排水板對大砂袋圍堰下地基加固作用研究

(華南理工大學(xué) 廣東 廣州 510641)

一、研究背景

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各地對土地資源的需求逐漸增大，圍海造陸是擴(kuò)大土地使用面積的常見方法。圍堰的建造是圍海造陸工程中重要的一環(huán)，隨著技術(shù)的成熟和研究的深入，圍堰的類型從草土圍堰發(fā)展到水泥砂漿圍堰、混凝土圍堰，再到近幾年興起的砂袋圍堰。砂袋圍堰因具有造價(jià)低、工期短、整體性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。

沿海的海洋軟土中淤泥層較厚，軟土具有含水量高、孔隙比小、滲透性低等特點(diǎn)，在軟土地基上修筑圍堰時(shí)，容易產(chǎn)生失穩(wěn)和土體破壞，給工程帶來隱患。因此對軟土地基進(jìn)行一定的處理以提高承載力是十分必要的。

排水固結(jié)法是較為常見的軟土地基加固方式。軟土土體通常需要較長時(shí)間完成全部的固結(jié)沉降，排水板為超靜孔隙水壓力的消散提供了更短的路徑，從而能夠加速土體的固結(jié)與沉降，提高其抗剪強(qiáng)度。排水板的應(yīng)用在工程中十分常見。

太倉市浮橋鎮(zhèn)中遠(yuǎn)國際城港區(qū)陸域利用長江大堤和圍堤圍成的封閉區(qū)域進(jìn)行吹填形成，圍堤采用袋裝砂結(jié)構(gòu)，圍堤下軟土地基采用塑料排水板加固，筑堰和吹填施工中監(jiān)測到孔壓一直處于安全值范圍[1]。

澳大利亞新南威爾士州北海岸港鎮(zhèn)巴利納的試驗(yàn)圍堰建筑于高壓縮、低滲透的入海口軟粘土上，圍堰下軟土設(shè)置了排水板，監(jiān)測期間地基沉降、孔壓以及水平位移均處于正常水平[2]。

黃驊港散貨港區(qū)航道南側(cè)圍堰二期工程A標(biāo)段地基為淤泥質(zhì)土質(zhì)，基礎(chǔ)施工包括拋袋裝中粗砂、拋填中粗砂墊層、打設(shè)塑料排水板、鋪設(shè)高強(qiáng)土工布和高強(qiáng)土工格柵、拋碎石墊層等環(huán)節(jié)，最終整個(gè)圍堰工程施工過程中，基礎(chǔ)穩(wěn)定、安全，質(zhì)量合格[3]。

二、研究內(nèi)容與方法

本文通過PLAXIS 2D，采用摩爾-庫倫模型，模擬大砂袋圍堰在軟土地基上的填筑過程，分別對比探討了：(1)設(shè)置排水板與不設(shè)置排水板工況下圍堰的沉降、軟土中超靜孔隙水壓力的消散；(2)排水板間隔分別為0.5m、1m和2m時(shí)對土體固結(jié)作用的不同。

圖1 沉降量隨時(shí)間變化曲線圖

圖2 超靜孔隙水壓力隨時(shí)間變化曲線圖

三、設(shè)置排水板對地基加固的作用

圖1為沉降量隨時(shí)間變化的曲線。由圖可知，在未設(shè)置排水板的情況下，每加載一級袋裝砂，圍堰沉降迅速增大。固結(jié)階段，圍堰沉降速率較慢，完成全部沉降至少需要1000天。設(shè)置排水板后，沉降隨時(shí)間變化顯著，500天左右即可達(dá)到沉降穩(wěn)定。兩種情況的最終沉降量均為0.25m。

圖2為圍堰填筑過程中超靜孔隙水壓力隨時(shí)間變化的曲線，每填筑一層砂袋至填筑下一層砂袋期間，超靜孔隙水壓力都要經(jīng)歷一次先增長、后消散的過程。比較上下圖可知，無排水板時(shí)超靜孔隙水壓力增長的峰值大于有排水板的情況。另外，無排水板時(shí)，每層砂袋填筑后的固結(jié)過程中，超孔壓均不能消散到5 kPa以下，圍堰填筑完成后，固結(jié)基本完成需要1500天。而在設(shè)置了排水板的情況下，在每層砂袋填筑后的時(shí)長為1天的固結(jié)過程中，超靜孔隙水壓力均能迅速消散到0.25 kPa以下，最終12天即可完成基本固結(jié)。

四、排水板間隔對加固地基作用的影響

本文模擬了三種不同排水板間距下砂袋圍堰的填筑過程，間距S分別設(shè)置為0.5m、1m和2m。由圖3可知，在該范圍下，排水板間距對沉降速度的影響幾乎可以忽略。而從圖4可以看出，當(dāng)間距為0.5m和1m時(shí)，超靜孔壓隨時(shí)間消散的曲線基本重合，當(dāng)間距較大為2m時(shí)，雖然曲線變化規(guī)律與另外兩種間距一致，但在圍堰填筑和填筑間的固結(jié)階段超靜孔隙水壓力一直維持在一個(gè)較大的值。在S=0.5m和S=1m的工況下，超靜孔隙水壓基本消散耗時(shí)大于15天，而當(dāng)S=2m時(shí)，該過程僅需要10天左右。

圖3 排水板間距對沉降速度影響曲線圖

圖4 排水板間距對超靜孔壓消散速度影響曲線圖

由此可以得出結(jié)論，在工程常用的排水板間距范圍內(nèi)，排水板間距對圍堰沉降的影響不明顯。排水板間距越大，對超靜孔隙水壓力的消散的加速作用越小。

五、結(jié)論

綜上所述，可得結(jié)論：(1)排水板的設(shè)置能夠使圍堰的沉降在更短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定值，快速消散超靜孔隙水壓力，加速軟土地基固結(jié)；(2)在工程常采用的排水板間距范圍內(nèi)，間距對圍堰沉降速率的影響不大，但間距越大，排水板加速超靜孔隙水壓力消散的作用越小，故在實(shí)際工程中，需要控制最大間距以滿足一定的排水板打設(shè)密度，從而達(dá)到良好的排水效果。