排水板对大砂袋围堰下地基加固作用研究

(华南理工大学 广东 广州 510641)

一、研究背景

随着经济的发展，各地对土地资源的需求逐渐增大，围海造陆是扩大土地使用面积的常见方法。围堰的建造是围海造陆工程中重要的一环，随着技术的成熟和研究的深入，围堰的类型从草土围堰发展到水泥砂浆围堰、混凝土围堰，再到近几年兴起的砂袋围堰。砂袋围堰因具有造价低、工期短、整体性强等优点而得到广泛应用。

沿海的海洋软土中淤泥层较厚，软土具有含水量高、孔隙比小、渗透性低等特点，在软土地基上修筑围堰时，容易产生失稳和土体破坏，给工程带来隐患。因此对软土地基进行一定的处理以提高承载力是十分必要的。

排水固结法是较为常见的软土地基加固方式。软土土体通常需要较长时间完成全部的固结沉降，排水板为超静孔隙水压力的消散提供了更短的路径，从而能够加速土体的固结与沉降，提高其抗剪强度。排水板的应用在工程中十分常见。

太仓市浮桥镇中远国际城港区陆域利用长江大堤和围堤围成的封闭区域进行吹填形成，围堤采用袋装砂结构，围堤下软土地基采用塑料排水板加固，筑堰和吹填施工中监测到孔压一直处于安全值范围[1]。

澳大利亚新南威尔士州北海岸港镇巴利纳的试验围堰建筑于高压缩、低渗透的入海口软粘土上，围堰下软土设置了排水板，监测期间地基沉降、孔压以及水平位移均处于正常水平[2]。

黄骅港散货港区航道南侧围堰二期工程A标段地基为淤泥质土质，基础施工包括抛袋装中粗砂、抛填中粗砂垫层、打设塑料排水板、铺设高强土工布和高强土工格栅、抛碎石垫层等环节，最终整个围堰工程施工过程中，基础稳定、安全，质量合格[3]。

二、研究内容与方法

本文通过PLAXIS 2D，采用摩尔-库伦模型，模拟大砂袋围堰在软土地基上的填筑过程，分别对比探讨了：(1)设置排水板与不设置排水板工况下围堰的沉降、软土中超静孔隙水压力的消散；(2)排水板间隔分别为0.5m、1m和2m时对土体固结作用的不同。

图1 沉降量随时间变化曲线图

图2 超静孔隙水压力随时间变化曲线图

三、设置排水板对地基加固的作用

图1为沉降量随时间变化的曲线。由图可知，在未设置排水板的情况下，每加载一级袋装砂，围堰沉降迅速增大。固结阶段，围堰沉降速率较慢，完成全部沉降至少需要1000天。设置排水板后，沉降随时间变化显著，500天左右即可达到沉降稳定。两种情况的最终沉降量均为0.25m。

图2为围堰填筑过程中超静孔隙水压力随时间变化的曲线，每填筑一层砂袋至填筑下一层砂袋期间，超静孔隙水压力都要经历一次先增长、后消散的过程。比较上下图可知，无排水板时超静孔隙水压力增长的峰值大于有排水板的情况。另外，无排水板时，每层砂袋填筑后的固结过程中，超孔压均不能消散到5 kPa以下，围堰填筑完成后，固结基本完成需要1500天。而在设置了排水板的情况下，在每层砂袋填筑后的时长为1天的固结过程中，超静孔隙水压力均能迅速消散到0.25 kPa以下，最终12天即可完成基本固结。

四、排水板间隔对加固地基作用的影响

本文模拟了三种不同排水板间距下砂袋围堰的填筑过程，间距S分别设置为0.5m、1m和2m。由图3可知，在该范围下，排水板间距对沉降速度的影响几乎可以忽略。而从图4可以看出，当间距为0.5m和1m时，超静孔压随时间消散的曲线基本重合，当间距较大为2m时，虽然曲线变化规律与另外两种间距一致，但在围堰填筑和填筑间的固结阶段超静孔隙水压力一直维持在一个较大的值。在S=0.5m和S=1m的工况下，超静孔隙水压基本消散耗时大于15天，而当S=2m时，该过程仅需要10天左右。

图3 排水板间距对沉降速度影响曲线图

图4 排水板间距对超静孔压消散速度影响曲线图

由此可以得出结论，在工程常用的排水板间距范围内，排水板间距对围堰沉降的影响不明显。排水板间距越大，对超静孔隙水压力的消散的加速作用越小。

五、结论

综上所述，可得结论：(1)排水板的设置能够使围堰的沉降在更短的时间内达到稳定值，快速消散超静孔隙水压力，加速软土地基固结；(2)在工程常采用的排水板间距范围内，间距对围堰沉降速率的影响不大，但间距越大，排水板加速超静孔隙水压力消散的作用越小，故在实际工程中，需要控制最大间距以满足一定的排水板打设密度，从而达到良好的排水效果。