大面积吹填陆域地基处理技术应用研究

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吹填陆域作为围海造陆工程中最主要的陆域形式,发展吹填陆域是解决沿海城市经济发展需要与建设用地不足矛盾的有效途径,对于缓解我国人均土地面积短缺、疏浚海运航道等现实问题也有着重要意义。采用吹填陆域地基处理技术对吹填场地进行地基处理,是吹填陆域交付使用的前提,如何选择合理的吹填陆域地基处理技术有效加固吹填土地基一直是国内外学者研究的重难点。本文依托山东某人工岛(一期)地基处理工程,采用现场试验对大面积复杂吹填陆域的地基处理方法展开研究,并对“千层饼区”现场试验过程出现降水难的问题,提出明盲结合降水强夯法,利用有限差分软件FLAC3D建立数值模型,对该新工艺的加固效果进行系统的分析研究,主要的研究内容和成果如下:(1)根据吹填场地土层性质和土层分布特征,分析吹填料、吹填工艺、水力重力分选性和吹填口布设位置等因素对吹填土层分布特征的影响规律。结果表明:吹填场地根据土层分布情况可划分为砂土区、软土区和“千层饼区”,其分别对应的吹填位置为吹填口、冲淤区和回淤区,根据上述吹填陆域土层分布特征,可用于初步判断大面积吹填场地地质情况,具有一定的工程实用性。(2)基于吹填场地土层分布特征,通过对地基处理技术的适用性分析研究,提出在砂土区选用高能级强夯法,软土区选用直排式覆水真空预压法和“千层饼区”选用降水强夯法分别进行现场试验研究。结果表明:处理后,砂土区和“千层饼区”承载力特征值达到了120 k Pa且有效消除了饱和砂土和饱和粉土液化势,软土区承载力特征值达到了80 k Pa、十字板剪切强度平均值达到了15 k Pa且土体固结度在95%以上,各项指标均满足设计要求值,论证了选用的吹填陆域地基处理技术的适用性,确定了吹填陆域地基处理技术方案及设计参数,为人工岛(二期)地基处理工程加固方案提供实际指导意义,也可为类似吹填陆域选择地基处理技术提供参考意义。(3)针对强夯法处理吹填陆域时软土层和高地下水位对加固效果的影响进行试验研究,分析了砂土区中无软土层、表层软土层、中间软土层和下卧软土层对强夯加固效果的影响规律,和降水与未降水对强夯加固效果的影响规律。结果表明:软土层会明显阻碍夯击能传递,软土层分布位置不同对强夯加固效果影响程度不同,软土层分布越深,夯击能穿透软土层后衰减越大,建议当软土层较浅时,可通过增大强夯能级提高有效加固深度,当软土层较深时,通过增大强夯能级提高有效加固深度并不适宜,此时应选取其他地基处理方式;高地下水位会明显损耗夯击能,建议在高地下水位吹填陆域采用强夯处理时,应采取降水措施,为强夯法处理含软土层和高地下水位的吹填陆域地基提供了重要的实践依据。(4)采用降水强夯法处理“千层饼区”现场试验过程中,部分区域出现管井降水难的问题,本文提出“明盲结合降水强夯法”一种新工艺处理此类地基,运用有限差分软件FLAC3D建立明盲结合降水强夯法动态模拟数值模型,模拟连续夯击试验,得到孔隙水压力、土层有效应力和位移沉降变化规律。结果表明:在一次夯击周期过程中,当冲击荷载结束后,土体内孔隙水压力与有效应力变化规律符合太沙基有效应力原理,论证了数值模型的合理性。在多次夯击过程中,单击沉降量逐渐减小趋于稳定,证明夯击次数并不是越多越好,存在一个最优夯击次数,可满足加固效果的情况下同时保障工程的经济高效。在多次夯击过程中,相比较无排水沟一侧,临近明盲排水沟一侧的孔隙水压力数值更小,土体有效应力数值更大、影响范围也更广,证明明盲排水沟可加速孔隙水压力消散,增加土体水平和竖直方向加固范围,建议在降水强夯法中可用明盲排水沟作为新的排水体系,增强降水强夯法的加固效果,为明盲结合降水强夯法工程应用提供了重要的理论基础。
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