淤泥质粘土层地基处理的两种设计方案比较

摘要：通过对淤泥质粘土层地基进行两种不同设计方案的效果比较，提出针对淤泥质粘土层地基进行处理的较理想方案。

关键词：淤泥质粘土；塑料排水板；堆载预压；真空预压

地基处理的方法有很多，不同的方法虽然也可以达到同样的目的，但是需要不同的设计和施工方案、不同的技术要求和不同的工期，因而需要不同的工程成本，方法选用不当，则达不到处理的目的。本文通过对淤泥质粘土层地基采用两种不同的处理设计方案而进行比较，得到对于淤泥质粘土层地基进行处理的较理想方案。

工程概况、地质条件和设计要求见文献[1]。

1塑料排水板堆载预压法对淤泥质粘土层地基的处理方案。

采用塑料排水板堆载预压法计算的地基总沉降量由原河床以下沉降和回填土压缩量组成，共计145.8cm，沉降完成后，地面因沉降，标高由7.200m降到5.700m左右，与竣工时所要求的标高5.600m基本一致，详见文献[1]。

2塑料排水板真空预压法对淤泥质粘土层地基的处理方案。

2.1 真空预压加固原理

真空预压法加固原理如图1所示，将不透气的薄膜铺设在需加固的软基表面砂垫层上，软基中设塑料排水板等竖向排水通道，借助射流泵和埋设在砂垫层中的滤管，将膜下土体间的空气抽出，形成真空，使土体在膜内外压差作用下排水固结。与堆载预压法不同，在膜内外压差作用下，使土体近似产生等向固结，土体向内收缩变形，不会产生剪切变形，因此土体稳定性有保证，而堆载预压往往由于产生过大的剪切变形使土体失稳。另外，真空预压法预压时间较堆载预压法短。其缺点是造价较高，工艺更复杂，不易保证膜下的真空度。

图1 真空预压法原理图

2.2 真空预压加固设计计算

2.2.1、原河床以下沉降量计算

计算剖面仍如图2.1所示（见文献[1]），只是150cm的填土荷载改为真空度荷载，设计要求膜下真空度不低于80kPa。因此原河床面所承受的荷载为：80+16×5.2+20×0.5=173.2 kPa。在此荷载作用下。原河床以下的沉降仍按分层总和法计算，经计算沉降为186.7cm。

2.2.2原河床以下固结度计算

塑料排水板参数仍如前所述，按第二章同样的方法计算原河床以下固结度。计算结果如表1、图2和图3所示。由于计算时荷载基本按瞬时施加，实际荷载作用有滞后现象，因前期计算的固结度和沉降量可能偏大，亦即前期沉降实际发展速率要小于计算值。

从计算结果来看，预压三个月后，地基固结度将在90%以上，完成沉降量172.9cm，剩余沉降小于15cm，能满足设计要求。

2.2.3 填土层沉降量计算

同样只计算回填淤泥质土层的压缩量，其上作用的荷载除50cm的砂垫层外，还有80 kPa的真空荷载，因此总荷载为90 kPa，由此可得5.2m厚回填土的压缩量为：

2.2.4 地基总沉降量计算

要求原河床以下地基完成90%以上的沉降，即168cm。地基总沉降量由原河床以下沉降和回填土层的压缩量组成，共计197.3cm。地基沉降后，需分层回填宕渣至设计要求的标高5.600m，地基沉降前标高为5.700m，因此沉降后需回填的土层厚度为1.873m，约1.9m。由于回填的1.9m厚宕渣荷载小于地基曾经承担的荷载（真空荷载80 kPa），因此回填时不会再引起地基的沉降。相对欲回填土荷载，地基实际上已经受过超载预压过程，因此地基后期沉降相对于堆载预压来说更容易得到控制。

2.3 真空预压加固方案设计

2.3.1 剖面设计

塑料排水板设计参数与堆载预压法相同，标准处理剖面如图4所示。为确保地基内部的气密性，要求临河侧打两排水泥搅拌桩（可不掺水泥或掺入5%~8%的水泥），桩径700，间距500，搭接200，桩长10m。

2.3.2 施工流程

原河道回填至5.200m标高后，将地表平整；然后用推土机或人工或人工铺设50cm厚的砂垫层；打设塑料排水板；在砂垫层内埋设滤管；在加固区四周用机械或人工开挖沟槽；完成上述工序后即可进行薄膜铺设，薄膜面积应大于加固区，薄膜铺设完毕即可回填软粘土，使薄膜四周严密地埋入土中，以保证机密性；将膜下管道伸出薄膜，与射流泵相连，装上真空表，接通电源，即可进行抽气。预压结束后，分层碾压回填宕渣至设计标高5.600m。

3两种方案的比较

通过上述计算分析，将两方案归纳比较如表2所示。从表中可知，每种方案均切实可行，各有优缺点。考虑到真空预压法成本较高、工艺复杂，建议采用堆载预压法作为最终地基处理方法。

注：造价估算为粗略估计，仅供参考。估算价格按表中所列的工程量估计，不包括标高5.200以下回填土的费用。

4建议

通过以上计算分析，对该例地基处理提出以下建议：

（1）理论计算时回填土标高按5.200m、竣工时地表标高5.600m计算；

（2）地基可采用排水固结法进行处理，竖向排水通道采用较为经济的塑料排水板。塑料排水板处理深度以打穿3-1层淤泥质粘土层为标准控制，平均长度为16.7m，间距1.0m，正方形布置。

（3）采用堆载预压法较为经济，但工期略长，约需要5~6个月左右的预压期。堆载高度2.0m，其中砂垫层50cm，宕渣150cm。预压后地基沉降145.8cm，沉降结束后地表标高约5.700m，与竣工时所要求的标高基本一致，不必再卸载。为方便后续工序的施工，宕渣粒径应控制小于10cm；

（4）采用真空预压法可缩短预压时间，约3个月，但造价比堆载预压法高，预计要高出30%~40%以上。真空预压要求真空度不低于80KPa，砂垫层厚50cm。预压后地基沉降197.3cm，为达到设计竣工标高5.600cm，需回填厚约190cm宕渣。为确保加固区内的气密性，要求临河侧采用两排水泥搅拌桩，桩长10m，桩径700，间距500，可不掺水泥或少量掺水泥（掺入比约5%~5%）；

（5）从处理效果来看，真空预压法的处理效果比堆载预压法的处理效果比堆载预压法更易于控制，特别是能保证地基的稳定性。堆载预压法较为经济，但应重点注意加载过程中监测土体稳定性，如采用此法，则在加载时必须根据现场监测结果来确定加载的时间和数量。

（6）由于现场条件的复杂性、特别时缺少部分计算参数，如土层固结系数、回填土的物理力学参数，理论计算与实际有一定的偏差。因此，进行现场监测十分必要，需通过反分析现场实测资料，不断调整理论计算结果，指导现场施工，做到信息化施工。现场监测应以沉降观测、孔隙水压力观测和深层土体移观测为主，需由专业队伍制定详细监测方案予以实施。

5结束语

很多建筑工程的质量与地基处理有关，好的处理方法不仅能确保工程质量，还能节省投资和缩短建设工期，因此地基处理是建筑工程的重要组成部分，也是很多专业技术人员研究设计的重要课题。

参考文献：

[1]淤泥质粘土层地基处理的方案设计.绍兴文理学院学报，2005.8.

[2]GB50007-2002建筑地基基础设计规范.北京：中国建筑工业出版社，2002.

[3]高大钊.土力学与基础处理工程.北京：中国建筑工业出版社，1998.

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文