塑料排水板固结法在加固海堤基础工程中的应用.pdf
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1、水利建设与管理 2 0 1 1 年第 3期 江伟安 ( 宁波市三江河道管理局 3 1 5 1 0 9 ) 【 摘要】 宁波市七姓涂围涂工程根据海堤基础的地质条件, 通过基础处理方案的比选, 采用塑料排水板固结法。 通 过制定合理的堆载计划, 塑料排水板固结法有效地解决了固结和沉降问题, 同时确保了海堤抗滑稳定。实践证明: 该 方法处理深厚软土地基经济合理, 并能有效控制工后沉降。 【 关键词】 软土地基塑料排水板固结法 固结沉降 1 工 程概况 宁波市七姓涂 围涂工程位 于北仑 区梅 山乡南部海 域的象山港 口门区 ,地理坐标为 :东经 1 2 1 o 5 8 5 6 ” , 北 纬 2 9
2、4 7 5 3 ” ;围 涂 总 面 积 约 9 0 4 h m 2 ,堤 线 总 长 约 1 0 5 0 3 m, 其 中 , 西 大 堤堤 顶 高程 5 9 m, 堤 顶路 面 高程 5 3 m, 南大堤顶高程 7 6 m, 堤顶路面高程 6 8 m。工程区 历史最 高潮位 4 3 3 m ( 1 9 9 7年 ) ,多年平 均最 高潮位 3 2 2 m; 多年平 均高 潮位 2 3 9 m; 多 年平均潮 位 0 6 8 m; 多年平均低潮位 一 1 2 0 m; 多年平均 潮差 2 9 3 m; 汛期平 均潮差 3 0 4 m; 非汛期平均潮差 2 8 2 m 。堤基处理需水 上施工
3、, 风浪条件较为恶劣 , 属候潮施工项 目。 2 工程地质条件 经地质勘察, 海堤基础土层 大致可分为 3 个地质层 、 六个亚层 , 三个土层均为高含水量 、 高压缩性 、 低强度 的 软土 , 物理力学性质差 , 是边坡稳定及堤坝压缩变形的控 制层。各层土的详细物理力学性质指标详见表 1 。 表 1 土 层 的 物 理 力 学 性 质 指 标 层顶标高 土层厚度 天然含水量 重度 1 , 土层编号 土层名称 孔隙比 e 塑性指数 , p 液性指数 厶 土粒 比重 G ( m 1 ( m) ( ) ( k N m ) 一 淤泥质粉质粘土 - 0 3 1 - 3 0 4 2 1 6 8 4 6
4、 9 t l 7 6 1 2 8 1 1 4 1 1 8 2 7 3 淤泥质粉质粘土 - 8 4 5 - 2 6 6 5 8 1 4 9 4 3 2 1 7 8 1 1 8 9 1 4 3 1 5 3 2 7 3 - 淤泥质粘土 - 2 1 8 3 1 4 0 5 0 0 - 5 0 4 6 1 1 7 6 1 2 6 8 1 7 4 1 _ 2 7 2 7 3 淤泥质粉质粘土 一 l 9 7 4 一 l 1 1 8 0 0 2 5 5 3 8 8 1 8 1 1 0 9 1 1 4 2 1 2 3 2 7 2 一 粉抽粘土 一 2 4 7 3 一 l 5 5 l 0 0 - 6 0 3 0
5、4 1 9 1 0 8 5 8 l 3 1 0 8 7 2 7 2 粘 土 - 2 5 8 3 - - 2 5 0 8 0 0 - 8 9 4 2 2 1 7 7 1 2 1 2 1 8 5 O 9 5 2 7 5 3 问题的提出 根据工程地质勘探报告 , 该工程海堤全线建在深厚 的软土地基上 , 此种软土地基含水量高 、 空隙比大 、 抗剪 强度低 , 但海堤堤身较高 , 在荷载作用下 , 将产生很大的 沉降 , 而且固结时 间较长; 又 由于软土的强度低 , 远远不 能满足承载力和稳定的要求 , 必须进行基础处理。 基础处 理 占整个工程投资的比例较大 ,也是影响施工工期的关 键因素 ;
6、地基处理方案的好坏 , 不仅影响工程造价 , 而且 对海堤施工期及运行期的安全产生极大的影响 ,因此安 全可靠 、 经济合理 、 施工方便的基础处理方案十分重要。 江伟安, 塑料排 水板 固结 法在加 固海堤基础工程 中的应用 4 5 4 基础处 理方案 比选 目前海堤基础 处理 的主要方 法有塑料排 水板 固结 法 、 镇压层法 、 爆 炸挤 淤置换法 、 振 冲碎石桩法 、 搅拌桩 法 、 土工织物加筋法 , 以及在围涂工程 中正在尝试应用 的薄壁筒桩法【 - 】 等 。由于该工程堤身较高 , 地 基透水性 差 , 搅拌桩成本较高 , 根据工 程区地形地质条件 及建筑 材料情况 ,按 同等
7、稳 定安全 系数对 塑料排水板 固结 法 ( 方案一 ) 、 爆炸挤淤置换法( 方案二 ) 、 振 冲碎石桩法( 方 案三 ) 、 碎石垫层加筋法( 方案四) 进行技术经济 比较 。 表 2 为不同地基处理方法 的优缺点比较 ,表 3 为不 同地基 处理方法 的工程造价及采 用不 同方法施 工后主坝沉 降 量比较 。 表 2 方 案 优 缺 点 地基处理方法 优 点 缺 点 ( 1 ) 石方用量少 , 施工对环境影响较小 ; ( 2 ) 对地基土扰动小 ; ( 3 ) 计算理论成熟, 施工经验丰富; 塑料排水板固结法 ( 1 ) 施工程序多, 须根据地基强度和沉降变化情况控制加荷速率; ( 4
8、 ) 施工期沉降大 , 工后沉降小 , 可有效减少 由于工 后不均匀沉降导致的工程破坏 ; ( 5 ) 投资省 ( 1 ) 工后沉降量小 ; ( 1 ) 石方用量大 ; 爆炸挤淤置换法 ( 2 ) 施 工程序少 , 受风 浪潮汐影响小 ; ( 2) 施 工技术要求 高 ; ( 3 ) 投资比塑料插板法大; ( 3 ) 施工加 荷速率相对较 快 ( 4) 地 基扰 动大 ,对环境影 响大 ( 1 ) 施工 比较 简单 ; ( 1 ) 海 上候潮 施工难 度较 大 ; 振 冲碎石桩法 ( 2) 施工要求 高, 施工专业性较强 ; ( 2 ) 海堤可采用直立式海堤 , 有利 于建造 ll缶时码头 (
9、 3 ) 造价较 高 ( 1 ) 石方用量较少 , 施工对环境影响较小 ; ( 1 ) 工后沉 降较大 ; 碎石垫层加筋法 ( 2 ) 对地基土扰动小 ( 2 ) 施工加荷速率较排水板法慢, 工程投资较塑料排水板法大 表 3 沉 降 及 造 价 项 目 方 案一 方 案二 方 案三 方 案 四 主坝工期最 大沉降量( m) 2 0 1 5 0 4 6 0 O 6 2 0 8 5 5 主坝工后最大沉 降量( m) 0 1 8 O 1 4 0 1 5 1 3 4 O 总沉 降量 ( m) 2 1 9 5 O 6 0 2 1 2 2 1 9 5 每延米工程造价( 元) 4 3 8 2 9 4 4 5
10、 2 1 5 9 6 1 8 4 4 1 2 6 对 比发现 , 塑料排水板 固结法质量可靠 、 施工方便 、 工效高 、 工程费用低 、 对土的扰动小 、 可用轻型机械 , 在 围 垦工程中应用广泛 ,且该地 区已培养了多支具有丰富经 验的施工队伍。 因此 , 此次设计采用插打塑料排水板进行 地基处理 , 同时进行抛石填筑及采用土工膜技术 , 以保证 施工效果及工期要求 。 5 软基处理及施工方案 5 1 塑料排水板加固原理I2 塑料排水板对海堤地基加固处理作用机理是通过在 软基表面施加附加应力 , 经施工期的预压后 , 使被加 固土 体 中的孔隙水排 出, 有效应力增加 , 土中孔隙体积减
11、小 , 密实度加大 , 在施工期完成工程的大部分沉降量 , 使工后 沉降量降到最低数值 ,同时土体强度和地基承载力均得 到提高。 沉降按分层 总 和法 计算【 3 , 计算 土层 深度 至 5层粉 质粘土。计 算公式 为 S = , n = ( 一 e a ) , ( 1 + e l f ) 式中 s 一由固结而产和的地基最终沉降量 ; e l r一 各分层中点在 自 重应力作用下的相应孔隙比; e 一 该点在 自重应力和 附加应力共 同作用下的 相应孔隙比; 广玢 层的厚度 ; 巩考虑地基 侧变形 产生 的地基 沉降经 验系 数 , 取 1 6 ( 取 1 6时经验系数法与公式法计算结果较为
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