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地基學(xué)院 | 巖土GMBA課程總結(jié),大面積軟弱地基處理方法-動力排水固結(jié)法

2025-08-14 3195 0

2025年8月2日至3日,地基學(xué)院巖土GMBA班在北京成功舉辦為期兩天的系列課程。本次課程設(shè)置3個主題內(nèi)容,分別從巖土工程綠色低碳技術(shù)的研究與應(yīng)用》《大面積軟弱地基處理技術(shù)研究與實(shí)踐》《既有建筑地下空間抗浮加固和滲漏治理》解鎖新技術(shù),特邀行業(yè)大師和權(quán)威專家授課,兩天的課程通過案例剖析、技術(shù)拆解與互動研討,讓學(xué)員在沉浸式學(xué)習(xí)中掌握前沿技術(shù)動態(tài)與實(shí)戰(zhàn)方法論,為推動巖土工程領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展注入新動能。

大面積軟弱地基處理方法-動力排水固結(jié)法

NEWS

動力排水固結(jié)法總結(jié)

一、技術(shù)定義

動力排水固結(jié)法是通過輕型井點(diǎn)、真空管井、泵吸等措施主動抽排降低場地地下水位,或在飽和軟土中設(shè)置豎向排水體(如塑料排水板、袋裝砂井等),并利用強(qiáng)夯、沖壓等動力作用促使土體加速排水壓密固結(jié)的地基處理方法。其核心是 “排水”(條件和措施)與 “固結(jié)”(目的和結(jié)果)。

二、技術(shù)現(xiàn)狀

  1. 特點(diǎn):個性化、專利化特征明顯;實(shí)踐先于理論,設(shè)計(jì)多依賴工程類比或經(jīng)驗(yàn);應(yīng)用邏輯為 “試驗(yàn) - 設(shè)計(jì) - 施工 - 監(jiān)測 - 檢驗(yàn)”。
  2. 核心邏輯:通過排水體系(豎向排水體 + 水平排水體)和動力荷載(強(qiáng)夯等)結(jié)合,加速孔隙水消散,實(shí)現(xiàn)土體固結(jié)。

三、技術(shù)特點(diǎn)

  1. 創(chuàng)造夯擊條件:夯擊前通過降低地下水位或設(shè)置填土墊層,提供施工操作面。
  2. 排水體系適配:設(shè)置與加載系統(tǒng)匹配的排水通道(豎向排水體 + 水平排水體),確??紫端焖倥懦?。
  3. 保護(hù)土體結(jié)構(gòu):避免動力作用破壞軟黏土微結(jié)構(gòu),防止形成 “橡皮土”。
  4. 信息化施工:通過過程監(jiān)測控制施工質(zhì)量,減小差異沉降。

四、技術(shù)優(yōu)勢

對比維度動力排水固結(jié)法優(yōu)勢
與傳統(tǒng)強(qiáng)夯法彌補(bǔ)傳統(tǒng)強(qiáng)夯不適用于飽和軟黏土的缺陷,有效排除高壓孔隙水,改善軟黏土滲透性。
與靜力排水固結(jié)法簡化加壓系統(tǒng),縮短工期,減少次固結(jié)沉降,提高地基承載力。
與其他方法(如復(fù)合地基)充分利用巖土材料自身性能,無環(huán)境污染,造價(jià)相對低廉,施工便捷。

五、與傳統(tǒng)強(qiáng)夯法的區(qū)別

項(xiàng)目動力排水固結(jié)法傳統(tǒng)強(qiáng)夯法
適用范圍適用于高水位情況下、表層有碎石土 / 砂土 / 粉土覆蓋的飽和軟土地基。對于飽和度較高的軟土地基,適用于碎石土、砂土、黏性土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基。
加載系統(tǒng)夯擊前通過降水位或保證低級軟土頂面有施工墊層,利用靜力荷載、沖擊荷載及持續(xù)后效力作為加載系統(tǒng),施工沖擊力由小到大。先施加一定的靜荷載,改善地基的初始條件,再進(jìn)行強(qiáng)夯,使土體逐步適應(yīng)荷載變化依賴夯擊瞬間強(qiáng)大沖擊力,沖擊力先大后小。主要依靠重錘自由落體產(chǎn)生的巨大沖擊能來加固地基
加固順序與工藝先淺后深,遵循 “先輕后重、逐級加能、少擊多遍”,單擊夯擊能 500 - 3000kN?m。從淺層開始逐步加固,控制每次夯擊的能量和次數(shù),避免對土體造成過大破壞先深后淺,最后低能滿夯,單擊夯擊能 1000 - 25000kN?m,遍數(shù)少、擊數(shù)多。先利用高能級夯擊深層土體,再用低能級對淺層進(jìn)行滿夯處理
對土體結(jié)構(gòu)影響注重保護(hù)軟黏土的微結(jié)構(gòu),通過控制夯擊能量和排水過程,避免土體結(jié)構(gòu)過度破壞,使土體在排水固結(jié)過程中保持相對穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)狀態(tài),有利于強(qiáng)度的提高強(qiáng)大的初始沖擊力可能導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)尤其是軟黏土的結(jié)構(gòu)遭受較大破壞,在高飽和度軟土中易引發(fā)橡皮土現(xiàn)象,使土體強(qiáng)度降低,后續(xù)恢復(fù)時間長
排水措施設(shè)置豎向排水體(如塑料排水板、袋裝砂井)和水平排水體(如砂墊層、盲溝等),甚至采用主動抽排系統(tǒng)(輕型井點(diǎn)、真空管井),形成完善的排水體系,加速孔隙水排出一般情況下無專門的排水體系,僅依靠土體受夯擊產(chǎn)生的不規(guī)則裂縫排水,排水效率低,在軟土地基中難以滿足孔隙水快速排出的需求
加固效果特點(diǎn)能有效提高地基的均勻性,減少差異沉降。通過排水和逐級加能的夯擊,使地基各部分土體都能得到較好的加固,超固結(jié)超壓密狀態(tài)明顯,后續(xù)沉降小對非飽和土加固效果顯著,可大幅提高地基承載力,但在處理飽和軟土地基時,加固效果有限且不均勻,差異沉降控制難度較大


六、主要技術(shù)方法及實(shí)踐


1. 降排水強(qiáng)夯法:

通過輕型井點(diǎn)或真空管井降低地下水位,再結(jié)合 500KN.m - 4000kN?m 低能級強(qiáng)夯或沖擊壓實(shí)設(shè)備進(jìn)行動力夯實(shí),多遍次交錯作業(yè),一般處理深度 6 - 8m。

案例及試驗(yàn)成果:參考教材資料。

技術(shù)效果:

?加固影響深度一般小于6~8m;
? 上部硬殼層效應(yīng);
? 可消除上部砂土液化性能;
? 對深部飽和黏性土(淤泥和淤泥質(zhì)土)沒有加固效果或效果甚微。
? 淺層處理

適用條件:高水位情況下表層有一定厚度砂性土層(ks>10-5cm/s)的飽和軟土地基。


2. DPD 強(qiáng)夯法(專利技術(shù)):

工藝:施打砂石樁 + 鋪設(shè)墊層 + 強(qiáng)夯,分一次 / 二次處理。

效果:一次處理后地基承載力≥180kPa,二次處理≥280kPa;但砂石樁存在縮頸、成本高的問題。
缺陷:參考教材講義。


3. DCD 強(qiáng)夯法(專利技術(shù)):
改進(jìn):用塑料排水板替代砂石樁,提高排水效率和處理深度。
優(yōu)化方向具體效益
塑料排水板替代砂石樁排水效率提升 30%,成本降低 15%,處理深度增加 2~3m
材料多元化成本降低 20%~30%,減少地域供應(yīng)限制
二次處理工藝承載力提升 10%~15%,適應(yīng)更高工程要求
套管跟進(jìn)成樁成樁質(zhì)量合格率>90%,縮頸率<5%

備注:詳細(xì)內(nèi)容參考教材分析


4. 復(fù)合排水固結(jié)法:
技術(shù)定義與核心目標(biāo):
復(fù)合排水動力固結(jié)法是針對大面積軟弱地基 “二元” 地層結(jié)構(gòu)(上部吹填土 + 下部飽和黏性土),將動力固結(jié)法的夯擊機(jī)具與靜力固結(jié)法的排水體系有機(jī)結(jié)合,并輔以輕型井點(diǎn)、真空管井等主動抽排系統(tǒng),形成 “排水 + 動力” 協(xié)同作用的綜合處理方法。
其核心目標(biāo)是 同時加固上部吹填土層與下部飽和黏性土,實(shí)現(xiàn)加固深度大、工期短、造價(jià)低、處理效果好的技術(shù)效果,最終消除砂土液化、提高地基承載力、減少工后沉降。

技術(shù)特點(diǎn):

  • 復(fù)合排水體系

融合主動抽排(如輕型井點(diǎn)、真空管井)與被動排水通道(如塑料排水板、袋裝砂井),形成高效排水網(wǎng)絡(luò),加速孔隙水消散,解決傳統(tǒng)動力固結(jié)法排水不足的問題。
  • 動靜結(jié)合加載

結(jié)合軟土表面靜覆蓋壓力(砂墊層、填土層)與動力荷載(強(qiáng)夯、沖擊壓實(shí)),利用動力作用的瞬時沖擊和殘余后效促進(jìn)土體固結(jié),兼顧效率與效果。
  • 針對性解決 “二元” 地層問題

上部吹填土層:通過動力夯實(shí)消除液化、提高承載力;
下部飽和黏性土:通過排水體系加速固結(jié),減少工后沉降。
  • 避免 “橡皮土” 風(fēng)險(xiǎn)

控制夯擊能量由低到高,配合排水體系及時排出孔隙水,防止軟土結(jié)構(gòu)破壞導(dǎo)致的工程失效。

5. 輕井塑排加固法(專利技術(shù)):

技術(shù)思路:輕井塑排加固法是將深層淤泥處理常用的豎向排水通道(塑料排水板)與淺層輕型井點(diǎn)管搭接連通,形成 “輕井塑排井點(diǎn)”,通過淺層主動抽排與深部被動排水的有機(jī)結(jié)合實(shí)現(xiàn)復(fù)合排水,并結(jié)合強(qiáng)夯動力荷載促進(jìn)土體固結(jié)的復(fù)合排水動力固結(jié)方法。其核心目標(biāo)是突破傳統(tǒng)方法的局限:既避免塑料排水板強(qiáng)夯法導(dǎo)致的淺層 “橡皮土” 問題,又解決輕型井點(diǎn)降水結(jié)合強(qiáng)夯法處理深層軟土的技術(shù)瓶頸,實(shí)現(xiàn)對 “二元” 地層(上部吹填土 + 下部飽和軟黏土)的高效加固。


效果:試驗(yàn)加固深度達(dá) 10m,在4 - 6m 范圍效果最顯著,工期約 3 個月,比排水靜力固結(jié)法工期優(yōu)勢明顯(詳細(xì)內(nèi)容參考教材資料)。

技術(shù)缺陷:針對輕井塑排加固法中塑料排水板受輕型井點(diǎn)管制約導(dǎo)致間距過大、部分失效及深部處理效果有限的問題,結(jié)合規(guī)范要求(飽和黏性土塑料排水板間距宜為 0.7~1.3m)【詳細(xì)參考教材】。

6. 間接分級接力式排水固結(jié)法(專利技術(shù)):

核心:設(shè)置 “轉(zhuǎn)換層”(滲透性良好的連續(xù)土層),連接下部被動排水體(塑料排水板、袋裝砂井、砂樁等)與上部主動抽排系統(tǒng)(輕型井點(diǎn)、真空管井、等),實(shí)現(xiàn)分級接力排水。

優(yōu)勢:加固深度達(dá)排水板底,工期縮短(3 個月內(nèi)固結(jié)度≥85%),對深部飽和黏土處理效果顯著,承載力提高幅度達(dá) 5% - 10%。


轉(zhuǎn)換層功能:

轉(zhuǎn)換層的設(shè)置是本工法實(shí)施的關(guān)鍵,轉(zhuǎn)換層的主要功能和作用是實(shí)現(xiàn)軟弱地基下部靜力排水系統(tǒng)和上部主動抽排系統(tǒng)的空間轉(zhuǎn)換,使兩套排水系統(tǒng)形成間接連接、分級接力式的抽排體系,為軟弱地基中地下水的連續(xù)快速排出創(chuàng)造條件。


轉(zhuǎn)換層與砂墊層區(qū)別:

對比維度轉(zhuǎn)換層砂墊層
功能定位以 “空間轉(zhuǎn)換與接力排水” 為核心,連接深淺排水系統(tǒng)。以 “水平排水與施工墊層” 為核心,僅承擔(dān)表層排水功能。
排水路徑作用不僅是水平排水通道,更關(guān)鍵是打破深淺排水系統(tǒng)的布置制約(如輕型井點(diǎn)與排水板的間距獨(dú)立設(shè)計(jì)),使兩套系統(tǒng)靈活協(xié)同。僅作為豎向排水體與地表排水系統(tǒng)(如盲溝)的連接介質(zhì),無 “轉(zhuǎn)換” 作用。
適用場景主要用于 “二元” 地層(上部吹填土 + 下部飽和軟土)的復(fù)合排水動力固結(jié)法(如間接分級接力式排水固結(jié)法),尤其需處理深部軟土?xí)r。廣泛用于靜力排水固結(jié)法(如真空預(yù)壓、堆載預(yù)壓)及簡單動力固結(jié)法,適用于淺層排水需求。
與其他系統(tǒng)的協(xié)同需與豎向排水體(塑料排水板等)和上部主動抽排系統(tǒng)配合,形成 “深部被動排水→轉(zhuǎn)換層→淺層主動抽排” 的完整鏈條。主要與豎向排水體配合,將孔隙水引流至地表排水系統(tǒng),不涉及主動抽排系統(tǒng)的協(xié)同。
技術(shù)必要性是復(fù)合排水動力固結(jié)法的核心創(chuàng)新點(diǎn),沒有轉(zhuǎn)換層則無法實(shí)現(xiàn)深淺排水系統(tǒng)的高效接力,深部軟土處理效果大幅下降。是常規(guī)排水固結(jié)法的基礎(chǔ)措施,但可被其他水平排水體(如碎石墊層)替代,技術(shù)不可替代性較低。
轉(zhuǎn)換層實(shí)現(xiàn)的兩種方式:參考教材
七、設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)

排水體系設(shè)計(jì):

豎向排水體:選型、間距(0.7 - 1.3m)、深度匹配強(qiáng)夯影響范圍。
水平排水體:轉(zhuǎn)換層(厚度≥0.5m)、盲溝、集水井。
主動抽排系統(tǒng):輕型井點(diǎn)、真空管井等。

夯擊參數(shù)

單擊夯擊能:由低到高(避免橡皮土),通過試夯確定。
夯點(diǎn)布置:間距 5 - 8m,梅花形跳夯。
夯擊遍數(shù):少擊多遍,間隔時間依據(jù)孔隙水壓力消散(≥80%)。

監(jiān)測與檢測:

過程監(jiān)測:水位、孔隙水壓力、地表 / 深層沉降、水平位移。
效果檢測:十字板剪切試驗(yàn)、靜力觸探、載荷試驗(yàn)等。


八、技術(shù)結(jié)論

動力排水固結(jié)法通過 “排水 + 動力” 協(xié)同作用,有效解決了飽和軟土地基處理的效率與工期問題,尤其適用于 “二元” 地層(上部吹填土 + 下部飽和黏土)。其中,間接分級接力式排水固結(jié)法通過轉(zhuǎn)換層優(yōu)化排水路徑,在加固深度、工期和處理效果上表現(xiàn)更優(yōu),是大面積軟弱地基處理的重要發(fā)展方向。



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