竖向排水体法处理软土地基及沉降影响因素分析

2010-08-15湖北宜昌三峡职业技术学院李海涛

河南科技 2010年12期

关键词：砂井硬壳排水板

湖北宜昌三峡职业技术学院李海涛

湖北宜昌三峡职业技术学院李海涛

地基处理的历史可追溯到古代,许多现代的地基处理技术都可在古代找到它的雏形。根据历史记载,早在两千年前就己采用了软土中夯入碎石等压密土层的夯实法;灰土和三合土的换土垫层法也是我国传统的建筑技术之一。

软土路基竖向排水法沉降分析

一、软基处理方法的国内的发展概况[1][2]

我国建国五十年来,在软土地基处理方面也做过大量工作,国际上一些新技术在我国得到了应用,并积累了较多的经验。就近年来召开的全国性专业会议有:1979年铁道部召开了强夯加固会议,1980年建工部召开了桩基及软土地基加固会议,交通部于1980年及1981年召开了以软土基处理为中心的专门学术讨论会,第一、二、三届地基处理学术讨论会分别于1986年、1989年、1992年在上海宝钢、山东烟台、河北秦皇岛召开,全国土工织物情报网分别在天津〔1986〕、沈阳(1986),仪征(1992)、上海(1996)、南京(2000)召开了五次学术讨论会议等。在历次会议上,均把软土地基处理作为主要议题,这在经济飞速发展的今天,必将带来更多新的课题。

二、竖向排水体法处理软土地基及沉降影响因素分析

1.竖向排水体法(VerticalDrains)简介

1926年Moran获得砂井专利,1934年美国第一次用砂井排水法加固了公路软土路基[3]。仅几年后, 1937年第一次使用了排水板,但所用的纸板透水性差,耐久性差[4]。20世纪60年代末发明了袋装砂井,得到广泛应用;同时板式排水体的材料得到不断改进,外包聚合物滤膜塑料板芯的塑料排水板与砂井相比具有多种优点,在工程中的应用也越来越广。

2.不同加载方式的比较分析

(1)堆载预压法加固机理。施加在软基上的外荷载开始全部由孔隙水压力承担,有效应力不变,在土体内与边界上孔隙水压力u(势)不平衡作用下,孔隙水向排水边界渗流,随着时间的推移,孔隙水压力全部转化为有效应力。

(2)真空预压法加固机理[5]。真空压力作用于砂垫层和排水板内孔隙流体,在短时间内砂垫层和排水板内的孔隙水压力迅速降低,由于土的渗透系数小,土体在抽真空初始仍保持抽气前孔隙水压力分布状态,这样土体内与作为边界的排水板和砂垫层间形成孔压差,孔隙水在压差的作用下渗流排出并使u(势)降低, u(势)的不平衡逐渐由近及远地向距离较远的波及。根据太沙基有效应力原理,总应力不变的情况下,孔压的降低即为有效应力的增加,从而使土体固结压密,直到土体内与边界上的u(势)达到新的平衡为止。

3.影响沉降的主要因素

根据塑料板排水预压加固软基的工程实践,沉降计算值和实测值往往有一定的差别,主要有以下几个方面的原因:

(1)体应力路径和应力历史的影响。软土地基通常由各种土层组成,其中一些土层可能处于超固结或欠固结状态,土体的应力历史不仅对地基沉降量产生影响,也影响土体的固结特性。如欠固结土,由于先期固结应力小于现在的自重应力,即在自重应力作用下尚未完全固结,当地基上没有外荷载时,土中有效应力也在增加,直到有效应力增大到自重应力时,土体才完全固结。

(2)侧向变形的影响。软土变形中不仅包含弹性变形,也有塑性变形。塑料板排水堆载预压过程中,随加载的进行,向场地外的挤出变形逐渐增大;而塑料板排水真空及真空一堆载联合预压过程中,往往发生向场地内的收缩变形。地基的沉降不仅是主应力引起的排水固结产生的,还包括土体侧向变形的大小与土的性质、软土层位置、填土高度、加载方式等因素有关。

三、加载方式及加载速率的影响

实际施工中的加载方式变化很大,采用不同的加载方式和加载速率,地基的沉降一时间曲线会有显著的不同.加荷速率较小时,土中孔隙水能充分的排出,有充分的孔压消散和应力传递时间,加荷速率过大,土体不能得到充分固结,地基往往产生较大的塑性变形量,使总沉降量增加。

四、施工扰动引起的损伤对沉降的影响

塑料排水板是由直径约130mm的钢管通过激震力插入到地基中,施工机具的震动、插板扩孔操作会对灵敏度较高的软土地基产生不同程度的扰动,扰动程度与排水板间距、插板方式以及土体性质有关,这种扰动使土体产生了结构损伤,土体的强度降低、压缩性增大、物理力学性质变差,不但使主固结沉降量增大,还会影响到土体的次固结变形,加大工后沉降量。