动静力排水固结法在淤泥质软弱路基治理中的运用.pdf

总654期2023年第24期（8月 下）0 引言动力固结法和静力排水固结法是目前效果较好的两种淤泥质软弱路基处理技术，其中，采用动力固结法对软弱路基进行加固会导致土体孔隙水压力上升，且短时间内无法消除，产生橡胶土，而静排水固结法的加压系统结构复杂，施工周期较长，因此，近几年出现了动静排水固结法。动静力排水固结法结合了动力固结法、静排水固结法的优点，形成更加先进的软弱路基治理技术，其结合了动力固结法中的夯击机以及静排水固结法中的排水体系，处理质量好、投资低、工期短，适合淤泥土处理。该施工技术方案的基本思路为：利用静排水固结法中的排水系统，即挖设盲沟、在盲沟结合处设置集水井，以提高排水效率，在路基表面铺设相关规范规定厚度的砂垫层，并设有垂直排水系统，如插孔式排水板等。另外，在合理的静态荷载、动态荷载和动态剩余力的作用下，软黏土的孔隙水压梯度较大，导致了孔压的多次下降，随着孔隙水的持续释放，土壤中的有效应力增大，孔隙容积变小，抗剪强度增大，通过对地基进行超固结处理，使其完工后的沉降明显减小，从而实现了对软弱地基的加固目的。1 工程概况某高速公路项目路线范围内有大量的鱼塘、湖泊和河流，部分路段淤泥质软土较深。此类工程软弱地基处理区域的地质状况较差，且地下水位较高。该软基处理工程在雨季进行，由于场地条件复杂，施工困难。根据设计要求，为确保工程质量和进度，需将软弱路基治理技术与实地监测技术相结合，对路基治理工程进行实时数据监测，同时动态调整并确定施工参数，优化设计，以达到提升软基施工质量的效果。2 软弱路基处理方案2.1 动力固结工序2.1.1 夯点布置与夯击遍数根据以往施工经验，公路工程项目软弱路基加固治理，宜采取“少击多遍”的低能夯击方法。1）本项目需进行4遍夯击，第1、2、3遍为点夯，按5.5 m间隔排列，夯击过程应控制好点位，促使夯击点分布均匀；第4遍为普夯，采用0.75倍的夯锤直径，密集布点进行搭接夯击。2）根据监测结果，每次夯击的数量取决于场地的变形及孔隙水压，夯击时间间隔根据夯击后的路基土体超静孔隙水压合理控制，以孔隙水压全部或大部分消失为准。2.1.2 夯锤及夯击能该项目所用的夯实锤为圆平锤，其重量为150 kg，直径2.4 m，高75 cm，具有多个通气孔，通气孔的横断面面积占锤体总体积的2.5%。由于软黏土具有低渗透性和低强度的特点，在初始阶段采用少量的夯击能，以增加浅层的排水固结强度，也能起到初步稳定土体结构的目的，则后续夯实应分层提高夯击能，将动能逐步由浅层转移到深层。据此，第1、2次点夯时的夯击能达到900 kNm，第3收稿日期：2023-06-11作者简介：甄浩明（1985），男，河北新乐人，工程师，从事公路桥梁施工工作。动静力排水固结法在淤泥质软弱路基治理中的运用甄浩明（石家庄市公路桥梁建设集团有限公司，河北 石家庄 050051）摘要：首先，主要对动静力排水固结方案在淤泥质软弱路基治理中的运用进行研究。然后以某高速公路线路范围内淤泥质地基处理为案例，分析了用动静排水固结加固技术及处理淤泥质软土路基的基本思路及施工技术要点。最后通过土体的孔隙水压力、土体分层沉降、荷载测试等检测手段，对土体的加固效果进行了监测和验证。工程实践证明：采用“少击多遍”的动态低能耗强夯方式，配合填土预压法、安装竖向塑料排水板等静力措施，对淤泥质软弱路基进行加固处理，实际应用成效显著，工后路基各质量指标都有明显改善，达到或高于既定的路基质量要求。关键词：公路路基；排水固结；淤泥质地基；塑料排水板中图分类号：U416.1文献标识码：B38交通世界TRANSPOWORLD次点夯击能控制在1 200 kNm，而普夯则是600 kNm。2.1.3 收锤标准夯击收锤的基本准则是保证在夯击能的作用下，地基土仍保持致密，而不会对其结构造成破坏。具体的规定是：1）夯实现场整体结构稳定，在夯坑周围没有明显的凸起。2）夯实能应逐步提升，不得使夯坑周围的土壤出现过度的横向变形。3）夯实阶段的沉降是逐步减小的过程，后一击沉降量应小于前一击的沉降量，否则会破坏土层结构。2.2 排水系统2.2.1 水平排水系统水平排水系统主要有盲沟、砂垫层、集水井三种。其中，砂垫层厚 1.0 m，主要构成为瓜米石、中粗砂。盲沟宽0.4 m，底部为1%的下泄斜率，盲沟过滤材料是由35 cm合理级配的砂砾构成，用透水无纺土工布全部包住。盲沟纵向间隔设置集水井，该集水井的外径为490 mm，纵向为12根16 mm的钢筋组成，横向的箍筋组合形成外径490 mm的滤水笼，外部包覆4.7 mm的铁丝网，笼外过滤材料采用碎石，集水井底部采用无纺布透水土工布完全包住。确保盲沟、集水井之间的顺畅连通，其底部必须比周边的盲沟更深，以达到集水的效果，在施工全过程及交付初期需适时抽水，保证水深不超过60 cm。2.2.2 竖向排水系统竖向排水采用插片式塑料排水板，排水板间隔1.4 m，呈方形排列设置，埋设的平均深度为12.0 m，底部到软土的下卧层不得低于0.5 m，而上部需高于砂垫层20 cm。插板式排水板安装时，布点位置的偏差应在50 mm左右，板条的垂直偏差不得大于板长1.5%，插入的排水板条均必须完好，质量完全达标。3 软土地基加固效果检测该工程软弱路基处理时，实地测量了道路沿线的路基土体孔隙水压、土压力、分层沉降，同时监测十字板剪切、静力触探等相关技术参数，完成分项工程后对软土地基的土荷载能力进行试验监测。主要监测工作内容包括：15组钻孔压力监控，每个小组100点；1组分层沉降观察，每组100点；15组土壤压力检测，每组50个。在施工过程中，土体的孔隙水压力、分层沉降每日进行，20 d以后每2 d进行一次监测。在土压作用下2 d一次监控测量，完工20 d之后每4 d一次监测。在施工前、施工中和施工后，分别进行静力触探、十字板剪切试验，每孔各3次，布孔均相同，共布置66个孔，每个孔深度11 m；上述5类试验点，均采用集中设置的方式，以沉降点为中心，每个点之间的间隔不大于1 m。3.1 孔隙水压力监测结果孔隙水压消散是监控软土地基施工质量、加固效果及深度的有效手段，对地基夯击加固技术参数设置具有十分重要的意义。通过现场测量数据，发现每一次夯实击打均按照少击多遍原则，设置排水设施，如地下排水板等，单次夯击后，超孔隙水压快速消退，第1次、第2次、第3次点夯后对应的超孔隙水压力的消退率分别为62%，73%，71%，这充分表明了排水系统布置的合理性、有效性。最大孔隙水压力增量为27 kPa，第二次点夯后，因孔隙水压力的增加幅度较小，故每次点夯时，均未产生显著的结构性破坏，且土体强度有所提高，表明了每一次夯击能分布的合理性。此外，在完全夯实完后的一定时期内，孔隙水压力继续消失。例如，满夯完成一个月后，孔压达到22 kPa，低于最初的32 kPa，这表明动静排水固结法的动态剩余力，对软弱地基的排水固结有很大的帮助，也是该施工方法的显著特点和优势。3.2 土压力监测结果通过监测结果进行分析，每一次点夯后，土壤压力都会增加，而深层的增幅大于浅层，最大的土压增量在第二次夯实后，在埋深3.5 m、5.0 m处，土壤压力分别增加66 kPa、36 kPa，这与孔隙水压力的变化趋势相近，说明冲击载荷对软土的土压力有明显的促进作用。冲击夯实后，由于剩余动能的持续存在，形成了一个良好的压强环境，在快速排水系统的作用下，孔隙水压力快速消退，土体形成固结沉降，静力覆盖土层约束减弱。故完成夯击作业数日后，路基土体孔隙水压力快速降低，逐步回到夯击前的水平。3.3 沉降观测结果软弱路基土体的沉降率随孔隙水压力的增大而增大，其稳定性也是影响地基加固效果的一个重要指标。在夯击能作用下，地基沉降曲线呈现逐级增大。其原因在于单次夯击后，超孔隙水压快速消退，土体固结程度及沉降逐渐稳定，如继续夯击，土体孔隙水不断排出，土体沉降进一步加剧，其稳定时间与图2中的孔压消失时间相一致。满夯完成后，该路段地表沉降量分别为780 mm和1 040 mm，随时间推移沉降最终的稳定值为890 mm和1 150 mm，这些情况表明，在完全夯击后，持续的动力剩余力可以促进软土的排水固结，因为存在动力残留，导致土体固结量分别达到地表沉降总量的 12.4%和9.7%。39总654期2023年第24期（8月 下）3.4 十字板剪切试验结果通过十字板剪力试验法分析软弱路基的抗剪强度。通过对比施工前、夯击中和夯击后的地基抗剪承载力数据，确定了淤泥的加固效果。通过对试验数据的分析，发现在夯击作用下，粉煤灰层的剪切强度增加了2.56.2倍，其敏感性也随之下降。3.5 静力触探试验结果在软弱路基施工前后进行静力触探试验，试验结果显示，路基土体淤泥层得到加固，加固深度超过8.8 m，该深度范围内的淤泥层阻力增加2.55倍。3.6 地基土载荷试验结果通过对地基土层的加载测试，发现软弱路基的承载能力在120 kPa以上，超出了设计规范。结果表明：路基软弱段地基的密实度、均匀性，均有很大提高，可达到预震效果，并能有效提高抗震性能。3.7 加固前后淤泥土物理力学指标对比该工程软土路基加固效果通过如表2所示，加固前后的路基淤泥层土体物理力学指标对比如表3所示。表2 软基加固效果统计表软弱路基检测范围第一处检测点第二处检测点淤泥土层强度提升（平均倍数）端阻力2.505.10（3.50）侧阻力1.304.10（2.30）抗剪切强度2.5012.10（5.10）冲填土端的阻力提升（倍数）3.5014.10（9.10）最大沉降/mm820.0960.0承载力代表值/kPa120.0180.0表3 加固前后淤泥物理力学指标对比表检测项目施工前施工后含水率（%）区间45.70114.1045.1075.80平均值75.1057.20孔隙比（%）区间1.502.971.101.84平均值2.101.50压缩指数/MPa区间1.505.100.802.30平均值2.4201.320压缩模量/MPa区间0.701.901.302.50平均值1.462.044 结论综上所述，通过分析该公路工程沿线段淤泥质地基处理的加固检测结果，得到如下结论：1）采用动静态排水固结法，其整体加固效果良好，路基土体的剪切强度、侧阻力、平均端阻力分别提高5.2倍、2.4倍、3.6倍，加固后的土体承载力特征值分别达到120 kPa、180 kPa，达到或超出施工设计要求的路基质量指标。试验检测结果表明：在短期内，软弱路基土体物理力学性能指标均有显著改善；加固处理前后，淤泥层的孔隙比降低 29.9%、含水率降低23.7%，压缩系数降低45.4%；而压缩模量、土体重度分别增加41.3%、11.4%。2）对路基较深淤泥层地基进行静动力排水固结处理，按照“少击多遍，分层加固”的原则，配合适宜的竖向、横向排水系统，对深层淤泥地基进行有效治理。实践证实，只要掌握其施工技术要点，即使在雨季施工环境，也能取得较好的施工效果。3）深部土壤孔隙水压力的消退较慢，需等待一段时间，因此，在软弱路基加固处理时需要合理安排每一次的夯击时间以及夯击间隔时间，以有效保证路基土体排水固结效果，确保土体结构强度得到有效提升。4）综合运用路基淤泥层加固治理方法及施工现场监测技术，按照施工现场监测数据确定施工参数，调整施工流程，以确保施工质量。参考文献：1 吕良，尹梅英.探究动静力排水固结法在淤泥质地基工程中的应用J.中华民居（下旬刊），2014（5）：186.2 张丽娟，李彰明.动静力排水固结法加固淤泥地基的技术及效果J.沈阳建筑大学学报（自然科学版），2011，27（5）：898-903.3 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