預排水動力固結法處理新近吹填土

河北建設勘察研究院有限公司河北省巖土工程技術研究中心聶慶科2013年4月于昆明預排水動力固結法(PDDCM)處理新近吹填土地基的機理與現(xiàn)場試驗

第一頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司第二頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司第三頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司預排水動力固結法（Pre-drainingDynamicConsolidationMethod-PDDCM)的基本原理“預排水動力固結法（Pre-drainPDDCM）”是將井點排水、動力碾壓及強夯聯(lián)合的一種綜合性軟土地基快速處理新技術。它吸收了三者的優(yōu)點，有機的結合并相互補充和促進。本技術的研究目的是如何將強夯動力固結技術應用于滲透系數(shù)極低、含水量很高的極軟弱的地基加固，使其能夠為吹填造地工程服務。第四頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司PDDCM其機理的核心是促使軟土排水，首先通過強制排水使軟土產(chǎn)生第一輪一定的滲透固結，再輔之以動力碾壓迫使一定的孔隙水排除，激發(fā)軟土產(chǎn)生第二輪的滲透固結，最終的強夯不僅可在軟土中激發(fā)出相當高的超孔隙水壓力（稱之為動力誘致孔隙水壓力），迫使土體中更多的孔隙水得以排出促成軟土第三輪滲透固結，該超孔隙水壓力還可觸發(fā)軟土結構產(chǎn)生新的變化（顆粒重新排列），從而使軟土具有長效的固結機制，最終達到提高軟土地基固結的目的。第五頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司井點降水----有三個作用：一是強制排除軟土中的水，降低地基中的地下水位，同時為動力碾壓和強夯動力固結的實施創(chuàng)造條件。二是盡快消除動力固結過程中的超孔隙水壓力。三是提高地基土強度。動力碾壓----有兩個作用，一是提高排水量和排水速度，促使土體滲透固結；二是提高一定深度的表層土的強度，為進一步的強夯動力固結創(chuàng)造條件。強夯動力固結----有兩個作用，一是提高地基土的強度，這是主要的；二是輔助提高地基土的排水量和排水速度，加速地基土的固結。第六頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司PPDCM法機理可概括為：

以排為主，以動促排；

排水是本，動力是輔；

排是內(nèi)因，動為外因；

無排莫動，排動相應；

第七頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司PPDCM的關鍵是排水，必須在軟土地基中設置強制排水設施，促使第一輪的滲透固結，否則不可能實現(xiàn)動力固結過程；PPDCM的動力碾壓應在預排水一定時間后進行，通過碾壓施加于軟土上的壓力促使水的排出，加速軟土的第二輪動力固結。碾壓能量和碾壓遍數(shù)需現(xiàn)場試驗確定；PPDCM的強夯作用不同于傳統(tǒng)意義的強夯，其壓密作用不是地基土強度提高的主因，“動載誘致滲透固結”，才是軟土地基強度提高的主因。強夯能量首先通過瞬時動力作用使局部土體骨架顆粒結構產(chǎn)生損傷，從而引起土骨架結構上的有效應力降低，土體內(nèi)超孔隙水壓力增長，由此引起“動載誘致滲透固結”，之后一段時間內(nèi)才完成壓密作用。PPDCM的強夯激發(fā)出的超孔隙水壓力增量可能達到的最大值不應超過強夯施加時的那一時刻土體中某點的“實時有效靜壓力”。并非是任何動載都可產(chǎn)生后效的固結壓密效果，動力固結的施工參數(shù)，合適的強夯能量、夯擊次數(shù)、夯擊遍數(shù)應通過試夯選擇。第八頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司每遍強夯之間的間隔時間控制及夯點移動的平面位置軌跡的設計均能影響PPDCM工法的加固效果，設計時應給予重視。夯錘的形狀、海邊工程的潮漲潮落對強夯動力固結效果具有一定影響。夯錘形狀建議盡可能選用“扁平”形狀，有利于夯擊應力向下均勻擴散，增大壓縮應力，減小剪切應力；低潮位是夯擊的最佳時刻，此時土體中有效應力最大，可激發(fā)出最大的超孔隙水應力，壓密固結的效果也會最大。第九頁，共五十五頁。試驗項目及過程第十頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司主要現(xiàn)場試驗如下：1真空井點降水試驗1）單井、單排井、多井及井深、井點間距、真空度等對降水效果的影響。2）利用數(shù)值模擬技術分析了井深、井點間距、真空度等對降水效果的影響。2利用室內(nèi)土工試驗模擬了在循環(huán)荷載和沖擊荷載作用下的吹填軟土的應力應變變化規(guī)律；3PPDCM現(xiàn)場試驗與測試4砂樁+PPDCM的現(xiàn)場試驗與測試第十一頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司試驗是結合東營某電廠進行，廠區(qū)吹填面積為380000m2，組合場地及臨建場地為2700000m2，共計650000m2。試驗分兩個區(qū)域，第1階段試驗區(qū)面積為30m40m，第2階段試驗區(qū)面積為20m50m。第十二頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司1、現(xiàn)場勘察資料表明，場地上部地層主要為近期吹填的軟土層，其塑限、液限和塑性指數(shù)分別為wP=20.2%,wL=28.9%,IP=8.7，屬于粉土。厚度一般在3.0m~3.5m之間，平均厚度約3.3m。。2、現(xiàn)場軟土的含水量為w=31.8%,重度為21.2kN/m3。結合液塑限試驗結果，液性指數(shù)IL=1.33，為流塑狀態(tài)。3、根據(jù)常水頭室內(nèi)滲透試驗，測定的滲透系數(shù)為k=1.8104cm/s。第十三頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司

輕型井點及監(jiān)測點布置第十四頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司深層位移監(jiān)測點第十五頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司孔隙水壓力的埋設第十六頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司水位管的埋設第十七頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司自行設計的新型井點管特點是：過濾效果好，出水量大、不於井。第十八頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司預排水過程第十九頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司單位時間出水量隨時間的變化過程

出水量隨時間的累積變化過程停止抽水19.5小時開始換舊泵抽水停止抽水19.5小時開始換舊泵抽水重新開始抽水第二十頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司

水位隨時間的變化過程第二十一頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司降水前降水后第二十二頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司履帶式推土機碾壓第二十三頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司

用自重為50t的夯機進行碾壓第二十四頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司二次碾壓一次碾壓三次碾壓抽水時間（h）碾壓的作用下單位時間出水量變化出水量（m3/h）第二十五頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司加固前靜力觸探試驗結果

降水、碾壓后靜力觸探試驗結果第二十六頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司強夯過程第二十七頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司強夯誘致的滲透固結

（夯坑內(nèi)開始出水）第二十八頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司

強夯誘致的滲透固結第二十九頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司第1遍強夯后的場地第三十頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司第2遍強夯后的場地第三十一頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司強夯過程中單位時間出水量隨時間變化第1遍強夯后第2遍強夯后第3遍強夯后第三十二頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司孔壓觀測孔K1第1遍強夯后第2遍強夯后第3遍強夯后第三十三頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司

孔壓觀測孔K2第1遍強夯后第2遍強夯后第3遍強夯后第三十四頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司

孔隙水壓力沿徑向距離分布水平距離6m第三十五頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司夯點中心孔隙水壓力變化曲線深度5m第三十六頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司

強夯過程中不同深度沉降隨時間變化

第1遍強夯后（700KNm)第2遍強夯前（1000KNm)第3遍強夯前(800kNm)第三十七頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司三軸沖擊試驗第三十八頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司第三十九頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司1相同的沖擊力和沖擊次數(shù)的情況下，土樣的側向約束越大，則軸向沖擊變形量也就越小，沖擊后土樣的抗剪強度普遍較高。2

不一定是沖擊累積軸向變形量越大沖擊后土樣的抗剪切能力越強。沖擊變形量對抗剪強度的影響，還取決于軸向變形能力與側向約束能力的聯(lián)合作用，不能僅從軸向變形量一方面盲目判斷剪應力強度提高的大小。

對PPDCM的指導意義---在軟土地基上，不能盲目的以增加夯擊能，或增加夯沉量，以期提高夯擊后的土體強度，在夯擊能過大的情況下，由于土體的結構可能遭到了破壞，未必就達到了較好的夯實效果。第四十頁，共五十五頁。處理效果第四十一頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司施工工況說明地表累積沉降量(cm)地表沉降增加量(cm)降水及碾壓17.817.8第1遍強夯31.513.7第2遍強夯39.68.1第3遍滿夯50.811.2

地表沉降變化情況第四十二頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司土樣類型含水量w(%)重度

(kN/m3)干密度d(g/cm3)孔隙比e液性指數(shù)IL狀態(tài)原始土樣31.820.51.560.741.33流塑狀態(tài)降水60cm22.719.71.610.680.29可塑狀態(tài)降水120cm23.519.81.600.690.38可塑狀態(tài)碾壓后表層8.8

硬塑狀態(tài)強夯后22.520.61.680.610.26可塑狀態(tài)現(xiàn)場土物理指標的變化第四十三頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司

不同工況下的e-logp曲線彎曲點第四十四頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司

抗剪強度包線及擬合方程第四十五頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司靜力觸探和現(xiàn)場荷載板試驗結果表明，處理后地基土的強度得到明顯改善，深度5m范圍內(nèi)土層的平均錐尖阻力達到4.0-4.5MPa以上，加固深度和加固效果非常明顯。地基承載力特征值可達到150kPa以上。第四十六頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司降水+碾壓+3遍強夯降水+碾壓+1遍強夯靜力觸探試驗結果降水+碾壓第四十七頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司第四十八頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司荷載試驗p-s曲線第四十九頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司

時間效應第五十頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司不同時間的靜力觸探結果第五十一頁，共五十五頁。

2008年8月（5個月后）載荷試驗結果fa=180kpa河北建設勘察研究院有限公司第五十二頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司其他成果：獲得了5項發(fā)明專利；建工出版社出版了專著《新近吹填土地基處理新技術與工程實踐》；發(fā)表了十余篇論文。參編了國家標準《吹填土地基處理規(guī)范》第五十三頁，共五十五頁。河北建設勘察研究院有限公司謝謝！第五十四頁，共五十五頁。內(nèi)容總結河北建設勘察研究院有限公司。河北建設勘察研究院有限公司?！邦A排水動力固結法（Pre-drai