預(yù)排水動(dòng)力固結(jié)法處理新近吹填土

河北建設(shè)勘察研究院有限公司河北省巖土工程技術(shù)研究中心聶慶科2013年4月于昆明預(yù)排水動(dòng)力固結(jié)法(PDDCM)處理新近吹填土地基的機(jī)理與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

第一頁(yè)，共五十五頁(yè)。河北建設(shè)勘察研究院有限公司第二頁(yè)，共五十五頁(yè)。河北建設(shè)勘察研究院有限公司第三頁(yè)，共五十五頁(yè)。河北建設(shè)勘察研究院有限公司預(yù)排水動(dòng)力固結(jié)法（Pre-drainingDynamicConsolidationMethod-PDDCM)的基本原理“預(yù)排水動(dòng)力固結(jié)法（Pre-drainPDDCM）”是將井點(diǎn)排水、動(dòng)力碾壓及強(qiáng)夯聯(lián)合的一種綜合性軟土地基快速處理新技術(shù)。它吸收了三者的優(yōu)點(diǎn)，有機(jī)的結(jié)合并相互補(bǔ)充和促進(jìn)。本技術(shù)的研究目的是如何將強(qiáng)夯動(dòng)力固結(jié)技術(shù)應(yīng)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?yàn)榇堤钤斓毓こ谭?wù)。第四頁(yè)，共五十五頁(yè)。河北建設(shè)勘察研究院有限公司PDDCM其機(jī)理的核心是促使軟土排水，首先通過(guò)強(qiáng)制排水使軟土產(chǎn)生第一輪一定的滲透固結(jié)，再輔之以動(dòng)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(jié)，最終的強(qiáng)夯不僅可在軟土中激發(fā)出相當(dāng)高的超孔隙水壓力（稱之為動(dòng)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(jié)，該超孔隙水壓力還可觸發(fā)軟土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生新的變化（顆粒重新排列），從而使軟土具有長(zhǎng)效的固結(jié)機(jī)制，最終達(dá)到提高軟土地基固結(jié)的目的。第五頁(yè)，共五十五頁(yè)。河北建設(shè)勘察研究院有限公司井點(diǎn)降水----有三個(gè)作用：一是強(qiáng)制排除軟土中的水，降低地基中的地下水位，同時(shí)為動(dòng)力碾壓和強(qiáng)夯動(dòng)力固結(jié)的實(shí)施創(chuàng)造條件。二是盡快消除動(dòng)力固結(jié)過(guò)程中的超孔隙水壓力。三是提高地基土強(qiáng)度。動(dòng)力碾壓----有兩個(gè)作用，一是提高排水量和排水速度，促使土體滲透固結(jié)；二是提高一定深度的表層土的強(qiáng)度，為進(jìn)一步的強(qiáng)夯動(dòng)力固結(jié)創(chuàng)造條件。強(qiáng)夯動(dòng)力固結(jié)----有兩個(gè)作用，一是提高地基土的強(qiáng)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(jié)。第六頁(yè)，共五十五頁(yè)。河北建設(shè)勘察研究院有限公司PPDCM法機(jī)理可概括為：

以排為主，以動(dòng)促排；

排水是本，動(dòng)力是輔；

排是內(nèi)因，動(dòng)為外因；

無(wú)排莫?jiǎng)?，排?dòng)相應(yīng)；

第七頁(yè)，共五十五頁(yè)。河北建設(shè)勘察研究院有限公司PPDCM的關(guān)鍵是排水，必須在軟土地基中設(shè)置強(qiáng)制排水設(shè)施，促使第一輪的滲透固結(jié)，否則不可能實(shí)現(xiàn)動(dòng)力固結(jié)過(guò)程；PPDCM的動(dòng)力碾壓應(yīng)在預(yù)排水一定時(shí)間后進(jìn)行，通過(guò)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(dòng)力固結(jié)。碾壓能量和碾壓遍數(shù)需現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定；PPDCM的強(qiáng)夯作用不同于傳統(tǒng)意義的強(qiáng)夯，其壓密作用不是地基土強(qiáng)度提高的主因，“動(dòng)載誘致滲透固結(jié)”，才是軟土地基強(qiáng)度提高的主因。強(qiáng)夯能量首先通過(guò)瞬時(shí)動(dòng)力作用使局部土體骨架顆粒結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷，從而引起土骨架結(jié)構(gòu)上的有效應(yīng)力降低，土體內(nèi)超孔隙水壓力增長(zhǎng)，由此引起“動(dòng)載誘致滲透固結(jié)”，之后一段時(shí)間內(nèi)才完成壓密作用。PPDCM的強(qiáng)夯激發(fā)出的超孔隙水壓力增量可能達(dá)到的最大值不應(yīng)超過(guò)強(qiáng)夯施加時(shí)的那一時(shí)刻土體中某點(diǎn)的“實(shí)時(shí)有效靜壓力”。并非是任何動(dòng)載都可產(chǎn)生后效的固結(jié)壓密效果，動(dòng)力固結(jié)的施工參數(shù)，合適的強(qiáng)夯能量、夯擊次數(shù)、夯擊遍數(shù)應(yīng)通過(guò)試夯選擇。第八頁(yè)，共五十五頁(yè)。河北建設(shè)勘察研究院有限公司每遍強(qiáng)夯之間的間隔時(shí)間控制及夯點(diǎn)移動(dòng)的平面位置軌跡的設(shè)計(jì)均能影響PPDCM工法的加固效果，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)給予重視。夯錘的形狀、海邊工程的潮漲潮落對(duì)強(qiáng)夯動(dòng)力固結(jié)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(yīng)力向下均勻擴(kuò)散，增大壓縮應(yīng)力，減小剪切應(yīng)力；低潮位是夯擊的最佳時(shí)刻，此時(shí)土體中有效應(yīng)力最大，可激發(fā)出最大的超孔隙水應(yīng)力，壓密固結(jié)的效果也會(huì)最大。第九頁(yè)，共五十五頁(yè)。試驗(yàn)項(xiàng)目及過(guò)程第十頁(yè)，共五十五頁(yè)。河北建設(shè)勘察研究院有限公司主要現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)如下：1真空井點(diǎn)降水試驗(yàn)1）單井、單排井、多井及井深、井點(diǎn)間距、真空度等對(duì)降水效果的影響。2）利用數(shù)值模擬技術(shù)分析了井深、井點(diǎn)間距、真空度等對(duì)降水效果的影響。2利用室內(nèi)土工試驗(yàn)?zāi)M了在循環(huán)荷載和沖擊荷載作用下的吹填軟土的應(yīng)力應(yīng)變變化規(guī)律；3PPDCM現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與測(cè)試4砂樁+PPDCM的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與測(cè)試第十一頁(yè)，共五十五頁(yè)。河北建設(shè)勘察研究院有限公司試驗(yàn)是結(jié)合東營(yíng)某電廠進(jìn)行，廠區(qū)吹填面積為380000m2，組合場(chǎng)地及臨建場(chǎng)地為2700000m2，共計(jì)650000m2。試驗(yàn)分兩個(gè)區(qū)域，第1階段試驗(yàn)區(qū)面積為30m40m，第2階段試驗(yàn)區(qū)面積為20m50m。第十二頁(yè)，共五十五頁(yè)。河北建設(shè)勘察研究院有限公司1、現(xiàn)場(chǎng)勘察資料表明，場(chǎng)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(chǎng)軟土的含水量為w=31.8%,重度為21.2kN/m3。結(jié)合液塑限試驗(yàn)結(jié)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(yàn)，測(cè)定的滲透系數(shù)為k=1.8104cm/s。第十三頁(yè)，共五十五頁(yè)。河北建設(shè)勘察研究院有限公司

輕型井點(diǎn)及監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置第十四頁(yè)，共五十五頁(yè)。河北建設(shè)勘察研究院有限公司深層位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)第十五頁(yè)，共五十五頁(yè)。河北建設(shè)勘察研究院有限公司孔隙水壓力的埋設(shè)第十六頁(yè)，共五十五頁(yè)。河北建設(shè)勘察研究院有限公司水位管的埋設(shè)第十七頁(yè)，共五十五頁(yè)。河北建設(shè)勘察研究院有限公司自行設(shè)計(jì)的新型井點(diǎn)管特點(diǎn)是：過(guò)濾效果好，出水量大、不於井。第十八頁(yè)，共五十五頁(yè)。河北建設(shè)勘察研究院有限公司預(yù)排水過(guò)程第十九頁(yè)，共五十五頁(yè)。河北建設(shè)勘察研究院有限公司單位時(shí)間出水量隨時(shí)間的變化過(guò)程

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

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

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

降水、碾壓后靜力觸探試驗(yàn)結(jié)果第二十六頁(yè)，共五十五頁(yè)。河北建設(shè)勘察研究院有限公司強(qiáng)夯過(guò)程第二十七頁(yè)，共五十五頁(yè)。河北建設(shè)勘察研究院有限公司強(qiáng)夯誘致的滲透固結(jié)

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

強(qiáng)夯誘致的滲透固結(jié)第二十九頁(yè)，共五十五頁(yè)。河北建設(shè)勘察研究院有限公司第1遍強(qiáng)夯后的場(chǎng)地第三十頁(yè)，共五十五頁(yè)。河北建設(shè)勘察研究院有限公司第2遍強(qiáng)夯后的場(chǎng)地第三十一頁(yè)，共五十五頁(yè)。河北建設(shè)勘察研究院有限公司強(qiáng)夯過(guò)程中單位時(shí)間出水量隨時(shí)間變化第1遍強(qiáng)夯后第2遍強(qiáng)夯后第3遍強(qiáng)夯后第三十二頁(yè)，共五十五頁(yè)。河北建設(shè)勘察研究院有限公司孔壓觀測(cè)孔K1第1遍強(qiáng)夯后第2遍強(qiáng)夯后第3遍強(qiáng)夯后第三十三頁(yè)，共五十五頁(yè)。河北建設(shè)勘察研究院有限公司

孔壓觀測(cè)孔K2第1遍強(qiáng)夯后第2遍強(qiáng)夯后第3遍強(qiáng)夯后第三十四頁(yè)，共五十五頁(yè)。河北建設(shè)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(yè)，共五十五頁(yè)。河北建設(shè)勘察研究院有限公司夯點(diǎn)中心孔隙水壓力變化曲線深度5m第三十六頁(yè)，共五十五頁(yè)。河北建設(shè)勘察研究院有限公司

強(qiáng)夯過(guò)程中不同深度沉降隨時(shí)間變化

第1遍強(qiáng)夯后（700KNm)第2遍強(qiáng)夯前（1000KNm)第3遍強(qiáng)夯前(800kNm)第三十七頁(yè)，共五十五頁(yè)。河北建設(shè)勘察研究院有限公司三軸沖擊試驗(yàn)第三十八頁(yè)，共五十五頁(yè)。河北建設(shè)勘察研究院有限公司第三十九頁(yè)，共五十五頁(yè)。河北建設(shè)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(cè)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(qiáng)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(qiáng)。沖擊變形量對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響，還取決于軸向變形能力與側(cè)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(yīng)力強(qiáng)度提高的大小。

對(duì)PPDCM的指導(dǎo)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(qiáng)度，在夯擊能過(guò)大的情況下，由于土體的結(jié)構(gòu)可能遭到了破壞，未必就達(dá)到了較好的夯實(shí)效果。第四十頁(yè)，共五十五頁(yè)。處理效果第四十一頁(yè)，共五十五頁(yè)。河北建設(shè)勘察研究院有限公司施工工況說(shuō)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(qiáng)夯31.513.7第2遍強(qiáng)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(yè)，共五十五頁(yè)。河北建設(shè)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(qiáng)夯后22.520.61.680.610.26可塑狀態(tài)現(xiàn)場(chǎng)土物理指標(biāo)的變化第四十三頁(yè)，共五十五頁(yè)。河北建設(shè)勘察研究院有限公司

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

抗剪強(qiáng)度包線及擬合方程第四十五頁(yè)，共五十五頁(yè)。河北建設(shè)勘察研究院有限公司靜力觸探和現(xiàn)場(chǎng)荷載板試驗(yàn)結(jié)果表明，處理后地基土的強(qiáng)度得到明顯改善，深度5m范圍內(nèi)土層的平均錐尖阻力達(dá)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(dá)到150kPa以上。第四十六頁(yè)，共五十五頁(yè)。河北建設(shè)勘察研究院有限公司降水+碾壓+3遍強(qiáng)夯降水+碾壓+1遍強(qiáng)夯靜力觸探試驗(yàn)結(jié)果降水+碾壓第四十七頁(yè)，共五十五頁(yè)。河北建設(shè)勘察研究院有限公司第四十八頁(yè)，共五十五頁(yè)。河北建設(shè)勘察研究院有限公司荷載試驗(yàn)p-s曲線第四十九頁(yè)，共五十五頁(yè)。河北建設(shè)勘察研究院有限公司

時(shí)間效應(yīng)第五十頁(yè)，共五十五頁(yè)。河北建設(shè)勘察研究院有限公司不同時(shí)間的靜力觸探結(jié)果第五十一頁(yè)，共五十五頁(yè)。

2008年8月（5個(gè)月后）載荷試驗(yàn)結(jié)果fa=180kpa河北建設(shè)勘察研究院有限公司第五十二頁(yè)，共五十五頁(yè)。河北建設(shè)勘察研究院有限公司其他成果：獲得了5項(xiàng)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(shù)與工程實(shí)踐》；發(fā)表了十余篇論文。參編了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《吹填土地基處理規(guī)范》第五十三頁(yè)，共五十五頁(yè)。河北建設(shè)勘察研究院有限公司謝謝！第五十四頁(yè)，共五十五頁(yè)。內(nèi)容總結(jié)河北建設(shè)勘察研究院有限公司。河北建設(shè)勘察研究院有限公司?！邦A(yù)排水動(dòng)力固結(jié)法（Pre-drai