砂井排水固结法处理软基.doc

砂井排水固结法处理软土地基一、前言云南省地处高原，地形多为山岭重丘，沟谷切割深，地质变化复杂。不多的平地多为山谷盆地及山间洼地，这些地区是地表水常年汇积的地方，因排水差、冲积物多年淤积及耕种等因素影响而形成软土地基。软土地基因内聚力小、抗剪强度低、天然含水量高、可压缩性大等特点而成为公路修建中令人头疼的问题，处理不好，将会严重影响后续的路面基层和面层的施工，产生路面沉陷、裂缝等病害，严重影响和降低公路的使用性能，造成巨大的经济损失。近年来，高速公路的建设在云南省得到了长足的发展。因受地形的限制及高速公路本身高标准的技术要求，它将不可避免地通过软土地区。从而使软土处治成为每条高速公路修建中都会遇到的问题，引起了广大建设者的高度重视。软土处治方法很多，概括地讲，有置换法、强夯法、排水固结法（袋装砂井、塑料排水板）、木桩挤密法、振冲碎石桩、爆扩碎石桩、深层搅拌法等。具体采用哪一种方法，要根据工程实际，结合软土深度、面积大小、当地可用材料、经济适用性等多方面综合比较后，再确定选用方案，以取得最佳使用效果。本文介绍排水固结法处理地基的原理、设计计算、施工工艺，对砂井抗滑稳定性、一般砂井的施工工艺提出改进措施。二、排水固结法概述1、排水固结法的原理饱和软粘土地基在荷载作用下，孔隙中的水被慢慢地排出，孔隙体积慢慢地减小，地基发生固结变形。同时，随着超静水压力逐渐消散，有效应力逐渐提高，地基土的强度逐渐增长。现以图1为例作一说明。当土样的天然固结压力为时，其孔隙比为，在-坐标上其对应的点为A点，当压力增加△，固结终了时变为C点，孔隙比减小△，曲线ABC称为压缩曲线。与此同时，抗剪强度与固结压力成为比例地由A点提高到C点。所以，土体在受压固结时，一方面孔隙比减小产生压缩，一方面抗剪强度也得到提高。如从C点卸除压力△，则土样发生膨胀，图中CEF为卸荷膨胀曲线，如从F点再加压△，土样发生再压缩，沿虚线变化到C，其相应的强度包络线如图下部所示。从再压缩曲线FGCˊ可清楚地看出，固结压力同样从增加△，而孔隙比减小值为△，△比△小得多。如果在建筑场地先加上一个和上部建筑物相同的压力进行预压，使土层固结，然后卸除荷载，再建造建筑物，建筑物所引起的沉降即可大大减小。如果预压的荷载比建筑物荷载大，即超载预压，那效果更好。因经过超载预压，当土层的固结压力大于使用荷载下的固结压力时，原来正常固结粘土层将处于超固结状态，而使土层在使用荷载下的变形大为减小。土层的排水固结效果和它的排水边界条件有关。根据固结理论，粘性土固结所需的时间和排水距离的平方成正比，土层越厚，固结延续的时间越长。为了加速土层的固结，最有效的方法是增加土层的排水途径，缩短排水距离。砂井、塑料排水板等竖向排水体就是为此目的而设置的，如图2所示，这时土层中的孔隙水主要从水平向通过砂井和部分从竖向排出。砂井缩短了排水距离，因而大大加速了地基的固结速率，这一点无论从理论上还是工程实践上都得到了证实。在荷载作用下，土层的固结过程就是孔隙水压力消散和有效应力增加的过程。如地基内某点的总应力为，有效应力为，孔隙水压力为，则三者有以下关系：=-(3—1)用填土等外加荷载对地基进行预压，是通过增加总应力并使孔隙水压力消散来增加有效应力的方法。排水固结法的应用自从我国在50年代起使用普通砂井法处理地基，排水固结法在我国得到了飞速发展。在70年代发展成袋装砂井法，1980年开始应用真空预压法，1981年应用塑料排水带法处理软土地基。由于砂井排水法对软土地基的处理具有质量可靠、施工方便、工效高、工程造价低等优点，从而在我国东南沿海和内陆地区广泛应用。排水固结法的适用条件排水固结法适用于处理厚度较大的饱和软土和冲填土地基，该法是对天然地基或先在地基中设置砂井等竖向排水体，然后利用建筑物本身重量分级逐渐加载，或是在建筑物建造以前，在场地先行加载预压，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。所以排水固结法需要有较长的预压时间和荷载条件及土石方搬运机械。三、设计所需的土工资料在进行排水固结法设计前，应进行详细的勘探和土工试验，以取得必要的设计资料，以下项目的资料应特别加以重视。土层条件。通过适量的钻孔绘制出土层剖面图，采取足够数量的试样以确定土的种类和厚度、土的成层厚度，透水层的位置，地下水位的深度。固结试验。固结压力与孔隙比的关系、固结系数。软粘土层的抗剪强度及沿深度的变化。砂井及砂垫层所用砂料的粒度分布、含泥量。对软粘土，常规的土工试验项目如表1：表1软粘土的常规土工试验项目土的性质试验内容试验方法土的物理性质稠度液限(L)塑限(p)塑性指数(Ip)液限试验塑限试验含水量含水量()饱和度(Sr)含水量试验密度容重(r)孔隙比()容重试验渗透性渗透系数(k)渗透试验土的力学性质压缩固结系数(CV,