排水固结法在金线顶地段整体改造工程地基处理中的应用

三、排水固结的基本原理

排水固结法的基本原理是软土地基在附加荷载的作用下，逐渐排出孔隙水，使土体空隙比减小，产生固结变形，使土体压缩性降低，抗剪强度增加，达到满足建（构）筑物对地基的承载力和稳定性的要求。

排水固结法主要由排水系统和荷载系统两部分组成，排水系统一般由水平排水垫层和竖向排水体两部分组成，竖向排水体可选用普通砂井、袋装砂井或塑料排水板，设置排水系统的目的是用于改变排水边界条件，增加孔隙水排出的途径，缩短排水距离。荷载系统指起固结作用的荷载，它使地基土的固结压力增加而迫使土体中的空隙水排出，逐步增加土体颗粒间有效应力。荷载加荷方式常采用堆载、真空法等。

四、本工程排水砂井和塑料排水板施工方案的比较分析

排水砂井和塑料排水板是排水固结法竖向排水体两种形式，均穿过所要加固的软土层形成的竖向排水路径。下面就上述两种方案进行对比分析：

排水砂井在本工程中采用等边三角形布置，直径40cm，间距1.5m；塑料排水板则采用SPB-B型正方形布置，间距1.0m。根据竖向排水体等效圆柱体直径d_e=α₁a(α₁换算系数，对于正方形排列时α₁=1.13，对于等边三角形排列时α₁=1.05；a竖向排水体间距)。则排水砂井等效圆柱体直径d_e=1.05x1.5=1.575，塑料排水板等效圆柱体直径d_e=1.13x1.0=1.13m，目前塑料排水板设计仍沿用砂井排水固结理论，塑料排水板换算等效砂井直径d_w=α₂  （b塑料排水板宽度，σ塑料排水板厚度，α₂换算系数），当α₂=1.0，塑料排水板采用SPB100-B型（b=10cm，σ=0.4cm）时，塑料排水板等效换算直径d_w≈70mm, 即SPB100-B型塑料排水板等效于Ф70mm砂井。根据排水固结理论竖向排水体平面布置理论，竖向排水体直径和间距主要取决于土的固结性质和施工期限要求。排水体截面大小只要能及时排水固结就行，由于软土的渗透性比砂土小很多，所以排水体的理论直径可很小，直径过大对增加固结速率并不显著，从原则上讲，为达到同样的固结度，缩短排水体间距比增加排水体直径效果要好，即“细而密”比“粗而稀”效果好。从这一理论角度分析，本工程中塑料排水板软基加固法优于排水砂井。排水砂井和砂桩施工工艺相同，从置换比率看仅为6.45%，达不到复合地基的置换要求（至少15%以上），因此置换效果是忽略不计的。同排水砂井对比，塑料排水板还具有以下优点：

1）滤水性好，排水畅通，施工质量易保证。

2）材料有良好的强度和延展性，能适合地基变形能力而不影响排水性能。

3）排水板断面尺寸小，施打排水板过程中对地基扰动小。

4）施工速度快，工效高，施工造价低。

综上所述，从技术和经济上考虑，塑料排水板施工方案优于排水砂井。

五、结论及建议

通过本工程实际施工情况看，排水砂井在打设过程中易产生缩径、断桩等现象，存在影响施工质量的因素比较多，施工质量较难控制，而且完工后无法对质量情况进行检测评估等诸多，即使砂井在施工时能形成完整的桩体，但当地面荷载较大时，软土层所产生侧向变形会使砂井遭受剪切破坏，从而失去排水固结功能。尤其对于含水量较高的软土地基处理，应慎重选用普通排水砂井作为排水固结施工方案。相比之下，排水板施工具有良好的强度和延展性，能适应地基变形能力而不影响排水能力；具有打设效率高、对土体扰动小等特点，适用于大部分软土地基加固。

地基处理方法多种多样，每一种处理方法都有它的适用范围和局限性，工程设计应根据工程具体特点，从可行的几种地基处理方法中，经过技术和经济的比选，确定最优的地基处理方案。

参考文献：

1、《排水固结加固软基技术指南》，人民交通出版社

    2、《水运工程塑料排水板应用技术规程》JTS-206-1-2009，国家行业标准。