塑料排水板超载预压排水固结法在某地基处理工程中的应用

施工技术

CONSTRUCTIONTECHNOLOGY2012年7月上第41卷第368期

塑料排水板超载预压排水固结法在某地基处理工程中的应用朱献文，陈青倩，姜百祥（上海宝冶集团有限公司，上海

200941）

［摘要］介绍了塑料排水板超载预压排水固结法的基本原理，并结合某钢铁公司铁矿石堆场地基处理工程实际，根据堆场区的工程地质特点，采用塑料排水板超载预压排水固结法对其进行加固处理，通过合理安排施工顺序和监测系统，现场监测资料分析证明塑料排水板与超载预压结合起来形成的复合排水固结法效果明显，满足了设计要求。

［关键词］地基处理；软土地基；塑料排水板；超载预压；孔隙水压力；固结度；监测［中图分类号］TU753

［文献标识码］A

［文章编号］1002-8498（2012）13-0036-03

ApplicationofPreloadingDrainageConsolidationMethodwith

OverloadedPlasticDrainagePlateinFoundationTreatment

ZhuXianwen，ChenQingqian，JiangBaixiang

（ShanghaiBaoyeGroupCo．，Ltd．，Shanghai

200941，China）

Abstract：Theauthorsdescribedtheprinciplesofoverloadedpreloadingdrainageconsolidationmethodwithplasticdrainageplateanditsapplicationinthefoundationtreatmentforanironstorehouse．Constructionprocedureswereproperlyarrangedandmonitoringsystemsettocontroltheprogress．Themonitoringdatashowsthatcombineduseofoverloadedpre-loadingmethodandplasticplatehasachievedgoodresultandsatisfiedthedesignrequirement．

Keywords：foundations；softsoilfoundations；plasticdrainageplate；surchargepreloading；porewaterpressure；degreeofconsolidation；monitoring在我国土地资源日趋紧张的情况下，部分用地靠填海形成；在软弱地基上建设工程，首先要解决的问题就是将地基承载力提高到设计要求，使地基能够安全地承受建筑物的荷载，这就必须对软土地基采取某种改善措施：①提高土的抗剪强度，防止提高地基承载力；②过大的剪切变形和剪切破坏，

改善土的压缩性，减少工后地基变形；③改善土的渗透性，减少渗透量，防止地基渗透破坏。

目前，软土地基的处理方法多种多样，而对于淤泥和冲填土等饱和黏性土地基的处淤泥质土、

理，塑料排水板超载预压排水固结法以其施工简单易行、加固效果好、经济效益明显等特点得到了较为广泛的应用。

塑料排水板超载预压排水固结法是针对含水量大、压缩性高、强度低、透水性差的软弱土层，对

［收稿日期］2012-02-11

［作者简介］朱献文，E-mail：491507619@qq．com工程师，

然后超载预压，使土天然地基先插入塑料排水板，

体中的孔隙水排出，预压加固的附加应力逐渐转化为地基土的有效应力，地基土逐渐沉降固结，同时地基土的强度、承载力和稳定性也得到相应提高，减少和消除了基础的沉降，满足工程设计要求。1

工程概况

上海宝钢集团公司马迹山矿石中转港扩建工程超载预压区位于浙江省嵊泗县马迹山岛南侧海是在一期工程堆场的基础上向海侧岙内的滩地上，

扩展，以满足矿料的堆存要求。拟建矿石堆场建筑物等级为Ⅱ级，堆场设计堆高10～12m，矿石容重25kN/m3，共扩建4条斗轮堆取料机和8块矿石料SR6堆取料机基础采取塑料排水板超场，其中SR5，SR5堆取料机基础超载范载预压排水固结法施工，

SR6堆取料机基础超载范围围为703.2m×40.4m，

SR5，SR6超载高度均为6m（压为687.6m×40.4m，

顶宽20m。分2次加载，第1级加载载标高9.2m），

2012No．368朱献文等：塑料排水板超载预压排水固结法在某地基处理工程中的应用37

至6.200m标高后间歇1个月进行第2级加载，第2级加载时间满4个月后卸载至堆场面标高3.200m。第2级加载期间前2个月需维持设计加载标高，其中因沉降等因素引起的标高不足部分补压达到设计标高，超载预留沉降100cm。2

工程地质条件

本工程陆域的地质条件较差，主要表现为淤泥质土层厚度增大，底板埋深加深，而砂层厚度变化极不均匀。根据地质钻探资料，地质自上而下大致可分为：①1淤泥该土层主要在堆场区南侧及新

围堤区局部范围，厚度一般为3.0～5.0m。②粉砂

层该土层分布不稳定，在拟建堆场区的表面有零星发育，厚度一般为0.2～2.0m。③1淤泥质粉质黏土

厚度为1.4～10.5m，具有高含水量，高压缩

性，高灵敏度的软土特性，工程地质性质较差。③2淤泥质黏土

饱和，流塑状，切面稍粗糙，摇震见反

应，

含砂团或夹粉砂微薄层，局部近淤泥。该土层在勘探区内分布较广泛，厚度为1.0～14.3m。③2淤泥质黏土

饱和，流塑。切面光滑，土质较匀，摇

震见反应，含少量贝壳碎片，含砂团或夹粉砂微薄层，为③1淤泥质粉质黏土层的同期异相堆积层。厚度为3.9～10.2m。③3粉砂层

饱和，松散～稍

密。切面粗糙，摇震反应迅速，夹黏性土微薄层，局部夹层较多，近粉细砂夹黏性土或呈互层状。④1淤泥质粉质黏土

饱和，流塑～软塑。切面稍粗

糙，摇震见反应，含砂团或夹粉砂微薄层，局部为淤泥质黏土夹粉砂。该土层厚度为2.1～13.5m。④2淤泥质黏土

饱和，软塑。切面光滑，土质较匀，摇

震见反应，

含钙泥质结核及腐殖物，局部近黏土或淤泥质粉质黏土，厚度为2.3～18.0m。

各土层物理力学性质如表1所示。

表1

土层物理力学参数

Table1

Physicalandmechanicalparametersofsoil

地基土地基土天然含水

层序号层名称率W/

孔隙比

压缩内摩擦黏聚/%e

系数角φ/力c（°）kPa①1淤泥56.11.5691.24——②粉砂29.30.8120.21280.0③1淤泥质粉质黏土45.81.2541.07011.7③2淤泥质黏土

50.31.3981.30011.4③3

粉砂

29.00.8130.16280.0③3t淤泥质粉质黏土

38.1

1.059

0.79

夹粉砂——④1淤泥质粉质41.21.1230.78018.3黏土夹粉砂④2

淤泥质黏土

43.1

1.218

0.86

0

31.4

加固处理后，最后一级超载必须达到4个月，地面沉降速率连续10d＜1mm/d以及固结度达到

90%以上才能卸载，超载石料直接卸载至新建矿石堆场区域内，标高按3.200m控制。3地基处理技术3.1

地基处理方案

本工程堆取料机基础采用了“垫层+塑料排水板+垫层回填+超载预压+卸载”的地基处理方案。

1）垫层

由于要在吹填砂上进行插板施工，为

保证插板机械的安全以及施工质量，采用在吹填砂上铺30cm开山石垫层，

推平碾压。2）塑料排水板

在垫层上施工，要求穿透淤泥

层，根据不同区域淤泥的具体情况，采用不同的间距和插设深度，超载预压区间距为1.2m，插设深度分别为18，

21，24，25，27，28m。3）垫层回填塑料排水板施工后地基产生沉降，为了满足后期机械施工，采用开山石垫层回填。4）超载预压

SR5，SR6堆取料机超载区第1

级加载，标高3.200～6.200m，分2层，每层摊铺厚度约为150cm，用推土机进行摊铺，预留30cm沉降量；6.200～9.200m分3层堆填完成，

每层摊铺厚度约为100cm，用推土机进行摊铺。根据施工现场具体条件，

从西向东开始超载，为满足与卸载搭接施工的要求，超载时完成1段报验1段。

5）卸载

超载满足设计要求后，即可进行卸

载，卸载后场地标高控制为3.200m。根据超载方向从西向东开始卸载。3.2

施工观测

为测量地基表面的沉降量、

沉降速率以及孔隙水压力，在SR5，SR6堆取料机基础上各布置7个地表沉降点和孔隙水压力桩。

表层沉降观测点布置在1.500m标高，填筑前放置沉降观测桩。沉降观测点放置后，

需立即进行位置和标高的联合检测，

沉降桩的长度随填筑高度的增加而增加。观测次数为加载期每天测1～2次，恒载期每周3次。在沉降观测桩附近1m左右处埋设孔隙水压力桩，分别按5，8，11，14，17，20m埋设。观测次数为：每2d测1～2次，直至卸载为止。本工程的施工断面如图1所示。4地基处理效果分析4.1

监测资料分析

在SR5，

SR6堆取料机超载区的吹填砂层和开山石垫层共埋设14个浅层沉降桩，

沉降量为642～1144mm，沉降差异大的主要原因是由淤泥厚度、性质、超载时间及沉降桩埋设时间等差异引起的。下面取测量数据较完整的塑料排水板插设深度为21，27m2个区域断面进行分析。

38施工技术第41卷

图1塑料排水板超载预压施工断面Fig．1

Sectionofplasticdrainageplate

surchargepreloadingconstruction

塑料排水板插设深度为21，

27m区域的荷载-沉降-时间关系曲线如图2所示，其中插设深度为21m区域沉降观测期从6月15日至12月14日，总时间为183d，最终沉降量为957mm；插设深度为27m区域沉降观测期从5月26日至12月15日，总时间为203d，最终沉降量为1149mm。从图中均可看出，沉降与加载的增加有明显的对应关系，恒载后沉降渐渐趋于平缓，最终达到地面沉降速率在连续10d内＜1mm/d，达到了设计要求。

图2荷载-沉降-时间关系

Fig．2

Load-settlement-timecurves

相应的孔隙水压力-时间关系变化曲线如图3所示。从图中可以看出，孔隙水压力随荷载的增加而增大，分两级超载过程中2次加预压荷载完成时均达到其峰值，加载停止后，孔隙水压力逐渐消散，说明由吹填砂、塑料排水板和垫层构成的排水系统效果明显。图中11，

14，17，20m处的孔隙水压力大，正反映了该处的地质高含水量、高压缩性、高灵敏度的软土特性。而5，8m处主要为吹填砂，砂粒

间孔隙较大，以致孔隙水压力较易消散，因此该处孔隙水压力较小，峰值以及消散程度均不明显。

图3孔隙水压力-时间关系曲线

Fig．3

Pressure-timecurveofporewater

4.2

固结度计算

对于弹性土体，反映孔隙水压力消散程度的固

结度U等于变形比，即

U（t）=（u0－ut）/u0

（1）u（t1－t2）

1/u2=e－β（2）

则有：β=［

1/（t2－t1）］ln（u1/u2）式中：u0为初始孔隙水压力；ut为整个压缩层t时刻的平均孔隙水压力。

通过实测荷载-孔隙水压力-时间关系曲线上任意2点就可以求出β，再代入三维固结理论公式（3）就可以求出土层固结度。

Urz=1－（8/π2）e－βt

（3）

取图3所示关系曲线上11m深观测孔曲线上点计算固结度。插设深度21m图中取2点（22.19，17），（5.45，79），计算β=0.0226，代入式（3）可得

恒载后128d的软基固结度Urz=95.5%＞90%。同时在插设深度为27m图中取2点（15.67，18），（1.13，104），计算β=0.03058，代入式（3）可得恒载后125d软基的固结度Urz=98.2%＞90%。由此可见，根据实测的孔隙水压力求得的固结度满足设计要求。5

结语

通过监测结果及后期地基应用情况看，这种利用塑料排水板、

超载预压结合起来形成的复合排水（下转第45页）

2012No．368郑笑芳：钢管混凝土高桩承台塔式起重机基础施工技术45

浇筑混凝土。2.2.8

浇筑承台混凝土

浇筑混凝土时采用平铺法，

每层厚度不超过500mm，并振捣密实，振捣时应密切注意，避免碰撞钢筋和预埋塔式起重机地脚螺栓。2.2.9

立塔式起重机

待基础混凝土强度达到设计值的75%以上才能进行塔式起重机的安装。在基础底板施工前，控制塔式起重机超出地面的一次性立塔高度在25m以内。2.2.10

土方开挖

钢管桩周围土方随基坑一同开挖，每步开挖深度≤2m。塔身5m范围内保持水平开挖，防止土方挤压塔身。2.2.11

钢管柱间支撑布置（见图5）

图5

钢管柱间支撑布置

Fig．5

Bracelayout

1）钢管柱间设置水平剪刀撑及竖向剪刀撑，每隔3000mm设置1节，加强撑均采用└12.5与钢管柱焊接，焊缝厚6mm。

2）加强撑的安装随土方向下开挖逐渐进行，待基坑土方开挖至塔式起重机承台基底以下进行加强撑的焊接安装。

3）钢管柱间加强撑的安装顺序自下而上，首先安装距承台底加强撑的第2道水平撑，然后搭设工作平台，再间隔3000mm安装加强撑的第1道水平撑，

最后安装加强撑的竖向斜撑。4）加强撑安装前应对钢管柱的焊接处泥土、铁锈进行清洗、除锈，待焊接表面干燥后方可焊接。2.2.12

桩基与基础底板之间的技术处理

在桩基周围底板位置留4m×4m孔洞，钢管柱拆除时，钢管柱混凝土凿到底板垫层底300mm，回填土方，底板施工按后浇带方法处理。2.2.13

钢管柱拆除

用乙炔机切开钢管，钢管柱混凝土拆除采用小

型凿岩机。拆除后，及时将大块的散料破碎成小块，以便人工清理作业。拆除施工时必须采取有效措施（如铺设保护垫）对已经完成的地下室结构进行保护。3

结语

本工程已竣工验收，在整个塔式起重机使用过程中，塔基未发生显著沉降。

采用钢管混凝土高桩承台塔基结构施工可与前期工程桩同时施工，不占用工期，塔式起重机安装可在大面积土方开挖前完成，

地下室底板施工时便可提前使用。此种塔式起重机基础刚度大，施工稳定性好，

为结构施工提供了可靠的安全保障。参考文献：

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201110047200.9［P］．2011．（上接第38页）

固结法对快速加固较厚淤泥层，改善软黏土地基的变形性能有良好的效果，

明显提高了地基抵抗变形的能力，

使地基沉降趋于均匀；通过在预压荷载作用下使软黏土地基土体中孔隙水排出，土体发生固结，土中孔隙体积减小，土体强度提高，达到减小地基工后沉降和提高地基承载力的目的。塑料排水板超载预压排水固结技术是填海造陆工程的一种主要处理技术，

它对淤泥层较深的软土地基的加固效果较好且施工方法简单易行。这种技术还将得到进一步的改进，有着良好的发展前景。

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