第２９卷第１期 辽宁工程技术大学学报（自然科学版） ２０１０年２月 、，０１．２９ Ｎｏ．１ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉａｏｎｉｎ￣Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ） Ｆｅｂ． ２０１０ 文章编号：１００８—０５６２（２０１０）０１—００５９－０４ 动力排水固结加固淤泥地基的关键技术研究 张丽娟 ，韩江 ，李彰明 （１．广东工业大学土木与交通学院，广东广州５１０００６；２．中水珠江规划勘测设计有限公司规划处，广东广州５１０６１０） 摘要：为了保证广州南沙泰山石化一期淤泥地基处理工程的质量，采用现场试样的方法，对动力排水固结法处理淤泥 土地基的关键技术一动力工序和排水系统的设置进行了研究。结果表明，对深厚淤泥地基，水力吹填粉细砂作为强夯垫 层时，在设置合理的竖向和水平排水系统的基础上，宜采用低能量“少击多遍，逐层加固”的动力施＿７．７．ｉＪ－艺，每遍点夯 的夯击能量应控制在１ ０００（ｋＮ・ｍ）内。加固后的土体物理力学指标均有一定程度的改善，整体加固效果很好。该成果 对类似的软土地基处理工程有一定的借鉴和指导意义。 关键词：淤泥地基处理：动静力排水固结；排水系统 中图分类号：Ｔｕ ４７０ 文献标识码：Ａ Ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｏｆ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ｓｉｌｔ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ＺＨＡＮＧ ＬＵｕａｎ ，ＨＡＮ Ｊｉａｎｇ ，ＬＩ Ｚｈａｎｇｍｉｎｇ （１．Ｆａｃｕｌｔｙ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ ａｎｄ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｙｔ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０００６，Ｃｈｉｎａ；２．Ｐｌａｎｎｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｉｎａ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｐｅａｒｌ Ｒｉｖｅｒ Ｐｌａｎｎｉｎｇ Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ＆Ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０６１０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｓｏｆｔ ｓｏｉｌ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆＮａｎｓｈａ ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ ｓｔｏｒａｇｅ ｐｒｏｊｅｃｔ ｉｎ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ， ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ａｎｄ ｓｔｅｐｓ，ｓｕｃｈ ａｓ ｄｙｎａｍｉｃ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ ｏｆ ｄｒａｉｎａｇｅ ｓｙｓｔｅｍｓ，ａｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｎｅｗ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｌｏｗ－ｅｎｅｒｇｙ，“ｆｅｗ ｔｉｍｅｓ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｃｙｃｌｅｓ”ｄｙｎａｍｉｃ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｐｒｅ—ｃｏｍｐｒｅｓｓ ｗｉｔｈ ｓｏｉｌ ｌｏａｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｌａｓｔｉｃ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｄｒａｉｎ ｉｓ ｆｅａｓｉｂｌｅ ｔｏ ｄｅｅｐ ｓｉｌｔ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ ａｔ ａ ｐｏｉｎｔ ｆｏｒ ｅａｃｈ ｐａｓｓ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｗｉｔｈｉｎ １ ０００ｋＮ．ｍ．Ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｃ－ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｆｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｒｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｉｓ ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｔｌｙ ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｉｌｔ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｄｙｎａｍｉｃ ａｎｄ ｓｔａｔｉｃ ｄｒａｉｎ ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ；ｄｒａｉｎ ｓｙｓｔｅｍ 引 言 了水力吹填粉细砂作为强夯垫层，且粉细砂的含泥 量较高。但由于施工的关键环节控制得当，使得加 动静力排水固结法是一种在传统的强夯法和 固效果非常好，大大降低了工程成本，也为广东地 静力排水固结法基础上发展起来的软土地基处理 区类似的工程提供了成功经验。 新技术【ｌ Ｊ，它克服了强夯法加固软黏土地基引起的 超孔隙水压力不能及时消散而容易成为“橡皮土”， １ 工程概况 而单纯的静力排水固结法加压系统繁杂，而且工期 一般较长的缺点，具有处理质量好、投资低、工期 南沙泰山石化仓储区位于广州经济技术开发 短的特点，对于淤泥与淤泥质土的处理，优势尤其 区南沙小虎岛，该仓储区主要用于储存和经营油品 显著。工程实践表明：在动静力排水固结法加固地 及液体化工品。库区总面积约为６７．２万ｍ ，其中 一基工程中，强夯工艺及参数是关键，同时排水系统 期占地面积为１８．６万ｍ ，需要处理的软基面积 的设置也是至关重要的。在已往工程报道中Ｌ３ Ｊ，通 为１４．９万ｍ 。该场地原为滨海水塘，工程软基处 常用中粗砂作为强夯的垫层，很少采用粉细砂，这 理范围内地质条件很差，整个处理场地地表以下均 是由于粉细砂渗透系数小，含水量大，强夯振动时 分布有淤泥层，淤泥层的平均厚度为１２．０ ｍ，含水 容易液化，孔隙水压力难以消散。在南沙泰山石化 量４５．８￣／ｏ￣１１４％，均值为７５％，孔隙比１．５１７－２．９９２，均 仓储区淤泥质地基处理过程中，则首次大面积采用 值为２．０８７，土体的内聚力ｃ的均值１１．１ ｋＰａ，内摩擦 收稿日期：２００８．１０．１７ 基金项目：广东省自然科学基金资助项目（０６０２１４６２） 作者简介：张丽娟（Ｉ９６９．），女，辽宁辽阳县人，副教授，博士后研究人员，主要从事桩幕础及地基处理方面的研究。本文编校：曾繁慧 ６０ 辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 第２９卷 角 的均值为１０．６，压缩系数的均值为２．４３４ ＭＰａ。 本次软基处理于２００７年４月开始，由于雨季 要使地基土在夯击能作用下能够继续密实，而不至 于破坏土体的结构。具体要求：（Ｉ）夯坑附近的土 施工，场地条件复杂等不利因素导致处理难度大， 同时这也是广州地区首次采用水力吹填粉细砂作 为强夯垫层，无经验可借鉴。鉴于此，为了保证处 理的质量及工程进度，选取了具有代表性的区域作 为试夯区，在大面积地基处理前对动静力排水固结 法的动力施工工序和排水系统进行了试验研究，通 过对超孔隙水压力、土体分层沉降的实时监测分析 体不出现明显的隆起，（２）夯坑附近的土体不能有 过大的侧向位移，（３）后一击沉降量应小于前一击 沉降量，否则说明土体结构破坏。一般情况下还要 求满足最后两击平均夯击沉降量不大于１０ ｃｍ。 ２．２排水系统 ２．２．１水平排水系统 及夯前、夯中和夯后的静力触探、十字板剪切试验 等指标的量测，及时了解夯击的效果，并作为施工 参数确定、设计调整的依据。 ２ 试验研究方案设计及试夯结果分析 ２．１动力工序与参数 ２．１．１夯点布置与夯击次数 根据以往工程经验，并考虑到本工程采用粉细 砂作为强夯垫层，强夯振动时，孔隙水压力消散慢， 容易液化的特点，强夯时宜采用低能量的“少击多 遍”的夯击方式 ～，即加固时采取夯击多遍，每一 遍采取１～３击来完成。本工程现场试验研究时采用 如下三套方案进行对比分析，见表２，夯击总能量 为２ ８００（１ ・ｍ）。 表２试夯方案比较 Ｔａｂ．２ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｈｉｔｔｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅｓ 注：点夯以５．５ ｒｎ间距布置，普夯以０．７５倍夯锤直径搭接。 每遍夯击间隔时间以夯击后超静孔隙水压力 完全或基本消散为控制标准。以上各遍夯击所采用 的夯锤均为圆形扁锤，锤重１５０ ｋＮ，直径２．４ ｍ， 高７５ ｃｍ，带六各均匀分布的透气孔，透气孔截面 面积与锤底总面积之比为２．５％。 ２．１．２夯击面坡度 各处理小区吹砂表面要形成０．８％～１．５％的坡 度，向邻近的引水沟或排水沟倾斜，以便及时将雨 水排、引出处理场地。 ２．１．３收捶标准 夯击的收锤标准既是每遍夯击的次数，需根据 监测结果由现场土体变形与孔压决定。总原则是： 试验时，水平排水体系由砂垫层、排水盲沟和 集水井三部分组成。排水盲沟宽０．４ ｍ，底面以１％ 的排水坡度往集水井方向倾斜。盲沟虑料材料采用 粒径３－５ ｃｍ级配均匀的碎石，含泥量不超过３％， 用无纺透水性土工布完全包裹。盲沟纵向每隔一定 距离设置一口集水井，集水井由ｌ２根 １６ ｍｍ纵 向钢筋及每间隔３００ ｍｍ设一直径为１０ ｍｉｌｌ的横向 箍筋形成外径为４，４９０ ｍｍ的钢筋滤水笼，外包４ 目的铁纱网和塑料砂网，滤水笼外填碎石作为滤 料，井底用土工布包封。集水井与盲沟连通良好， 底面须比周围盲沟深。整个施工期及交工前期及时 抽水，保证集水井内的水深不超过６０ ｃｍ。 ２．２．２竖向排水系统 竖向排水为插设塑料排水板，排水板间距为 １．４ ｍ，正方形布置。插设深度平均为１２ ｍ，上端 高出砂垫层２０ ｃｍ。插板时布点偏差小于５０ ｍｍ， 插板垂直偏差不超过插板长度的１．５％，插板机配有 长度记录装置，记录每根插板的长度。 ２．３试夯结果分析 试夯期间进行了超孔隙水压力、土体分层（施 工表面、淤泥顶面、淤泥底面）沉降观测。并于夯 前、夯中及普夯后对地基土进行了十字板剪切试验 以检测加固效果。 ２．３．１超孔隙水压力监测结果分析 孔隙水压力的消散过程是用以控制施工进度， 了解加固效果及加固深度的有效方法，对夯击旖工 具有关键性的指导意义。从图１、图２和图３可以 看出，同一遍夯击下，浅层孔隙水压力增幅大于深 层的增幅；每遍夯击时地表下１２ ｍ处的孔压的变 化都很明显，说明夯击的影响深度已达到１２ ｍ，甚 至可以更深。 夯击三遍时，最大孔隙水压力值接近４０ ｋＰａ， 并且消散较慢，如：第一次夯击结束７天后，地表 下３．５ ｍ、６．５ ｍ和１２ ｍ处孔压只分别消散了５９％， 第１期 张丽娟，等：动静力排水固结法处理淤泥土地基的关键技术研究 ６１ 日生＼茸１± 柏 如 加：２ ｍ 时问／ｄ 图１ 夯击三遍时孔隙水压力变化曲线 Ｆｉｇ．１ ｐｏｒｅ ｗａｔｅｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄａｔａ ｏｆ ３ ｔｉｍｅｓ ２Ｏ ｍ ｍ ｌ５ ｍ 重 ５ Ｏ ．５ 图３夯击五遍时孔隙水压力变化曲线 Ｆｉｇ．３ ｐｏｒｅ ｗａｔｅｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄａｔａ ｏｆ ５ ｔｉｍｅｓ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ５７％和５４％；夯击四遍和五遍时效果比夯击三遍时 好，最大的孔隙水压力分别约为３０ ｋＰａ和２０ ｋＰａ， 每层孔隙水压力均消散７５％以上。可见，在总的夯 击能量一定时，夯击四遍和五遍，每遍点夯的夯击 能量控制在１ ０００（ｋＮ・ｍ）以内的夯击效果较好。 相同夯击能下，后一遍点夯比前一遍点夯孔隙 压力增幅减小，孔压消散速度减慢。如：夯击四遍 时，第二遍和第三遍点夯的夯击能相同，第三遍点 夯孔隙压力增幅比第二遍点夯的压力增幅小５．４％， 且孔压的消散速率减小４．７％，这是因为在前一遍点 夯下，土体表面形成的硬壳层使得夯击能量向下传 播时有所衰减，同时动荷载反复冲击及上覆土层形 成的附加应力使得孔压不断增大，但由于硬壳层的 存在，孔隙水不易排出，因而孔压消散速度减慢。 夯击四遍和五遍时，普夯结束后超孔隙水压力 出现负值。这是由于设置了地下排水板和排水砂垫 层，在夯击动荷载反复冲击下土体中形成的附加应 力和在软弱土层上的土体及砂垫层的静覆盖力的 联合作用下，相当于增加了静荷载，孔隙水通过竖 直排水体排出地面，从而使夯击结束后土体中的孔 ４０ ３０ ２０ －ｊＮ ｔ＂ｋ－－，１０ Ｏ ． 。一 ５ ｌ０ １５ ２０ ２５．１０ 时Ｎ／ｄ 、 Ｆｉｇ．２ ｐｏｒｅ ｗａｔｅｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄａｔａ ｏｆ４ ｔｉｍｅｓ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ 压低于初始的静孔压，由此可见，夯击四遍和五遍 的效果优于夯击三遍。 ２．３．２土体分层沉降监测结果分析 图４给出的是夯击不同遍数时地表的沉降变 化。从图可以看出，夯击各遍后地表沉降的变化趋 势与趋于稳定的时间与孔压的消散趋势和时间基 本是相吻合的。随着夯击遍数的增加，地表沉降值 均增大，但沉降增大的幅度是逐渐减小的。如：沉 降趋于稳定时，夯击三遍后地表沉降比夯击四遍时 增大２７％，而夯击四遍后地表沉降比夯击五遍时增 大４．８％。这说明少击多遍的夯击方式有利于土体沉 降的发展，夯击四遍和五遍时的夯击能已基本接近 于最佳夯击能。 ２．３．３十字板剪切试验监测结果分析 十字板剪切试验是了解软土抗剪强度特性的 重要原位检测手段。图５给出的分别是夯击３、４、 ５遍时，普夯结束后１５天土体抗剪强度的结果，可 以看出，随着夯击遍数增加，不同深度处的抗剪强 度均有所增大，且浅层土体的抗剪强度的增幅大于 深层土体。与夯前相比，第五遍夯击后，地表下４ ｍ、 ６ ｍ和８ ｍ处的抗剪强度分别是夯前的６．７１、５．８７ 和４．９５倍，这说明对浅层土体的加固效果比深层土 体好。随着夯击遍数的增加，抗剪强度的增幅逐渐 减小，如：夯击四遍与夯击三遍相比较，地表下４ ｍ、 ６ ｍ和８ ｍ处的抗剪强度分别增加４１％、１８％和 ２０％，而夯击五遍与夯击四遍相比较，增幅则分别 为５％、９％和８％。可见，从抗剪强度增大的角度 看，夯击四遍的效果是最明显的。 ３大面积地基处理及效果分析 试夯结束后，根据对试夯的监测结果进行了分 ６２ 辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 第２９卷 ｇ 昌 鞋 蜉 喽 时间／ｄ 图４夯击不同遍数地表处沉降变化 Ｆｉｇ．４ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｔｉｍｅｓ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ 析研究。结果表明，夯击四遍和五遍的效果比夯击 三遍的效果好，这不仅证明了采用“少击多遍、逐 层加固”的强夯施工工艺，并辅助以适当的竖向和 水平排水体系可以用来处理淤泥质地基，而且证明 了试夯技术参数是合理的，同时竖向和水平排水体 系的设置也是有效的，可以用于大面积的地基处 理。但考虑到夯击五遍的工期较长，而且与夯击四 遍相比增幅效果不明显，因此最后大面积处理时采 用的是夯击四遍。 经过了四个多月的信息化施工，处理加固的软基面 积达到１４．９万 。施工中进行了孔隙水压力、土体分 层沉降、土压力、十字板剪切、静力触探等项目的监测 工作。整体加固效果很好，油罐区和道路区淤泥层的平 均端阻力、侧阻力和剪切强度提高了３．５倍、２．３倍及 ５．０倍，工后承载力特征值分别达到１２０ ｋＰａ、１８０ ｋＰａ， 达到预期指标。处理前后，淤泥层的平均含水量、孔隙 比及压缩指数分别降低了２３．６％、２９．８％和４５．３％，重 度和压缩模量分别提高１１－３％和４１．２％。 ４ 结论 本文对广州南沙泰山石化淤泥质地基处理的 关键工序和参数进行了研究，得到如下结论： （１）在大面积采用水力吹填粉细砂作为强夯 垫层处理淤泥土地基时，采用“少击多遍，逐层加 深度，ｍ 图５ 夯击不同遍数十字板剪切试验结果 Ｆｉｇ．５ ｓｈｅａｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｉｍｅｓ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ 固”的施工工艺，每遍点夯的夯击能量控制在１ ０００ ｆｌ（Ｎ．ｍ）以内，并辅以合理的竖向和水平排水体系是 可行的，即使在雨季施工，处理深厚淤泥地基也获 得了满意的效果。 （２）深厚淤泥地基处理施工与现场监测相结 合，利用现场监测所得的信息作为旆工质量控制， 施工参数确定，施工流程调整的依据，这对保证工 程质量，直接指导软基处理信息化施工是非常必要 有效的。 参考文献： 【Ｉ】李彰明．软土地基加固的理论、设计与施工【Ｍ】．北京：中国电力出版 社。２００６：２１３．２９４． ［２】叶观宝．地基加固新技术【Ｍ】．北京：机械工业出版社，２００２． ［３】３邢玉东，王常明，张立新．强夯法处理辽西湿陷性黄土路基的效果分析 【Ｊ】．辽宁工程技术大学学报，２００８，２７（３）：３７１－３７３． ［４】贾瑞晨，段仲源，甄精莲．动力排水固结法在软弱地基处理工程中的 应用［Ｊ】＿水利水运工程学报，２００７，２６（２）：７６－７８． 【５】龚敦红，陈志芳，祝湛毅，等．浅层动力固结在温州某软土路基中的试验 研究【Ｊ】冰文地质工程地质，２００７（３）：８２－８４． ［６１郑颖人，陆新，李学志，等．强夯加固软粘土地基的理论与工艺研究 ［Ｊ】．岩土工程学报，２０００，２２（１）：１８－２２． 【７］周红波，卢剑华，蒋建军．动力排水固结法加固浦东机场促淤地基试验 研究［Ｊ］．岩土力学，２００５，２６（２６）：１７７９－１７８４．
