地基学院 | 岩土GMBA课程总结,大面积软弱地基处理方法-动力排水固结法

2025-08-14 2037 0

2025年8月2日至3日,地基学院岩土GMBA班在北京成功举办为期两天的系列课程。本次课程设置3个主题内容,分别从岩土工程绿色低碳技术的研究与应用》《大面积软弱地基处理技术研究与实践》《既有建筑地下空间抗浮加固和渗漏治理》解锁新技术,特邀行业大师和权威专家授课,两天的课程通过案例剖析、技术拆解与互动研讨,让学员在沉浸式学习中掌握前沿技术动态与实战方法论,为推动岩土工程领域的创新发展注入新动能。

大面积软弱地基处理方法-动力排水固结法

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动力排水固结法总结

一、技术定义

动力排水固结法是通过轻型井点、真空管井、泵吸等措施主动抽排降低场地地下水位,或在饱和软土中设置竖向排水体(如塑料排水板、袋装砂井等),并利用强夯、冲压等动力作用促使土体加速排水压密固结的地基处理方法。其核心是 “排水”(条件和措施)与 “固结”(目的和结果)。

二、技术现状

  1. 特点:个性化、专利化特征明显;实践先于理论,设计多依赖工程类比或经验;应用逻辑为 “试验 - 设计 - 施工 - 监测 - 检验”。
  2. 核心逻辑:通过排水体系(竖向排水体 + 水平排水体)和动力荷载(强夯等)结合,加速孔隙水消散,实现土体固结。

三、技术特点

  1. 创造夯击条件:夯击前通过降低地下水位或设置填土垫层,提供施工操作面。
  2. 排水体系适配:设置与加载系统匹配的排水通道(竖向排水体 + 水平排水体),确保孔隙水快速排出。
  3. 保护土体结构:避免动力作用破坏软黏土微结构,防止形成 “橡皮土”。
  4. 信息化施工:通过过程监测控制施工质量,减小差异沉降。

四、技术优势

对比维度动力排水固结法优势
与传统强夯法弥补传统强夯不适用于饱和软黏土的缺陷,有效排除高压孔隙水,改善软黏土渗透性。
与静力排水固结法简化加压系统,缩短工期,减少次固结沉降,提高地基承载力。
与其他方法(如复合地基)充分利用岩土材料自身性能,无环境污染,造价相对低廉,施工便捷。

五、与传统强夯法的区别

项目动力排水固结法传统强夯法
适用范围适用于高水位情况下、表层有碎石土 / 砂土 / 粉土覆盖的饱和软土地基。对于饱和度较高的软土地基,适用于碎石土、砂土、黏性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。
加载系统夯击前通过降水位或保证低级软土顶面有施工垫层,利用静力荷载、冲击荷载及持续后效力作为加载系统,施工冲击力由小到大。先施加一定的静荷载,改善地基的初始条件,再进行强夯,使土体逐步适应荷载变化依赖夯击瞬间强大冲击力,冲击力先大后小。主要依靠重锤自由落体产生的巨大冲击能来加固地基
加固顺序与工艺先浅后深,遵循 “先轻后重、逐级加能、少击多遍”,单击夯击能 500 - 3000kN・m。从浅层开始逐步加固,控制每次夯击的能量和次数,避免对土体造成过大破坏先深后浅,最后低能满夯,单击夯击能 1000 - 25000kN・m,遍数少、击数多。先利用高能级夯击深层土体,再用低能级对浅层进行满夯处理
对土体结构影响注重保护软黏土的微结构,通过控制夯击能量和排水过程,避免土体结构过度破坏,使土体在排水固结过程中保持相对稳定的结构状态,有利于强度的提高强大的初始冲击力可能导致土体结构尤其是软黏土的结构遭受较大破坏,在高饱和度软土中易引发橡皮土现象,使土体强度降低,后续恢复时间长
排水措施设置竖向排水体(如塑料排水板、袋装砂井)和水平排水体(如砂垫层、盲沟等),甚至采用主动抽排系统(轻型井点、真空管井),形成完善的排水体系,加速孔隙水排出一般情况下无专门的排水体系,仅依靠土体受夯击产生的不规则裂缝排水,排水效率低,在软土地基中难以满足孔隙水快速排出的需求
加固效果特点能有效提高地基的均匀性,减少差异沉降。通过排水和逐级加能的夯击,使地基各部分土体都能得到较好的加固,超固结超压密状态明显,后续沉降小对非饱和土加固效果显著,可大幅提高地基承载力,但在处理饱和软土地基时,加固效果有限且不均匀,差异沉降控制难度较大


六、主要技术方法及实践


1. 降排水强夯法:

通过轻型井点或真空管井降低地下水位,再结合 500KN.m - 4000kN・m 低能级强夯或冲击压实设备进行动力夯实,多遍次交错作业,一般处理深度 6 - 8m。

案例及试验成果:参考教材资料。

技术效果:

加固影响深度一般小于6~8m;
✓ 上部硬壳层效应;
✓ 可消除上部砂土液化性能;
✓ 对深部饱和黏性土(淤泥和淤泥质土)没有加固效果或效果甚微。
✓ 浅层处理

适用条件:高水位情况下表层有一定厚度砂性土层(ks>10-5cm/s)的饱和软土地基。


2. DPD 强夯法(专利技术):

工艺:施打砂石桩 + 铺设垫层 + 强夯,分一次 / 二次处理。

效果:一次处理后地基承载力≥180kPa,二次处理≥280kPa;但砂石桩存在缩颈、成本高的问题。
缺陷:参考教材讲义。


3. DCD 强夯法(专利技术):
改进:用塑料排水板替代砂石桩,提高排水效率和处理深度。
优化方向具体效益
塑料排水板替代砂石桩排水效率提升 30%,成本降低 15%,处理深度增加 2~3m
材料多元化成本降低 20%~30%,减少地域供应限制
二次处理工艺承载力提升 10%~15%,适应更高工程要求
套管跟进成桩成桩质量合格率>90%,缩颈率<5%

备注:详细内容参考教材分析


4. 复合排水固结法:
技术定义与核心目标:
复合排水动力固结法是针对大面积软弱地基 “二元” 地层结构(上部吹填土 + 下部饱和黏性土),将动力固结法的夯击机具与静力固结法的排水体系有机结合,并辅以轻型井点、真空管井等主动抽排系统,形成 “排水 + 动力” 协同作用的综合处理方法。
其核心目标是 同时加固上部吹填土层与下部饱和黏性土,实现加固深度大、工期短、造价低、处理效果好的技术效果,最终消除砂土液化、提高地基承载力、减少工后沉降。

技术特点:

  • 复合排水体系

融合主动抽排(如轻型井点、真空管井)与被动排水通道(如塑料排水板、袋装砂井),形成高效排水网络,加速孔隙水消散,解决传统动力固结法排水不足的问题。
  • 动静结合加载

结合软土表面静覆盖压力(砂垫层、填土层)与动力荷载(强夯、冲击压实),利用动力作用的瞬时冲击和残余后效促进土体固结,兼顾效率与效果。
  • 针对性解决 “二元” 地层问题

上部吹填土层:通过动力夯实消除液化、提高承载力;
下部饱和黏性土:通过排水体系加速固结,减少工后沉降。
  • 避免 “橡皮土” 风险

控制夯击能量由低到高,配合排水体系及时排出孔隙水,防止软土结构破坏导致的工程失效。

5. 轻井塑排加固法(专利技术):

技术思路:轻井塑排加固法是将深层淤泥处理常用的竖向排水通道(塑料排水板)与浅层轻型井点管搭接连通,形成 “轻井塑排井点”,通过浅层主动抽排与深部被动排水的有机结合实现复合排水,并结合强夯动力荷载促进土体固结的复合排水动力固结方法。其核心目标是突破传统方法的局限:既避免塑料排水板强夯法导致的浅层 “橡皮土” 问题,又解决轻型井点降水结合强夯法处理深层软土的技术瓶颈,实现对 “二元” 地层(上部吹填土 + 下部饱和软黏土)的高效加固。


效果:试验加固深度达 10m,在4 - 6m 范围效果最显著,工期约 3 个月,比排水静力固结法工期优势明显(详细内容参考教材资料)。

技术缺陷:针对轻井塑排加固法中塑料排水板受轻型井点管制约导致间距过大、部分失效及深部处理效果有限的问题,结合规范要求(饱和黏性土塑料排水板间距宜为 0.7~1.3m)【详细参考教材】。

6. 间接分级接力式排水固结法(专利技术):

核心:设置 “转换层”(渗透性良好的连续土层),连接下部被动排水体(塑料排水板、袋装砂井、砂桩等)与上部主动抽排系统(轻型井点、真空管井、等),实现分级接力排水。

优势:加固深度达排水板底,工期缩短(3 个月内固结度≥85%),对深部饱和黏土处理效果显著,承载力提高幅度达 5% - 10%。


转换层功能:

转换层的设置是本工法实施的关键,转换层的主要功能和作用是实现软弱地基下部静力排水系统和上部主动抽排系统的空间转换,使两套排水系统形成间接连接、分级接力式的抽排体系,为软弱地基中地下水的连续快速排出创造条件。


转换层与砂垫层区别:

对比维度转换层砂垫层
功能定位以 “空间转换与接力排水” 为核心,连接深浅排水系统。以 “水平排水与施工垫层” 为核心,仅承担表层排水功能。
排水路径作用不仅是水平排水通道,更关键是打破深浅排水系统的布置制约(如轻型井点与排水板的间距独立设计),使两套系统灵活协同。仅作为竖向排水体与地表排水系统(如盲沟)的连接介质,无 “转换” 作用。
适用场景主要用于 “二元” 地层(上部吹填土 + 下部饱和软土)的复合排水动力固结法(如间接分级接力式排水固结法),尤其需处理深部软土时。广泛用于静力排水固结法(如真空预压、堆载预压)及简单动力固结法,适用于浅层排水需求。
与其他系统的协同需与竖向排水体(塑料排水板等)和上部主动抽排系统配合,形成 “深部被动排水→转换层→浅层主动抽排” 的完整链条。主要与竖向排水体配合,将孔隙水引流至地表排水系统,不涉及主动抽排系统的协同。
技术必要性是复合排水动力固结法的核心创新点,没有转换层则无法实现深浅排水系统的高效接力,深部软土处理效果大幅下降。是常规排水固结法的基础措施,但可被其他水平排水体(如碎石垫层)替代,技术不可替代性较低。
转换层实现的两种方式:参考教材
七、设计与施工要点

排水体系设计:

竖向排水体:选型、间距(0.7 - 1.3m)、深度匹配强夯影响范围。
水平排水体:转换层(厚度≥0.5m)、盲沟、集水井。
主动抽排系统:轻型井点、真空管井等。

夯击参数

单击夯击能:由低到高(避免橡皮土),通过试夯确定。
夯点布置:间距 5 - 8m,梅花形跳夯。
夯击遍数:少击多遍,间隔时间依据孔隙水压力消散(≥80%)。

监测与检测:

过程监测:水位、孔隙水压力、地表 / 深层沉降、水平位移。
效果检测:十字板剪切试验、静力触探、载荷试验等。


八、技术结论

动力排水固结法通过 “排水 + 动力” 协同作用,有效解决了饱和软土地基处理的效率与工期问题,尤其适用于 “二元” 地层(上部吹填土 + 下部饱和黏土)。其中,间接分级接力式排水固结法通过转换层优化排水路径,在加固深度、工期和处理效果上表现更优,是大面积软弱地基处理的重要发展方向。



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