軟土地基加固方法研究

梁亞芳

(長沙市芙蓉實業(yè)公司, 湖南長沙 410005)

軟土地基加固方法研究

梁亞芳

(長沙市芙蓉實業(yè)公司, 湖南長沙 410005)

采用強夯法、動力排水固結(jié)法對長沙市區(qū)一湖區(qū)軟土場地進行了加固處理,通過對處理后場地各項參數(shù)指標的對比研究,得出動力排水固結(jié)法處理軟粘土地基是行之有效的方法,達到了預期效果。此種軟基處理方案既經(jīng)濟又合理,同時又滿足了施工工期要求,可為類似工程提供有價值的參考。

軟土地基;地基處理;強夯法;動力排水固結(jié)法

軟土地基在外部荷載的作用下,沉降大,持續(xù)時間長,會對在其上修建的構(gòu)筑物產(chǎn)生很大的危害,如何保證湖區(qū)地基的穩(wěn)定和準確預測其沉降,是湖區(qū)沉積軟土地區(qū)修建構(gòu)筑物的兩個主要技術(shù)問題。

1 工程概況

擬建場地位于長沙市一湖區(qū),地處湘江沖積平原邊緣,屬湖積、沖積地貌單元。由于江水與湖水的復雜交替作用,淤泥與薄砂層交錯沉積。場地大部分為魚塘及耕地。場地擬處理面積約 2萬 m2,擬建一別墅區(qū)。

擬建場地軟土地基土層分布主要為:雜填土、粉質(zhì)粘土、粉細砂、淤泥及淤泥質(zhì)土、卵石、基巖等。

在勘探孔深度控制范圍內(nèi),場地巖土層按地質(zhì)成因從上至下分為第四系填土 ()、湖積土 ()、沖積土 ()、殘積土 ()和泥盆系 (D)基巖共 5層,各巖土層主要物理力學指標見表1。場地地下水埋藏較淺,孔內(nèi)靜止水位埋深為0.10～1.10 m。場地地下水類型主要為孔隙水和基巖裂隙水,孔隙潛水主要賦存在素填土及沖積砂土孔隙中,其次為基巖裂隙水,賦存于巖石裂隙中。

2 地基處理方案探討

(1)強夯法。利用強大的夯擊能迫使深層土液化和動力固結(jié),使土體密實,用以提高地基承載力和減少沉降、消除土的濕陷性、脹縮性和液化性。其施工速度快,施工質(zhì)量容易保證,經(jīng)處理后土性較為均勻,造價經(jīng)濟[1]。然而,由于強夯法較適用于松散的填土、碎石土以及低飽和度的粉土與粘性土,對于淤泥及淤泥質(zhì)土應用效果不太理想,另外其操作時噪音和振動較大。而強夯置換法,由于淤泥層較厚,埋深較大,填料不易穿透軟弱層。

表1 主要巖土層物理力學指標

(2)高壓旋噴法。將高壓噴射機械鉆進至預定位置后高壓噴射加固漿液沖切破壞土體,使加固漿液與土體攪拌混合,形成復合增強土體,從而提高承載力等性能。高壓旋噴適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、砂土、碎石土以及填土等地基[2]。對于土中含有較多的大粒徑塊石、堅硬黏性土、大量植物根莖或有過多的有機質(zhì),以及地下水流速過大和已涌水的工程,應根據(jù)現(xiàn)場試驗結(jié)果確定其使用程度。在旋噴施工過程中水泥漿冒出地面流失量較大,對流失水泥漿應設(shè)法予以利用。

(3)深層攪拌法。利用深層攪拌機,將水泥漿與地基土原位拌和,形成復合增強體,提高地基承載力、減少沉降、增加穩(wěn)定性和防止?jié)B漏等。此法適用于處理正常固結(jié)的淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土、素填土、黏性土以及無流動地下水的飽和松散砂土等地基[3]。

(4)排水固結(jié)法。通過布置垂直排水井,改善地基的排水條件,采取加壓、抽氣、抽水或電滲等措施,加速地基土的固結(jié)和強度增長,提高地基土的穩(wěn)定性,并使沉降提前完成 (見圖1)。適用于處理厚度較大的飽和軟土和沖積土地基[4,5]。

圖1 排水固結(jié)法

綜合地質(zhì)勘探資料、設(shè)計要求及施工條件分析該場地地基處理,分別采用強夯法、動力排水固結(jié)法[6]兩種方式加固地基土進行對比研究,具體設(shè)計參數(shù)如下:

(1)強夯法。夯擊 3遍,第一、第二遍為點夯,第三遍滿夯。夯錘重20 t,3遍夯擊落錘高度分別為10,8,4 m,直徑 2.0 m,夯點間距 3 m ×3 m;

(2)動力排水固結(jié)法。水平排水體選用透水性好,級配良好的中砂,含泥量小于 3%,厚度為 60 cm,均勻布滿整塊場地,同時在場地內(nèi)設(shè)置縱橫間距為 25 m的排水盲溝與集水井相連,以利于排水。雙向排水井采用塑料排水帶,間距 1.4 m,呈梅花型布置,膜內(nèi)真空度保持在 85 kPa左右;夯點布置為 5 m ×5 m,夯擊 3遍,第一、第二遍為點夯,第三遍為滿夯。3遍夯擊落錘高度分別為 11,9,5 m。

以上兩種不同的地基處理方法均為使地基土的主固結(jié)沉降在施工前期基本完成,從而減少后期建筑物的差異沉降及次固結(jié)沉降。兩種處理方案都大大增強了地基土的抗剪強度,從而提高地基承載力。

3 兩種不同方案處理效果分析

在經(jīng)過兩種方法處理后,分別對地基土進行了載荷試驗、土工試驗以及沉降、孔隙水壓力監(jiān)測,與處理前數(shù)據(jù)對比結(jié)果如下:

(1)載荷試驗。兩種地基處理方法使地基土的強度都有不同程度的提高,隨著土中孔隙水的流出,孔隙水壓力逐漸消散,地基土發(fā)生壓縮沉降,抗剪強度增強,承載力提高。強夯利用巨大的沖擊能量使土中氣體排出,孔隙壓縮,孔隙體積減少,土體變密實,另外,強大的應力波破壞了土體的原有結(jié)構(gòu),使土體局部發(fā)生液化并產(chǎn)生許多裂隙,增加了排水通道,使孔隙水順利逸出,待超孔隙水壓力消散后,土體固結(jié),地基土強度提高。在土層中設(shè)置排水通道能使孔隙水順利排出,孔隙水壓力較快消散。經(jīng)過處理后地基承載力變化見表2。

表2 載荷試驗確定土的承載力

(2)土的物理性質(zhì)指標。對經(jīng)過處理后的地基土的孔隙比、液限、塑限、壓縮系數(shù)等參數(shù)進行了測試,結(jié)果表明各項指標都有一定程度的提高,動力排水固結(jié)法加固效果明顯 (見表3)。動力排水固結(jié)法處理效果優(yōu)于真空預壓排水固結(jié)法。

表3 地基土處理前后物理性能對比

(3)地層土沉降觀測。由于地層中氣體排出、孔隙被壓縮、孔隙水排出,土層壓縮,地層均發(fā)生一定的沉降。上述兩種地基處理方式沉降量差異不大(見表4),其中,動力排水固結(jié)法沉降量最大,說明其處理效果較好。

表4 處理后沉降量

(4)孔隙水壓力觀測情況。對兩種處理方式中孔隙水壓力消散情況的觀測顯示,動力排水固結(jié)法在巨大的動荷載的強烈沖擊下,孔隙水壓力急劇上升,土體強度降低,隨著孔壓的快速消散,其土粒結(jié)構(gòu)重新排列、調(diào)整,土體強度恢復較快。動荷載激發(fā)出的強大能量,使土體中結(jié)合水變成自由水,孔隙水壓力升高,在動荷載夯擊土體形成的附加應力作用下,沿豎直和水平排水系統(tǒng)排出,孔隙水壓力降低,土體中自由水轉(zhuǎn)化成結(jié)合水,促使軟粘土微結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,土體強度提高。

4 結(jié) 論

(1)兩加固方案都不同程度的改善了地基土的力學性質(zhì),提高了地基承載力,達到了加固的目的。通過對比分析,動力排水固結(jié)法加固飽和軟粘土地基效果較好。

(2)孔隙水壓力的消散速度與淤泥中的排水通道密切聯(lián)系,要保證動力排水固結(jié)法加固軟粘土的效果,就必須在軟粘土中設(shè)置排水通道,并采取措施防止排水通道被破壞。

(3)動力排水固結(jié)法處理軟土地基的工程實踐還處于經(jīng)驗積累階段,在加固機理、施工工藝、加固效果檢測等方面還存在一定的缺陷,尚未形成體系。但在已有的工程實踐應用中發(fā)現(xiàn),正確使用該方法能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益,是一種使用前景良好的好方法。

[1] 李福民.排水固結(jié)處理后地基強夯加固的試驗研究[J].巖土工程學報,2002,24(4):499～502.

[2] 葉書鱗,葉觀寶.地基處理[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2004.

[3] 龔曉南.地基處理手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008.

[4] 蒙慶山,王吉利,等.采用不同加固方案處理軟土地基的對比研究[J].巖土力學,2002,23(3):37～39.

[5] 何世秀,李 斌.排水固結(jié)法處理軟土地基的效果預估[J].土工基礎(chǔ),2008,10(5).

[6] 童華煒,周龍翔,等.動力排水固結(jié)法在廣州軟土地基處理中的應用[J].施工技術(shù),2007,36(7):56～58.

2010-06-01)

梁亞芳 (1979-),女,湖南長沙人,碩士,經(jīng)濟師,從事土木工程專業(yè)設(shè)計及施工管理工作,Email:lwzndx@sina.com。