深港西部通道大面积填海地基处理工程及其主固结沉降计算与讨论

深港西部通道位于深圳与香港之间的深圳湾浅海域,面积1.5平方公里,水下均沉积了一层6~24米厚度的高含水量、高塑性、高压缩性的滨海淤泥。自2002年开展了填海造陆工程,其软基处理面积已达到一百五十万平方米。滨海淤泥的加固采用价廉简便的堆载预压排水固结法,但是并不是预压时间越长,淤泥中孔隙水排出的越多,当淤泥含水量降低到一定程度后,(达到—个"极限含水量"),延长预压时间对淤泥固结不起应有作用,研究表明这个"极限含水量"和淤泥的"液限含水量"相当。本文最后探讨了堆载预压排水固结处理软土地基的主固结沉降量,极限主固结沉降量等新的计算方法。     

饱水软粘土主固结理论研究(续)——主固结过程软粘土含水量与时间的关系

本篇论文的前文(饱水粘性土主固结理论)已从理论上导出粘性土"主固结比(η)"、"极限主固结量(S_η)"及其主固结度U_η的计算方法,它们取决于粘性土的初始含水量和液限(W_t、W_L)而与固结应力p无关。作为前文的续篇,主要是探求一维主固结过程含水量和时间(t)的变化关系(W_t=f(t,z))。根据一维固结物理模型及假设条件建立的含水量为因变量的主固结二阶偏微分方程并通过特定的边界条件和初始条件,利用分离变量法和三角函数正交原理解得主固结过程含水量和时间的关系式,并获得主固结系数(?)及其时间因数△的新表达式,它们在形式上与太沙基固结方程相似,但实质内容上不一致,前者是探索粘性土含水量变化,后者是超静孔压u的变化,利用新的一维主固结方程进一步导出主固结量(S_t),平均主固结度(U_l)及主固结剩余量(△S)等新一组表达式,利用工程实际数据分别计算表明新的主固结系数(?)所含的相关物理量除含水量外,其他的物理量如渗透系数(k),超静孔压水头高度(h_l),粘性土比重(G_s)等都不具实质的影响。     

关于变真空预压排水固结施工方法的论述

本文论述了采用变真空预压排水固结加固处理高含水量、高压缩性的淤泥质软土地基,促使淤土内自由水体排出而固结的工艺。     

软基处理工程中的真空预压技术应用

为避免或降低存在具有高含水量、低强度、欠固结等特点的饱和软弱淤泥土地基的工后沉降和不均匀沉降现象,需对软弱淤泥土地基进行排水固结处理。通过工程实例,分析总结了真空预压施工技术在软基处理中的可行性和经济性。     

饱和淤泥爆炸后渗流规律探讨

针对淤泥中爆炸排水固结实验研究中出现的一些现象和实测资料,探讨了饱和淤泥爆炸后的渗流规律。在波动压力梯度下,土层中渗流是非线性规律,土层表面滞后排水,滞后出水临界时间为t。计算结果表明,爆炸后初始时刻淤泥表面沉降量很小,这与实验研究结果基本吻合     

剩余沉降及卸载时间的推算研究

在堆截预压地基处理工程中,有多种推算最终沉降量的方法,却没有理论公式可直接计算在给定的卸载沉降速率时所对应的剩余主固结沉降量和卸载时间。而工后沉降(包括剩余主固结沉降和次固结沉降)和沉降速率是卸载的重要标准,次固结沉降可估算在一定范围之内,工后沉降满足要求与否则主要由剩余主固结沉降所控制。在Asaoka法中,可推算出堆载预压任意时间时的沉降速率。运用沉降速率和剩余主固结沉降的关系,可推算出任意时间的主固结剩余沉降及卸载时间的理论公式,称之为“速率法”。沉降速率的对数和堆载预压时间又成线形关系,从而由图解法也可确定卸载时间。此方法在深港西部通道填海及地基处理工程中得到很好的应用,具有较高的推广和应用价值。     

滨海相淤泥地带地基处理方案优化分析

滨海地带地质条件复杂,新建主体育馆荷载大,且地层中有较厚淤泥和淤泥质土。存在固结沉降和次固结沉降,文中介绍整个场区软基处理方案的优化分析过程,最终确定采用插板排水堆载预压方案,工后沉降和差异沉降得到了良好的控制．使地基承载力满足了设计要求。     

考虑通水量影响的塑料排水板加固深度的理论研究

针对新近吹填土淤泥地基处理中加固深度小,土体强度增强有限等问题,提出理论分析加固深度的新思路,即以传统的负压下砂井固结方程的解析解为基础,通过迭代法计算出土体中任意一点的固结度,换算出土体的加固深度,从而分析研究塑料排水板的通水量变化对加固深度的影响,得出加固深度的变化规律。结果表明:在真空预压处理新近吹填土淤泥地基时,排水板的通水量对地基的加固深度有显著的影响;在一定的固结时间(90 d)内,排水板之间的土体会形成5~10 m的硬壳层,通过延长加固时间可以增加硬壳层的厚度;当通水量减小超过60%时,延长固结时间对改善加固深度作用不大。因此,设计和施工中应充分考虑排水板的通水量影响。     

吹填淤泥真空预压固结机理与排水体防淤堵处理技术

针对吹填淤泥真空预压地基处理效果差的关键问题,全面总结了笔者及其课题组多年来的研究成果,主要包括4个方面:(1)采用超低压固结–渗透仪进行了大量的吹填淤泥固结、渗透试验,发现了初始含水率和液限对压缩–渗透性状的影响规律,建立了压缩过程中渗透系数的定量演化规律。(2)吹填淤泥真空预压过程中的位移、应变发展规律和土柱形成机理。基于粒子图像测速(PIV)技术和粒子追踪测速(PTV)技术,获得了吹填淤泥真空预压固结过程中的土体位移、应变发展规律,揭示了吹填淤泥真空预压固结机理,获得了真空预压作用下不同初始含水率和不同级配吹填淤泥的土柱形成过程。(3)吹填淤泥真空预压固结计算方法。基于不均匀应变假定提出了土柱区内、外固结计算公式,获得了不同边界真空度时空变化下的固结规律。以土柱形成过程为基础,建立了考虑土柱影响的吹填淤泥真空预压固结计算方法。(4)通过室内和现场试验,从增强真空渗流场、延缓土柱形成和改良土性等方面,优化排水板滤膜孔径,提出了分级、增压式、絮凝–真空预压等多项防淤堵处理技术,缓解排水体淤堵,提高固结速率,加速吹填淤泥处理,增强加固效果。研究成果对吹填淤泥场地开发利用,缓解城市土地资源紧张,促进城市可持续发展具有重要意义。     

真空加载方式对排水板滤膜淤堵影响试验研究

塑料排水板滤膜的淤堵直接影响到真空预压排水固结法加固新近吹填淤泥的效果,而真空荷载加载方式是引起排水板滤膜淤堵的主要原因之一。通过室内模型试验,采用5种不同等效直径的排水板滤膜并通过控制不同的真空加载方式加固新近吹填淤泥。试验过程中对泥面沉降、排水板和土中不同深度的真空度进行监测,试验结束后测试排水板滤膜的渗透系数。试验结果表明:真空荷载不分级或者分级梯度太大,对真空预压排水固结法加固新近淤泥效果较差,排水板滤膜容易产生淤堵;排水板滤膜的等效孔径越小其淤堵情况越严重。排水板滤膜发生淤堵后其渗透系数将降低,对土体的排水固结产生不利的影响。作者建议:在真空预压处理新近吹填淤泥的工程实践中,宜选用较大的排水板滤膜等效孔,真空荷载宜采用分级加载方式,且每级真空梯度不宜过大。     

软土地基填海机场堆载预压沉降预测分析方法

软土地基填海机场的沉降预测是机场建设所需重点关注的问题。基于厦门某在建机场,通过研究对比实测沉降曲线拟合法、有限元分析法和一维固结理论解析法三种计算软土地基堆载预压期的沉降量及平均固结度,并对目前机场地基固结度进行评价。结果表明：三种预测方法计算得到的沉降量及固结度差异不大,均能够很好预测机场地基堆载预压效果;三种方法的计算结果与实测沉降曲线较为一致,其结果可以相互比较,以用于研究软土地区沉降发展规律;机场在建区域在最后一级堆载预压荷载作用下的平均固结度超过90%,主固结沉降已基本完成。     

真空联合堆载预压固结沉降计算方法的探讨

介绍了真空联合堆载预压路基沉降的方法,主要是分析在已有吹填土的深厚淤泥地段主固结沉降的计算方法,并结合工程实例,通过分析对比研究,得出了一些有益的结论。     

化学–物理复合法在海底淤泥填海造地工程中的应用

 在凯科发展研究院多年前率先提出并倡导的采用化学–物理复合法来加快淤泥等软土的固结速度和大幅度提高其固化效果的基础上,联合中交四航工程研究院最新的真空预压技术,以珠江三角洲淤泥为例对化学处理后的高含水率淤泥进行室内三维真空预压排水模型试验,并同步进行常规的真空预压试验。试验结果表明,用真空预压法来辅助化学加固后的淤泥,在沉降速率上明显大于常规真空预压的速率;在相同的固结时间内,复合法所取得的无侧限抗压强度均远远高于单一真空预压法所取得的强度;同时在用新加坡海洋淤泥进行的相关同步试验中,复合法所取得的数倍高的抗剪强度也进一步验证该方法的有效性及优越性。因此,这个化学–物理复合法对于加固淤泥等软土地基,无论在学术上还是在大面积填海造地工程实践中均有广阔的发展和应用空间。     

水平排水板–真空预压联合处理高含水率疏浚淤泥模型试验研究

水平排水板(prefabricated horizontal drain,PHD)联合真空预压是处理疏浚淤泥的有效手段,在浅层专用对堆置场的应用中具有很大优势。通过2个室内模型对照试验,研究了竖向排水板(prefabricated vertical drain,PVD)和水平排水板联合真空预压处理高含水率疏浚淤泥的差异性。研究主要分析了真空荷载下PVD和PHD的排水特点、试验中模型土体的沉降和板材变形情况以及试验结束时的土样含水率等结果,试验表明使用水平排水板处理疏浚淤泥可有效避免板材的弯折问题,且试验过程中土体变形非常均匀;随着固结过程水平排水板上下土层厚度不断减少,缩短了排水路径,PHD固结模型试验的整体排水速率高于PVD固结;380 h真空固结以后,水平排水板处理的疏浚淤泥含水率从360%降为150%相较于PVD固结低30%～40%。最后,针对模型试验和现场工程实际之间可能的差异性,对试验结果进行了详细讨论,以期可以为更大尺寸的模型、现场试验提供指导。     

深圳湾新吹填超软土固结系数的试验研究

 采用全自动气压固结仪对深圳湾吹填超软土进行大量的固结试验,通过对试验结果的统计分析及与原状淤泥固结系数的对比研究,得出如下结论：(1) 实际工程中,可近似采用压力范围＜100 kPa内统计样本均值线上、压力范围＞100 kPa内对数函数带形宽度内的固结系数,对此区域吹填淤泥的变形及固结速率进行近似估算;(2) 同区域内吹填淤泥固结系数小于原状淤泥的固结系数,随着固结压力的增加,两者间差异性越来越小,说明吹填淤泥经过超载预压处理后,可以达到与原状淤泥相同的排水固结速率。     

强夯对孔隙水压力的影响

一般对饱和淤泥质土采用堆载预压排水固结的方法进行处理,但由于堆载是一个工作量大,需用时间很长的工序,能不能采用强夯的方法代替堆载土,用强夯产生的超静孔隙水压力排水,从而达到对软土层排水加固的目的,本文用一个工程实例进行了探讨。     

武汉湖相淤泥的蠕变特性与模型研究

为查明武汉湖相沉积淤泥的蠕变特性,开展固结不排水的三轴剪切蠕变试验。结果表明,武汉淤泥具有显著的蠕变特征,且具有非线性蠕变特性。低剪应力下,蠕变变形小;高剪应力下,出现瞬时变形、非稳定变形与稳定变形,剪应力越大,非稳定变形越大;较高剪应力下,发生快速破坏。孔压变化与蠕变变形规律基本一致。Burgers模型可较好地预测武汉淤泥的不排水剪切蠕变变形,该模型具有参数少、参数物理意义明确的特点。研究还表明,增大固结压力可以减弱蠕变变形,可采用超载预压方式提高土体的固结度,进而可有效减小因蠕变引起的工后沉降。     

真空预压排水固结法在工程中的设计实践

结合广州南沙某污水处理厂工程实例,介绍了真空预压排水固结法软基处理的设计。根据工程南北分区实施过程中的沉降实测数据,分析了真空预压下地基竖向沉降计算中经验系数的取值,并反算得到该工程淤泥层的沉降经验系数,可为今后类似工程选择地基处理方案提供借鉴和参考。     

吹填土次固结特性试验研究分析

对滨海地区真空预压处理后和未处理吹填土进行一系列一维压缩次固结试验研究,获得应变、孔隙比与时间的关系,对比分析其次固结特性,为今后解决围海造陆工后沉降问题提供试验依据。结果表明:吹填土的次固结变形与土样高度及排水条件有关。双面排水条件下土中弱结合水容易排出,最终变形高于单面排水;加高后6cm试样最终变形明显低于2cm试样,相同排水条件下二者相差2.2倍;经过真空预压加固处理的土体结构性受到破坏,排水过程结束后土体直接进入次固结阶段,其次固结变形量低于未经处理吹填土。     

新近吹填淤泥地基加固效果分析

针对真空预压排水固结法处理新近吹填淤泥地基工程,对采用不同长度竖向排水体的两个加固区域进行了现场试验研究,通过对比分析两个加固区的地表沉降、膜下真空度、孔隙水压力等现场监测结果及十字板试验、载荷板试验等检测结果以及室内土工试验所得的土体物理力学性质指标,得出结论:真空预压法处理新近吹填淤泥地基不仅可以达到一定的加固效果,而且通过延长竖向排水体的长度在一定程度上可以提高土体的固结效果。