1、动静联合排水固结法在路基处理工程中的应用摘要：简要阐述动静联合排水固结的基本原理，通过路基处理工程实例，介绍该工法的实施原则及设计思路，并提出该工法需要进一步研究的问题。 关键词：动静联合排水固结路基处理 实施原则 中图分类号： S276 文献标识码： A 文章编号： Abstract:this article Briefly introduces the basic principle of dynamic-static drainage consolidation, through engineering examples of subgrade treatment, introduces
2、 the implementation principle and design method, and put forward the issues that need further study. Key Words: dynamic-static drainage consolidation, subgrade treatment , implementation principle 1.基本原理 动静联合排水固结是在堆载预压排水固结法和强夯法的基础上发展起来的一种软土地基处理方法，它吸收了两种处理方法的优点，使两者有机地结合并互相补充与促进。它是利用地基土层本身的透水性和埋设在地基中的
3、竖向排水体，预先在地基堆加静载，并辅以强夯动载，促使饱和软土中的超孔隙水压力升高，迫使土体中孔隙水排出，同时填土层被夯实，而达到地基土逐渐被固结的一种方法。 与传统的强夯和堆载预压不同的是，该工法巧妙的运用了堆载预压排水系统和强夯动能的作用，动静荷载相辅相成。在淤泥层顶表面铺填的静载，包括砂垫层（水平排水层）及其上部的填方，它既是促使淤泥固结的外力，同时也起着强夯垫层作用。强夯荷载通过它产生应力扩散，使淤泥顶面不会产生过大的应力集中，并给可能挤出的淤泥产生一个反向约束力。强夯动载通过垫层将竖向动荷载转化为振动波 ，在下卧淤泥层中产生的偏应力减少和球应力增加，从而在淤泥中激发较高的超孔隙水压力，
4、加速土体中孔隙水的排出，逐步增加土粒间有效应力，最终达到加快淤泥土层固结的进程。 2.适用条件 大量研究表明，当淤泥厚度超过 10m，该工法处理效果不好。主要原因在于强夯影响深度有限，对于深厚淤泥下卧层，夯击能无法传递产生超孔隙水压力，从而使后期附加荷载引起的沉降较大。因此该工法适用于淤泥厚度不超过 10m 的地层。另一方面，与其他工法相比，该工法特点在于相较堆载预压，造价稍高，工期短，且无需大量堆载土方；与水泥搅拌桩等复合地基比，造价低，工期相当，且对后期施工市政管沟有利，但强夯对环境有一定影响。工法选择上需综合考虑以上因素。 3.设计要点 目前动静联合排水固结法在场站、路基、建筑等工程建设
5、中得到大量应用，但理论研究滞后，尚无本构模型和经验公式，只能借鉴堆载预压及强夯各自理论进行概念化设计，并通过施工监测确定设计参数，强调进行动态设计。 3.1 排水系统 淤泥土渗透系数很小，设置排水系统，会使排水路径大为缩短，加速固结完成。动静联合排水固结与堆载预压的排水系统类似，包括水平排水系统和竖向排水系统。水平向排水系统包括砂垫层、盲沟、集水井，竖向排水系统主要是塑料排水板或砂桩等。竖向排水系统应与水平向排水系统有效连接，使孔隙水沿竖向排水通道排入砂垫层，并通过盲沟汇入集水井，再进行抽排。盲沟及竖向排水体间距可通过固结度计算。 3.2 堆载方式 堆载方式主要考虑两点，一是堆载厚度适中。堆载
6、厚度过小，容易导致软土剪切破坏或变形过大；堆载厚度过大，容易导致路基失稳或强夯能得不到发挥，影响软土加固效果。二是在满足路基稳定及强夯效果的前提下，宜尽快堆载至路基设计标高，使堆载时间尽可能长，发挥静载排水固结的作用。 3.3 强夯参数 强夯参数主要是夯击能、强夯遍数、夯击击数、夯击间隔时间。研究表明动荷载作用下，土体不仅产生竖向变形，也会产生侧向变形。孔隙水压力在动荷载作用初期上升较快，后期上升较慢，过多的夯击能更多的被土体吸收而产生变形。因此初期夯击能宜小，以免出现“橡皮土”现象，且每遍夯击击数不宜超过某个界值。这样孔隙水压力稳步消散，土层逐渐得到加固，能承受更大的动荷载，并将夯击能向更深
7、层传递。故强夯应遵循“少击多遍，夯击能由小到大”的原则。夯击间隔时间主要以孔隙水压力消散程度控制，研究表明，孔隙水压力消散达 80%以上即可进行下一次夯击。为使动载影响深度更大、施加更加均匀、减少淤泥土体的侧向位移，应尽量采用大直径的扁平夯锤。 3.4 施工监测控制 每遍强夯开始前，均应选择有代表性区域进行试验性夯击，通过实测夯沉量和孔隙水压力监测等确定夯击能、夯点击数和间歇时间等强夯参数。 每遍夯点的夯击数可按下列要求确定： （1）夯坑深度宜小于软土上覆填土厚度的 1/21/3； （2）第 n 击以后连续二次夯沉量比前一击更大，则单点击数定为 n击； （3）动孔隙水压力增量显著下降之后（一般
8、可取 u2kPa）应停夯，待孔压消散 80%以上后再夯； （4）强夯收锤标准：最后两击的平均夯沉量不大于 5cm；夯坑周围地面不发生过大的隆起；不因夯坑过深而发生起锤困难。 3.5.验收标准 动静联合排水固结法验收标准主要有：（1）承载力试验满足设计要求。 （2）淤泥固结度大于 85%，连续 10 天沉降速率小于 0.15mm/天，连续两个月沉降量小于 5mm/月，推算的剩余沉降满足设计要求。 （3）通过现场取样，进行土工试验，处理前后软弱土物理参数有显著改善。 4.工程应用 4.1 工程地质概况 新建道路全长约 3.5km，等级为城市主干路，路幅全宽 60m。 根据勘察成果，钻孔揭示深度范围
9、内地层上部为回填土，其下为冲积、海积层（淤泥、粉质粘土） ，下伏为残坡积层。其中： 填土：厚度为 1.52.3m，稍湿，欠固结，结构松散。 淤泥：厚度为 5.27.3m，中液限土，过湿，属高压缩性土，力学强度低，承载力特征值小于 80kPa，强震时易产生震陷等。 粉质粘土：厚度为 1.36.5m，中液限土，潮湿，属中等压缩性土，力学强度及工程性能一般。 砂质粘性土：厚度为 2.48.8m，中液限土，干燥，属中等压缩性土，力学强度及工程性能较好。 土层中存在承载力低、压缩性高的回填土及淤泥层，路基需作特殊处理。 4.2 路基处理要求 （1）承载力：路基交工面承载力120KPa。 （2）沉降：工后
10、沉降30cm，工后沉降差2。 4.3 设计参数 本工程场地淤泥厚度小于 10m，道路周边无重要的建（构）筑物，工期适中，适合采用动静联合排水固结法进行软基处理。设计参数的确定参考类似工程经验，并结合施工监测成果。 （1）排水系统 考虑到挤密砂桩既能起到排水通道的作用，亦对周围土体起到挤密加固效果，竖向排水体采用挤密砂桩，桩直径 40cm，中心间距 1.5m，正三角形布置，桩顶设置 0.8m 厚砂垫层，并设置盲沟和集水井。 （2）强夯参数 夯锤直径 3m，中心间距 5m，正方形布置。强夯的夯击能由小到大，采用两次强夯。第一次为原地面铺设垫层后，强夯两遍，第一遍夯击能20002500kNm，每点
11、45 击；第二遍夯击能为 25003000kNm，每点56 击。第二次强夯为路基填筑至路基顶面后，强夯两遍，第一遍夯击能 30003500kNm，每点 67 击；第二遍夯击能为 35004000kNm，每点 78 击。最后满夯一遍，夯击能为 1000kNm，每点 2 击，锤印搭接40cm。 满夯表面采用 18T 以上振动压路机碾压，然后按路基填筑要求碾压填土至路基顶面。 第一次两遍夯击之间间隔时间 12 周，第二次两遍夯击之间间隔23 周，第一次与第二次夯击之间间隔 23 周，第二次与满夯之间间隔24 周。 图 1. 动静联合排水固结第一次强夯夯点布置平面图 图 2. 动静联合排水固结第二次强
12、夯夯点布置平面图 4.4 处理效果评判 经过动静联合排水固结处理后，现场载荷试验满足要求，淤泥固结度 86.3%92.6%，平均为 88.7%， ，连续 10 天沉降速率小于 0.15mm/天，连续两个月沉降量小于 5mm/月，推算的剩余沉降小于 20cm。达到设计要求。取样试验及原位试验结果表明，软基处理效果明显：（1）处理后的淤泥，大部分已定性为淤泥质土。 （2）物理指标有了明显改善，处理后软土的含水量和空隙比分别减少了 29.1%和 28.4%，压缩系数减小了37.5%。 （3）室内直接快剪凝聚力增加了 2 倍以上，原位十字板剪切强度增加了 12.6 倍。证明工法的选择和设计参数的选取是
13、合适的。 5.存在问题探讨 尽管国内外对于动静联合排水固结进行了大量的数值分析研究及室内模型试验、室外原位试验，但由于软土地基的复杂性和特殊性，加之此工法真正应用于工程实际时间不长，使得研究成果有限，尤其是在本构模型方面尚未见突破性进展。主要有如下方面亟待深入研究： （1）目前动静联合排水固结基本依赖概念化设计，在工程实施过程中尚需结合监测成果进行动态设计，容易产生投资、工期上的风险，有必要在本构模型尤其是动荷载效应方面进行深入研究， 以指导设计。 （2）结合工程实际，进一步加强室内模型试验，研究动荷载作用下固结特性及规律。 （3）加强现场检测、检测工作，以支撑本构模型研究、指导工程施工。 （
14、4）可以结合本构模型研究及室内室外试验，提出实用性的经验公式，使设计更具可操作性和控制性。 6.结语 动静联合排水固结是一种结合了强夯和堆载预压各自优点的工法，有一定的适用性。工法实施应遵循“分层填筑，少击多遍，夯击能由小到大，结合监测，动态设计”的原则。该工法尚需在理论尤其是本构模型上深入研究。 参考文献： 1 王发国 邱建金 张大中.动静联合排水固结法浅析.土工基础，1997 年 3 月第 1 期。 2 李彰名 冯遗兴.动静联合排水固结法参数设计研究.武汉华工学院学报，1997 年 6 月第 2 期。 3 白冰 刘祖德.动静结合排水固结法处理软基若干问题研究.四川建筑科学研究，2000 年 3 月第 1 期。 4 孟庆山 汪稔 王吉利.动静联合排水固结法处理软土地基孔压和变形问题研究.岩石力学与工程学报，2003 年 10 月第 10 期。
