井点降水联合强夯法在某工程软基处理试验区的应用

1、.井点降水联合强夯法在某工程软基处理试验区的应用2010年8月第8期总第444期水运工程Port&WaterwayEngineeringAug.2010No.8SerialNo.444井点降水联合强夯法在某工程软基处理试验区的应用李(1.中交四航工程研究院有限公司,广东广州510230;军,谭锦荣2.中交第四航务工程局有限公司,广东广州510231)摘要:井点降水联合强夯法加固软土地基在广州港南沙港区某工程软基处理试验区成功应用.实践表明:该方法能够有效地降低地下水位,提高地基承载力,拓展了传统强夯法的适用范围,使其可用于加固高地下水位条件下饱和淤泥质黏土地基.与传统的排水固结

2、法相比,该方法可有效缩短工期,并且造价较低,具有广泛的推广应用价值.关键词:井点降水;强夯;试验区;监测;检测中图分类号:TU477文献标志码:A文章编号:10024972(2010)08叭1906Applicationofwell-pointdewateringcombinedwithdynamiccompactioninatestareaLIJnn,TANJinrong(1.EngineeringTechnologyResearchCo.,Ltd.,ofCCCCFourchHarborEngineeringCo.,Ltd.,GuangzhouChina,510230;2.CCCCFourc

3、hHarborEngineeringCo.,Ltd.,Guangzhou510231,China)Abstract:ThesuccessfulapplicationofwellpointdewateringcombinedwithdynamiccompactionmethodinthetestareaofaprojectinNanshaharborofGuangzhouindicatedthatbythismethod,wecanlowertheundergroundwaterleverandimprovethebearingcapacityefficiently.Thetestresuhsp

4、rovedthatthedynamiccompactioncouldbeappliedtothestratumofsaturatedmuckyclaywithhighwaterlevelbydewateringwithwellpoint.Comparedwiththetraditionaldrainageconsolidationmethod,thenewtechnologycanshortentheconstructionperiodandreducetheengineeringcost,andcanbewidelyusedinsimilarprojects.Keywords:wellpoi

5、ntdewatering;dynamiccompaction;testarea;monitoring;checkandmeasure1工程概况广州港南沙港区粮食及通用码头工程位于龙穴岛广州港南沙港区,北与中船造船基地相接,南与广州港南沙港区相邻,东临珠江,西侧为后方陆地.软基处理试验区位于通用码头后方45m,距离中船基地东南角约180m以内范围,面积为2.25万m.根据地质勘探资料揭示,软基处理工程试验区的处理范围表层大部分为淤泥土,淤泥层间夹较多薄砂层或砂层.表层有12m厚的中船基地弃土,含砂量较高,其下为陆域吹填的以砂性土为主的疏浚土,土层厚度约810m,疏浚土为加固后的淤泥混砂,淤泥等,

6、下为原沉积淤泥土层,软弱土层总厚度约201'11,须加固后方可使用.各土层主要物理力学指标见表1.试验区地基处理要求如下:设计荷载,场地地面使用荷载按60kPa考虑;残余沉降,地基处理后主固结残余沉降要求30cm;地基承载力,交工面以下1m处的地基容许承载力不小于130kPa;地基土强度,加固后地基土强度由静力触探试验确定,要求比贯人阻力不小于600kPa.由于表层为丁程弃土,土质不均,故设计考虑采用深收稿日期:20100515作者简介:李军(1972一)男,硕士,高级工程师,从事地基处理技术研究.120.水运.Y-程2010年井井点降水+强夯法试验方案进行软基处理加固.2深井井点降水

7、+强夯法工法简介深井井点降水+强夯法是将井点降水和强夯动力夯实两种工法的有机结合,即在对软土地基进行处理的过程中,井点降水能够降低地下水位,为强夯击密创造条件;强夯应力波能够产生超孔隙水压力,进而增大孔隙水的压力差,促使孔隙水从压力较高处流(渗)向压力较低处,同时强夯产生的许多微裂纹,提高土体渗透性,加速超孔隙水压力消散,即加快土体固结的过程.深井井点降水+强夯法的成功应用使强夯法使用范围进一步扩大,可快速在地基表层形成承载力较大的"硬壳层",与其它传统工法相比具有工期短的特点.3试验方案及工艺设计试验方案设计主要包括排水系统,止水帷幕和降水,动力夯实3部分,排水系统主要包

8、括砂垫层,塑料排水板和降水井点,止水帷幕是通过黏土密封墙实现的,强夯采用"低能,少击,多遍"的原则.工艺流程如图1所示.主要工序设计及工艺要点如下:1)排水系统.图1工艺流程主要工序分为铺设砂垫层和扩设塑料排水板.砂垫层厚度0.8m,采用含泥量不大于5%的中粗砂;排水板选用SPBB型塑料排水板,间距1.1m,正方形布置,根据地层条件,排水板打设深度20.5H1.2)止水帷幕及井点降水.由于疏浚淤泥中含有较多薄砂层或砂层,为封闭周边水源,保证地下水位有一定降深,以便顺利进行强夯,本试验区工程在加固区周边采用泥浆搅拌桩止水幕墙进行密封,泥浆搅拌桩采用双排桩形式,单桩直径700m

9、m,两桩彼此搭接20em,桩中心距50cm.搅拌桩以穿透透水层进入其下不透水层0.5m为准,平均桩长约8.0m.如图2所示.图2试验区平面深井井点降水系统的井点按正方形布置,点距30m,降水井井底深度以穿透吹填土层进入原地基土体3.01TI控制.深层井点在插设塑料排水板完成的区域埋设.降水井埋设主要工序:成孔,下井管,砾料围填,孑L口封闭,洗井,抽水.成孑L可采用泥浆护壁法.降水井开孔和终孔直径660mm,井底高程一7.00HI.井管直径300/1/1,过滤管总长7/'/'/,过滤管以下为沉淀管.每口降水井配备一台QX系第8期李军,谭锦荣:井点降水联合强夯法在某工程软基处理试验

10、区的应用.121.列三相潜水泵,潜水泵型号QX3240.75.成井施工结束后,在降水井内及时下入潜水泵,安设排水管道及电缆.降水井内安设潜水电泵,采用绳索吊人滤水层部位.潜水电动机,电缆及接头采用可靠的绝缘措施处理,防止漏电,每台泵应配置一个控制开关,主电源线路沿降水井排水管路设置.抽水与排水系统安装完毕后进行试抽水.如图3所示.抽排水井点降水井/堆载图3井点降水联合堆载加固地基剖面经试抽水确认各方面条件具备后,开始正式抽水.降水井抽水时,潜水泵的抽水间隔时间自短至长,降水井的每次抽水后,立即停泵,对于出水量较大的井每天开泵抽水的次数相应增多.施工区内地下水位降深达到5m后可以进行强夯施T,在

11、强夯施工过程中持续进行井点降水.3)强夯.强夯以"低能,少击,多遍"为原则,采用4遍点夯,1遍普夯.每遍点夯夯点间距5m,正方形布置,单击夯击能采用10001500kN?IYI,每点46击,采用跳夯法施工;普夯夯击能采用500800kN?1TI,要求锤印搭接1/4.施工过程中采用现场监测结果确定每遍强夯时间间隔,每遍强夯击密产生的超孔隙水压力消散70%80%后方可进行下一遍强夯.4试验区监测,检测为了了解施工过程中试验区及周围地基土体的沉降,孔隙水,强度变化等有关信息,对施工过程进行了监测与检测.设置的监测项目有:表层沉降,深层分层沉降,孔隙水压力,地下水位,深层水平位移等

12、.施工监测自测量控制点埋设完成开始,至施工结束(2009年3月30日)后半个月左右结束.监测仪器的平面布置如图4所示.加固后采取载荷板试验,静力触探试验,原状土取样及标准贯人试验,室内土工试验及十字板剪切试验监测地基加固效果.2试验区共布设34,-沉降板.3.沉降标长度1.5In,露出地面0.1m.图4试验区监测仪器平面布置tS?122?水运工程2010互5监测,检测结果分析5.1地表沉降1)试验区内的沉降监测分析.试验区内的沉降观测分为塑料排水板施工期,深井降水预压期和深井降水联合强夯处理期3个阶段.第1,2阶段在场地内布设了24个沉降标,通过沉降标的高程测量来观测降水期的表层沉降,第3个阶

13、段由于强夯,沉降标无法保护,则通过砂面高程的测量来进行沉降观测.各阶段试验区地表平均沉降量如图5所示.0020.40.6艘蛙0.811.21.4地基处理不同阶段第第插排水板水预压第1遍强夯24遍g3遍强j遍普夯强强夯夯,L一图5备阶段表层沉降塑料排水板插设期间沉降达0.559m,为施工期沉降量最大阶段,沉降速率22.36mm/d;深井降水预压期的平均总沉降量为0.298m,其中最大沉降量0.388m,最小沉降量0.113m;深井降水联合强夯阶段第1,2遍强夯期间地表沉降速率平均为l4.03mm/d,第3遍强夯开始沉降趋于平缓,平均速率仅为4.13mm/d;施工期总沉降量为1.328m.2)试验

14、区周边的沉降监测分析.试验区周边沉降的如图6所示.由地表沉降曲线可以看出,区外的沉降量均随加固过程逐渐增长;并且随着离边界距离的增加,地表沉降量衰减很快,软基在经过约66d的深井降水联合强夯(4遍点夯,1遍普夯)处理后,距边界15m处的沉降量仅为31mm,影响很小,距边界10m处的沉降量也仅有48mm,而试验区内的沉降量超过了1_3m.可见,深井降水联合强夯施工对周边造成的沉降影响较小.5.2深层分层沉降土体分层沉降典型曲线如图7所示.南图7可以看出,6m深度处的土层沉降量最大,为0.147m,21m深度处的土体沉降量最小,为日期01.2301.3102.0802.1602.2403.0403

15、.1203.2003-28O4-0504-1304-21图6试验区北侧边界外沉降量变化曲线0.037m;地基土体的沉降主要发生在12m深度以上,12m深度以下土体沉降量较小.强夯期土体均会有所回弹,强夯间歇期土体又会快速沉降,表明强夯产生的超孔隙水压力可以在深井井点及水平,竖向排水体的共同作用下快速消散,土体在短时间内产生较大的固结沉降.日期o2.1S02.2503.0703.1703.2704_0604.16图7ZX2不同深度处土体分层沉降曲线5.3孔隙水压力1)试验区内孑L压分析.试验区内孔压监测曲线如图8所示.从上述孔隙水压力监测结果看,孔隙水压力在深井井点降水的作用下有所降低,在强夯期

16、间上升趋势明显,形成超静孑L压,强夯期结束后又逐渐恢复.由强夯期间超孔隙水压力的消散速度可以看出,强夯产生的微裂隙和塑料排水板明显改善了土体的排水条件,强夯击密激发的超空隙水压力消散速度较快.此外,强夯期间16m深度仍可监测到孔隙水压力的增大及消散过程,表明通过降低地下水位,强夯的影响深度可达16m以下.2)试验区周边的孑L压监测分析.试验区周边典型孔隙水压力监测的结果如图9所示.试验区周边孔隙水压力逐渐减小,可以认O00O00O0Ov=菩进器第8期李军,谭锦荣:井点降水联合强夯法在某工程软基处理试验区的应用.123.ullulzUz?U,02-1,02-2703-09U3一l9032U408

17、日期图8试验区孔隙水压力变化曲线为这种孔压消散过程主要是由试验区内降水引起区外地下水位有所下降造成的.另外,在试验区施工前曾进行场地平整,施工范围内采用推土机大面积推填素填土(中船弃土),填土荷载引起软弱地基内的超孔压逐渐消散使得孔压下降.O118O1U2-U702-l7UZ一2703一U03-l903-2040804-l8日期图9试验区周边子L隙水压力变化曲线5.4地下水位1)试验区内水位观测成果分析.试验区地下水位观测自深井降水开始,至工程完工后结束,观测结果如图10所示.水位管(OWZX2)内水位累计最大降深6.102m.区内地下水位在降水期下降明显,中后期因强夯及降雨等原因有所上升.降

18、水45d时,降深达最大值6.102m,之后水位基本稳定在5-6m之间,且每遍强夯施工时,地下水位会突然升高,而后逐步降低.由于抽水时间较长,潜水泵叶轮内残留了大量吸入的沙粒,导致抽水能力降低,从降深曲线可以看到后期水位略有回升.2)区外地下水位观测成果分析.区外的地下水位观测时间与区内的同步,试验区北侧水位变化过程如图11所示.在试验区外(北侧)水位管,离围堰10in,151TI,25m处管内水位变化较西侧明显,累计下降均为0.91.5ITI,离围堰5m处(OW5)水位下降累计3.139m.可见,场区外水位下降远小于区内,泥浆搅拌墙止水效果明显.同时说明试验区内的降水对周边地图1O试验区地下水

19、位变化曲线下水位影响不大;随着离边界距离的增加,施工对区外地下水造成的变化影响减小.图11试验区北侧地下水位变化曲线5.5深层水平位移试验区典型土体深层侧向位移结果如图12所示.图中,朝向区内的位移为正,朝向区外的位移为负.从测斜曲线可以看出,测点经过前两遍的点夯及场内长时间降水后,场地周边附近的侧向位移变化明显减小,主要是因为场地内软土层经过强夯后压实,说明强夯起到了明显效果.3.2.薹.喜.10一0-5-10?152U-25深度/m图12软土深层水平位移变化曲线5.6检测结果1)加固前后取土检验.在试验完成后,分别进行了加固后取土,静力触探,标准贯人,载荷板和十字板剪切试验等内容.根据钻探

20、后取土和室内试验结果显示,加固前后6.0m以上软土层土性指标发生明显的变化,含OOOO0加n塞?124?2010晕水率由51%降低至42%,降幅为17.6%,液陛指数由1.68降至0.65,即加固后土体从流塑状态转换为可塑状态.土体得到明显改善,加固效果良好.2)静力触探试验.图13为试验区加固前,降水后和强夯后的静力触探曲线,从图上明显可以看出:强夯前的降水预压阶段使深部软土得到加强,但对浅层改善不大;强夯后,浅部淤泥层比贯人阻力由加固前195.8kPa提高至400.0kPa,加固深度l2.0m,只增加至600.0kPa以上.120o1o0O8006o04002000.m"乃H图l3静力触探试验曲线3)十字板剪切试验.加固前后十字板剪切试验结果如图14所示,原淤泥层十字板抗剪强度由平均10kPa提高至27kPa,增量为1.7倍,地基土强度得到显着提高.U24681Dl2H/m图14十字板剪切试验结果4)标准贯人试验.淤泥层加固前后标贯击数由加固前12击增加至24击,承载力得到较大提高.5)载荷板试验.载荷板lmlm采用方形板,载荷板曲线如图15所示,其承载力特征值不低于130kPa,完全满足设计要求.6结论通