淤泥質土加固技術雜談

沈鉻平 潘晶

【摘要】本文以淤泥質土的概念為基礎，著重對淤泥質土地基處理方法時應考慮的因素進行了分析，以實際為出發(fā)點對淤泥質土的固化對策進行了探討。

【關鍵詞】淤泥質土，加固技術，雜談

中圖分類號：K826文獻標識碼： A

一、前言

近年來，我國淤泥質土加固技術雖然取得了飛速發(fā)展，但依然存在一些問題和不足需要改進，在行業(yè)快速發(fā)展的新時期，加強對淤泥質土加固技術作用的分析，對確保工程的質量有著重要意義。

二、淤泥質土的概念

粘性土的工程分類法可分為兩大類。一類是以土的稠度界限為基礎,又分兩種方法:即按塑性指數(shù)和按塑性圖分類。前者反映土塑性的高低,流行于前蘇聯(lián)和東歐;后者反映土塑性和壓縮性的高低,流行于美國、西歐和日本。另一類是以土的顆粒大小為基礎,按粘粒、粉粒和砂粒含量采用三角坐標圖分類,主要反映土壓實的難易。解放后,我國早先按工程性質分別采用塑性指數(shù)和三角坐標圖對粘性土分類。進入80年代,國家《土的分類標準》(GBJ145—90)和交通部《公路土工試驗規(guī)程》(JTJ051—85)規(guī)定細粒土根據(jù)塑性圖分類。但不論是按塑性指數(shù)分類,還是按塑性圖分類,都需要知道土的液限。

目前,測定土液限的儀器有圓錐儀和碟式儀兩種。按塑性指數(shù)的土分類法采用圓錐儀測定的液限,即以質量為76g的圓錐,入土深度恰好為10 mm時土的含水率定為液限wL76,按塑性圖的土分類法國外都采用碟式儀測定的液限。圓錐儀和碟式儀兩種儀器測得的液限是不同的。GBJ145—90和JTJ051—85都推薦用圓錐儀測定土的液限。但GBJ145—90以質量為76g圓錐,入土深度恰好為17mm時土的含水率定為液限;而JTJ051—85則以質量為100g的圓錐,入土深度恰好為20mm時土的含水率定為液限wL100,并認為這樣求得的液限當量于碟式儀測得的液限。于是,便可直接利用在西方國家流行的塑性圖進行細粒土分類。必須指出,圓錐儀液限試驗屬靜力測試,碟式儀液限試驗則屬動力測試,因此,對于不同的細粒土,這種等效入土深度未必是單一值。但就土的稠度試驗而言,大體相當也就可以了。根據(jù)GBJ145—90和JTJ051—85采用的液限標準,可以斷定碟式儀的液限必大于wL76,因此,將得出較小的液性指數(shù),從而導致對土狀態(tài)判別的差異,亦即一些在我國定為處于流動狀態(tài)的土,如淤泥質土,在西方國家有可能定為處于可塑狀態(tài)。

三、淤泥質土地基處理方法時應考慮的因素

1、道路形狀

在公路施工中,路堤設計的高度與寬度是要考慮的重要因素,因為他們直接影響運用何種施工處理方法。如采用換填法時,寬而低的路堤易發(fā)生局部破壞;反之窄而高的路堤,下面易被換填。在設計高度大而穩(wěn)定有危險的情況下,采用壓重法將受到限制。還有路堤越寬越高,則地基產(chǎn)生壓力球的根部越深而引起深處粘土層沉降。

2、道路的條件

對于等級較低的公路來講,可以先進行了路面的路基鋪設,等沉降過程結束后,再進行正式路面的鋪設;而對于高等級公路的施工,平整度是一項要考慮的標準,因此這就需要在公路施工過程中采用有效的沉降處理辦法。

3、施工周圍的環(huán)境影響

公路施工中要考慮的環(huán)境因素有很多,如周圍環(huán)境中的噪音、地下水的變化等。而在一些特殊的環(huán)境中,還有特殊的因素對施工產(chǎn)生影響。如地基特別軟弱的情況下,如果路堤高度較高,就會引起施工周圍地基的隆起或沉降。要避免這種類似現(xiàn)象的發(fā)生,就要考慮控制剪切變形的方法,如果有些情況下,這種方法不能實施,就要考慮是否可以運用高架構造來代替路堤以克服環(huán)境因素所帶來的困難。

4、道路所在地段

在公路施工中,一般地段上,剩余沉降即使大到一定程度,只要不均勻沉降不大,路面基本上不會喪失其平整度。但與構造物相連地段,剩余沉降將造成錯臺,形成非常危險的狀況。而且若路基穩(wěn)定性不夠,橋臺將受到大的土壓力作用引起側向位移的事故屢見不鮮。因此,構造物鄰接地段的處理措施非常重要。

四、淤泥質土的固化對策

1、換土填層法

當軟弱土地基的承載力和變形滿足不了工程技術要求,而軟弱土層的厚度又不很大時,將軟弱土層部分或全部挖去,然后分層填筑強度較大的砂、砂石、素土、灰土、高爐干渣、粉煤灰等其他性能穩(wěn)定、無侵蝕性的材料,并壓實至要求密實度的地基處理方法。換土墊層的作用主要包括:提高地基承載力,減小地基沉降量,加速軟土的排水固結等,適用于淤泥、淤泥質土、濕陷性黃土、素填土、雜填土地基及暗溝、古井、古墓等淺層處理。

2、排水固結法

對天然地基或是先在地基中設置砂井等豎向排水體,然后利用建筑物本身的重量分級逐漸進行加載,也可利用其他重物對場地進行預壓堆載,使土體中的孔隙體積不斷減小,孔隙水被慢慢排出,有效應力逐漸增長,地基發(fā)生固結沉降,同時土體的抗剪強度逐步提高的方法。排水固結系統(tǒng)是由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)兩部分共同組合而成:排水系統(tǒng)的作用主要在于改變地基原有的排水邊界條件,增加孔隙水排出的路徑,縮短排水距離;加壓系統(tǒng)的主要作用在于使地基土中的有效應力增加而產(chǎn)生固結。

3、擠密法

利用擠壓或振動方法將砂、石材料擠入軟土地基中,形成較大的密實柱體,提高軟土地基的抗剪強度。對疏松砂土而言,在擠密砂石樁成樁過程中,樁套管擠入砂層,該處的砂被擠向樁管四周而變密。擠密砂樁的加固效果包括:使松砂地基擠密至小于臨界孔隙比,以防止砂土振動液化;形成強度高的擠密砂石樁,提高了地基的強度和承載力;加固后大幅度減小地基沉降量;擠密加固后,地基呈均勻狀態(tài)。

對軟弱黏性土而言,主要利用砂石樁本身的強度及其排水效果。其作用包括:砂石樁在黏性土中形成大直徑密實砂石樁樁體,砂石樁與黏性土形成復合地基,共同承擔上部荷載,提高地基承載力和整體穩(wěn)定性,由于密實的砂樁取代了與砂樁體積相等的軟土,所以復合地基的承載力比天然地基大,其沉降也就比天然地基小;上部荷載產(chǎn)生對砂石樁的應力集中,減少黏性土的應力,從而減小地基的固結沉降量;在黏性土地基中形成排水通道,加速固結排水。

4、深層攪拌法

深層攪拌法利用水泥、石灰等材料作為固化劑的主劑,通過特制的深層攪拌機械,在地基深處就地將軟土和固化劑(漿液或粉體)強制攪拌,利用固化劑和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理!化學反應,使軟土硬結成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的優(yōu)質地基。

5、高壓噴射注漿法

這種方法創(chuàng)始于日本,是采用高壓水射流切割技術而發(fā)展起來的。高壓噴射注漿,就是利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管鉆進至土層的預定位置,用高壓設備使?jié){液或水成為20MPa左右的高壓液流從噴嘴中噴射出來,沖擊破壞土體。當能量大,速度快和呈脈動狀的噴射流的動壓超過土體結構強度時,土粒便從土體剝落下來。一部分細小的土粒隨著漿液冒出地面,其余土粒在噴射流的沖擊力、離心力和重力等作用下,與漿液攪拌混合,并按一定的漿土比例和質量大小有規(guī)律的重新排列。漿液凝固后,便在土中形成一個固結體。

五、結束語

淤泥質土加固技術管理至關重要，因此，在工程的后續(xù)發(fā)展中，要不斷提高管理人員素質，加強對淤泥質土加固技術作用的重視，嚴格施工體系，促進淤泥質土加固技術水平的提高。

參考文獻

[1]周世良,王江,張明強.強夯加固機理研究現(xiàn)狀及展望[J].重慶交通學院學報,2006

[2] 林彤, 劉祖德. 粉煤灰與生石灰加固軟土的室內試驗研究[J].巖土力學, 2003

[3]張慶國,畢秀麗.強夯法加固機理與應用[M].濟南:山東科學技術出版社,2003

[4]孟慶山, 楊超, 雷學文,等.武漢東湖淤泥早強固化試驗研究[J].巖土力學, 2010

[5] 郭印. 淤泥質土的固化及力學特性的研究[博士學位論文 浙江大學, 2007.