论文部分内容阅读
新近吹填淤泥是指原位海积或湖积淤泥经水力重塑和颗粒重新分选后、土颗粒自重沉积尚未完成、颗粒结构极松散、含水率极高(85%-150%、甚至大于150%)、处于悬浮状态或流动状态的吹填淤泥。该类地基目前主要采用“二次处理技术”进行加固—即‘先采用浅表层快速加固技术(属于无砂垫层真空预压技术)对新近吹填淤泥地基浅表层土体进行预处理30天的同时,水力吹填厚度为1.0m左右的中(粉)细砂垫层并机械铺设(吹填)厚度为0.5m左右的中粗砂排水垫层,待真空恒载满45天后卸载,此时的地基便能作为承载排水板施工设备的工作平台,然后采用传统真空预压技术或真空联合堆载预压技术对地基深层土体进行处理”。新近吹填淤泥地基须进行二次处理的主要原因有两方面:(1)新近吹填淤泥地基承载力为零,无法直接承受任何地基处理施工机械设备(如推土机、插板机等);(2)新近吹填淤泥中黏粒(d≤0.005mm)含量高、白重落淤慢,强亲水矿物含量高、土体所吸附的结合水多。现行规范中塑料排水板的相关性能指标(包括排水性能指标和材料强度指标)与新近吹填淤泥这种固有的工程特性不相适宜。工程实践表明,后一方面的原因直接导致:新近吹填淤泥地基浅表层快速加固过程中,竖向排水井的淤堵问题非常严重,排水效率急剧降低;竖向排水井之间的土体强度很不均匀,土体强度增长十分有限;地基有效加固深度小、承载力低;地基表面形成许多以竖向排水井为中心的“土柱”,不均匀沉降非常明显。因此,经典的砂井地基固结理论和目前已有的砂井地基强度增长计算方法不完全适用于该类地基。本文首先对中国大陆不同区域的新近吹填淤泥的工程特性进行了系统、全面地总结和分析,并依托实际工程开展了不同形式真空预压排水系统现场对比试验研究,探讨了该类地基的负压传递特性及分布模式,建立了相应的真空固结理论;然后,针对该类地基的排水固结特点,推导出其土体强度增长计算公式,并通过实际工程对其合理性进行了验证;最后,针对上述二次处理的两方面真正原因,有针对性地开展了试验研究,研发出了新型大面积砂被垫层工艺技术和新近吹填淤泥地基加固新技术,为新近吹填淤泥地基成功实现一次性排水固结处理的提供了新思路。本文的研究结论概括如下:(1)中国大陆不同区域的新近吹填淤泥是疏浚淤泥处于动水沉积阶段和静水沉积阶段的产物,沉积于出水口附近及远离出水口的区域,由较细颗粒物质和极细颗粒物质组成,其孔隙特征主要以孤立孔隙和粒间孔隙为主,其微观结构特征主要以紊流状和粒状镶嵌结构为主。新近吹填淤泥中的黏粒(d<0.005mm)含量和强亲水矿物(伊利石、蒙脱石)含量都偏高;含水量均大于90%,且均大于1.5倍的液限;孔隙比均大于2.0;塑性指数基本大于20;液性指数基本大于2.0。这种极差的工程特性直接致使新近吹填淤泥地基采用传统真空预压技术加固(包括浅表层快速加固技术)时的固结变形特点与一般软基存在较大的差异,宏观上主要表现为竖向排水体出现严重的“弯折”现象以及细土颗粒向竖向排水体周围移动出现严重的“土柱”现象。(2)新近吹填淤泥地基采用传统真空预压技术(包括浅表层快速加固技术)加固过程中,整个排水系统内的负压损失程度较严重,最严重的高达57%;负压从竖井向其周围土体传递过程中的损失程度也非常严重,至少为67%。这是新近吹填淤泥地基真空预压加固后土体强度增长有限的主要原因。而且,新近吹填淤泥地基真空预压加固过程中,排水边界处的负压是非均匀分布的,水平排水垫层中的负压可考虑为随时间变化的线性衰减模式,而竖向排水体中的负压可考虑为随时间变化的非线性衰减模式。基于此建立了负压非均匀分布边界条件下的真空固结理论,并相应地给出了解析解。(3)基于有效应力原理和应力路径法对新近吹填淤泥地基排水固结的强度增长机制进行了定性分析,分析结果表明:地下水位线以上土体的强度增长规律和地下水位线以下的土体的强度增长规律是不尽相同的。并基于有效应力唯一性理论推导出新近吹填淤泥地基排水固结的强度增长计算公式,该计算公式全面考虑了真空荷载及其沿深度方向的衰减程度、外加荷载、地下水位等因素的影响,且依托实际工程对该计算公式进行了验证:按不排水剪强度考虑时,平均误差为8.0%;而按破坏面上的强度考虑时,平均误差为3.2%,因此,计算精度能满足工程要求。(4)新型大面积砂被工作垫层是一种大型的空间立体式结构,为透水性结构,包括扁平结构体、侧向复合式柔性结构体以及柱状结构体(流泥地基中无需设置)。该结构与下卧浮(流)泥地基构成一个整体的、具有较高承载力的承力体系,可以作为深层排水板施工设备的工作平台。该类垫层地基的承载机理主要体现为:似壳体效应(包括应力扩散效应与表层封闭效应)、侧向封闭效应(即侧限作用)、排水固结作用和竖向加筋作用(流泥地基中无该项作用)。该类垫层地基的破坏形式呈冲剪破坏特征。方案7(方案7/)(编织土工布规格为280g/m2)是最佳方案。基于推导出的承载力估算公式进行计算可知,方案7/垫层地基的临塑荷载为Pcr=146.4kPa。该类垫层地基服役过程中,需要做好插板施工过程中的清泥措施和排水措施。(5)现行规范中塑料排水板的相关性能指标(包括排水性能指标和材料强度指标)与高黏粒含量新吹填淤泥固有的工程特性不相适宜、且目前的真空预压设计时采用过快的真空荷载加载速率致使“土柱”现象过早的形成,这两方面共同导致了“新近吹填淤泥地基浅表层快速加固后,土体强度增长有限、有效加固深度小以及承载力仍无法满足建设用地需求。室内试验研究结果表明:新近吹填淤泥地基可采用由中等等效孔径(如O95为0.15mm)的反滤层和抗弯折性强的芯体组成的竖向排水体作为竖向排水系统,以较快的真空荷载加载速率进行分级真空预压加固,从而实现一次性排水固结处理的目的。