔? 解各土层变形与固结情况
? 基侧向位移监测：采用预埋测斜管? 用测斜仪进行测量处理区外布置侧向位移测孔同? 监测填石料海堤影响
? 现场十字板及取土试验：采用预埋十字板孔用现场十字板剪切? 仪进行测试约每30000m2布置1组十字板试验预留孔沿深度每隔约1.0m剪切? 试验
? 现场载荷板试验：载荷板面积2m2? 约每30000m2布置1点现场载荷板试验? 检测填基础承载力
根据现场试验监测内容提相应控制标准：
a) 排水碎石垫层设置沉降观测点沉降速率Smax值控制标b) 准：[Smax] ≤10mm/d；
c) 距离堆载坡脚外1m处设置边桩侧向水平位移速率Mmax值控制标d) 准：[Mmax] ≤4mm/d；
e) 基同f) 深度处埋设孔隙水压力计超静孔隙水压力系数Af值控制标g) 准：[Af] ≤0.6；
h) 其监测项目控制标i) 准：数值j) 现急剧变化
施工期间若述控制标准项标准未达要求应立即停止填筑
7结论及建议
根据类似工程监测经验经塑料排水板堆载预压处理明显改善软土层排水固结程使整工程顺利进行填层荷载作用基土超静孔隙水压力断消散基土承载力断提高软弱土层影响深度主要与覆荷载及排水板处理深度关层沉降、孔隙水压力及水平位移测试看主要影响深度排水板处理深度范围内排水板层影响则较土物理力指标淤泥变粘土
场内基土经排水固结处理两施工期内主固结沉降完或接近完由于软土基固结特征比较明显固结变形期建议所软土基建筑物均应按规定设置永久沉降观测点定期观测根据建筑物变形情况推算建筑物固结变形发展规律防止建筑物现险情
三门核电站本作安全、经济原则采用排水固结基进行处理既节省投资满足施工工期紧迫要求塑料排水板施工便快速缺乏砂源区相价格便宜且施工工艺熟效显著广泛应用三门核电站排水固结基处理案经专家组评审专家充肯定认该案较突考虑案行性、经济性施工行性：根据工程质条件及场使用要求区基本合理；技术靠经济合理；填要求行面积挖填发挥良作用
参考文献
《基处理手册》（第二版）建筑工业版社20008月；
《工程质手册》（第三版）建筑工业版社19922月；
钱家欢《土力》河海版社19884月；
刘松玉《公路基处理》东南版社20011月
殷宗泽、龚晓南《基处理工程实例》水利水电版社20007月