土工合成材料在鹽漬土地基處理中的應(yīng)用

王 劉 星

(中煤科工集團(tuán)北京華宇工程有限公司，河南 平頂山 467099)

土工合成材料在鹽漬土地基處理中的應(yīng)用

王 劉 星

(中煤科工集團(tuán)北京華宇工程有限公司，河南 平頂山 467099)

以新疆某選煤廠末煤倉的地基處理為例，對土工合成材料在鹽漬土地基處理中的應(yīng)用進(jìn)行了分析研究，結(jié)果表明加筋墊層結(jié)合復(fù)合土工膜防水技術(shù)在鹽漬土地基處理中經(jīng)濟(jì)可行、效果理想。

土工合成材料，加筋墊層，復(fù)合土工膜，鹽漬土，地基處理

0 引言

土工合成材料加筋墊層是在基礎(chǔ)下的一定深度范圍土體內(nèi)水平鋪設(shè)適當(dāng)?shù)目估咏畈牧希缤凉た椢?、土工格柵等，利用鋪設(shè)在土體中的筋材擴(kuò)散土體中的應(yīng)力，均化地基應(yīng)力，減少不均勻沉降，提高地基的穩(wěn)定性，并在一定程度上減少地基的最大沉降量[1，2]。復(fù)合土工膜具有強(qiáng)度高，延伸性能較好，耐老化，耐酸堿，抗腐蝕，防滲性能好等特性，且運(yùn)輸方便、價(jià)格低廉，在各種防水工程中得到廣泛的應(yīng)用[3]。土工膜、土工格柵、土工筋帶等土工合成材料在巖土工程中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用和研究，積累了較多的工程經(jīng)驗(yàn)，但以往的工程研究多限于對軟弱地基的處理或單純的防水工程[4-6]，對于土工材料在鹽漬土地基處理中的應(yīng)用研究較少[7，8]。

文章以新疆某選煤廠末煤倉的地基處理為例，對土工合成材料在鹽漬土地區(qū)地基處理中的應(yīng)用進(jìn)行了分析研究。

1 工程概況

新疆某選煤廠位于昌吉市，為礦井型動(dòng)力煤選煤廠，設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模為300萬t/年，其主要建(構(gòu))筑物有主廠房、末煤倉、原煤倉、連接棧橋等。其中末煤倉(筒倉)2個(gè)，設(shè)計(jì)筒倉直徑22 m，高度39 m，筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深4 m，基底壓力的標(biāo)準(zhǔn)組合值330 kPa。

2 場地地質(zhì)條件

該場地內(nèi)地層自上至下為：①層填土，主要由煤塊、矸石、礫石夾雜粉土組成，堆積時(shí)間小于5年，較松散；②層混合土，由薄層粉土、中粗砂、礫砂呈小于15 cm的層狀交錯(cuò)混合構(gòu)成，局部夾粉土透鏡體，稍密～中密；③層圓礫，一般粒徑為2 mm～10 mm，最大粒徑40 mm～100 mm，以圓形～亞圓形為主，充填物主要以細(xì)砂、中粗砂為主，中密～密實(shí)。末煤倉處地層剖面如圖1所示。

3 末煤倉地基基礎(chǔ)方案

3.1 原設(shè)計(jì)方案

末煤倉基底標(biāo)高約在自然地面下4 m，即基底持力層為②層混合土，由于②層混合土具有溶陷性且承載力較低，不能直接作為末煤倉的持力層，即天然地基不能滿足設(shè)計(jì)要求。

由于末煤倉對地基的承載力要求較大，且②層混合土下面存在著工程性質(zhì)較好的③層圓礫，是良好的樁端持力層，故勘察報(bào)告建議末煤倉采用樁基礎(chǔ)，以③層圓礫作為樁端持力層。根據(jù)勘察報(bào)告建議，對末煤倉進(jìn)行了樁基設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)樁端持力層為③層圓礫，樁徑800 mm，有效樁長20 m，兩個(gè)筒倉共布樁114根，根據(jù)當(dāng)?shù)貥痘┕な袌鰡蝺r(jià)(以樁體積計(jì)，綜合單價(jià)約1 700 m3)，預(yù)算樁基工程造價(jià)約194.8萬元，工期約50 d。

3.2 方案的優(yōu)化

為進(jìn)一步確定②層混合土的地基承載力，基坑開挖后，對基底以下②層混合土進(jìn)行了現(xiàn)場浸水載荷試驗(yàn)，試驗(yàn)位置為基底以下2 m處。檢測結(jié)果表明：浸水壓力為320 kPa時(shí)，附加濕陷量為3.10 cm，濕陷系數(shù)0.03；在不考慮管道跑水、地表水入滲等因素時(shí)，地基以下2 m處的地基承載力可按270 kPa考慮。

因②層混合土屬亞硫酸鹽鹽漬土，其遇水主要表現(xiàn)是鹽脹，而本場地地基土含鹽量較小(平均僅為0.434%)，且上部荷載較大(末煤倉基底壓力330 kPa)，硫酸鹽的鹽脹作用可以不計(jì)。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果，場地總?cè)芟萘枯^小，故采取適當(dāng)?shù)姆琅潘胧┖螅梢钥紤]采用加筋砂石墊層的地基處理方案；根據(jù)已有工程經(jīng)驗(yàn)，加筋砂石墊層承載力可達(dá)400 kPa，鑒于其下部存在②層混合土，若采用換填方案，需進(jìn)行下臥層②層混合土承載力驗(yàn)算。設(shè)計(jì)加筋砂石墊層厚度按2 m，換填后軟弱下臥層②層混合土的承載力驗(yàn)算如下[9](按矩形基礎(chǔ)擴(kuò)散理論)：

其中，pz為相應(yīng)于作用的標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)，軟弱下臥層頂面處的附加壓力值，kPa；p為相應(yīng)于作用的標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)，基礎(chǔ)底面處的平均壓力值，p=330 kPa；b，l分別為矩形基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)底邊的寬度和長度，b=l=22 m；pc為基礎(chǔ)底面處土的自重壓力值，pc=76.8 kPa；z為基礎(chǔ)底面至軟弱下臥層頂面的距離，z=2 m；θ為地基壓力擴(kuò)散線與垂直線的夾角，θ=35°；由上式計(jì)算得，pz=199.2 kPa，軟弱下臥層頂面土的自重壓力pcz=116.8 kPa；故軟弱下臥層(②層土)頂面的總壓力值為Pk=pz+pcz=316 kPa。

軟弱下臥層(②層土)經(jīng)深度修正后的承載力特征值如下：

fa=fak+ηdγm(d-0.5)。

其中，fa為軟弱下臥層天然地基承載力特征值，fa=270 kPa；d為軟弱下臥層頂界面的埋深，d=6 m；ηd為地基承載力深度修正系數(shù)，取1.5；γm為修正深度內(nèi)軟弱下臥層頂面以上土的重度加權(quán)平均值，γm=19.2 kN/m3。

經(jīng)計(jì)算修正后的軟弱下臥層(②層土)承載力特征值為fa=428.4 kPa，Pk

3.3 “加筋砂石換填+復(fù)合土工膜防水”設(shè)計(jì)方案

根據(jù)分析結(jié)果，采用“換填+防水”的地基處理方案是可行的。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，最終對末煤倉采用“加筋砂石換填+復(fù)合土工膜防水”的地基處理方案。設(shè)計(jì)換填墊層厚度2 m，換填方量約3 300 m3，預(yù)算換填工程造價(jià)約42.9萬元，比原樁基方案節(jié)省造價(jià)約151.9萬元，預(yù)計(jì)施工工期約20 d，比原樁基方案節(jié)省工期約30 d。

墊層設(shè)筋帶3層，筋帶呈方格網(wǎng)狀編織，間距500 mm×500 mm，筋帶豎向間距400 mm，距離加筋墊層頂部300 mm處鋪設(shè)復(fù)合土工膜防水，并設(shè)置200 mm厚的褥墊層(中粗砂)，換填墊層底邊界距離基礎(chǔ)邊線不小于1 700 mm，換填剖面如圖2所示。

3.4 工程實(shí)施

該工程地基處理的施工工藝主要包括砂卵石墊層的鋪設(shè)、土工筋帶的鋪設(shè)及復(fù)合土工膜的鋪設(shè)。

3.4.1 材料選型

換填材料采用天然級配砂卵石，最大粒徑不大于10 cm；加筋材料采用SBJD/GF塑玻土工復(fù)合筋帶，筋帶規(guī)格為2.5 mm×50 mm；復(fù)合土工膜采用SN2/PE-16-600-0.5土工膜[10]。

3.4.2 砂卵石墊層的鋪設(shè)

首先將基底表面浮土、雜物清理干凈，然后運(yùn)送砂卵石料至基坑中，逐層鋪設(shè)碾壓，分層壓實(shí)厚度400 mm，每次虛鋪厚度300 mm，壓實(shí)系數(shù)不小于0.97。采用12 t振動(dòng)壓路機(jī)碾壓，碾壓次數(shù)不小于6遍，相鄰碾壓輪跡須重合一半，不得漏壓，最后兩次碾壓沉落差應(yīng)小于1 mm。

3.4.3 土工筋帶的鋪設(shè)

鋪設(shè)筋帶前，須用砂將基層表面凸凹不平處找平；筋帶鋪設(shè)前要進(jìn)行調(diào)直，不得出現(xiàn)扭曲、褶皺、重疊等現(xiàn)象；土工復(fù)合筋帶采用雙向方格網(wǎng)狀鋪設(shè)，筋帶的連接采用搭接法，搭接長度不小于1.0 m，墊層邊緣處，筋帶應(yīng)反包回折壓入墊層，端頭回折伸入基礎(chǔ)下不小于0.5 m，邊緣回折處用土工胞腔式砂石袋壓實(shí)。筋帶不得在日光下曝曬或長時(shí)間裸露，筋帶鋪完后鋪設(shè)20 mm厚砂層保護(hù)，防止碾壓時(shí)砂石對筋帶造成破壞，并盡快施工上層砂石墊層。

3.4.4 復(fù)合土工膜的鋪設(shè)

防水復(fù)合土工膜距離換填墊層頂部300 mm，其上下各鋪設(shè)10 cm粗砂作為防護(hù)層；土工膜采用波浪形松弛方式鋪設(shè)，留設(shè)富余度約為1.5%，基坑邊緣處土工膜沿基坑壁上翻不少于500 mm；土工膜的拼接采用熱熔焊接，搭接寬度不小于20 cm，并采用目測法和真空法現(xiàn)場拼接檢漏，補(bǔ)漏面積不小于破壞面積的4倍，邊長不小于1.0 m。

3.5 地基處理效果檢驗(yàn)

3.5.1 地基承載力檢測

換填墊層施工完成后，對換填后的地基進(jìn)行了地基承載力檢測，檢測方法采用靜力載荷試驗(yàn)，使用圓形承壓板，承壓板面積1.0 m2，共布置檢測點(diǎn)3個(gè)。根據(jù)現(xiàn)場檢測結(jié)果，3個(gè)檢測點(diǎn)的承載力均大于400 kPa，換填地基承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

3.5.2 地基變形監(jiān)測

主要對末煤倉進(jìn)行了沉降觀測，根據(jù)末煤倉上設(shè)置的沉降監(jiān)測點(diǎn)，對末煤倉施工過程中及竣工后進(jìn)行了沉降觀測。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，末煤倉最終沉降量20.25 mm，整體傾斜小于0.000 2。

根據(jù)地基檢驗(yàn)結(jié)果可知，末煤倉地基經(jīng)處理后，承載力高，沉降小，地基工程性質(zhì)得到明顯改善，地基處理結(jié)果滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，處理效果理想。

4 結(jié)語

1)在地基基礎(chǔ)工程中，與樁基方案相比，“加筋砂石換填+復(fù)合土工膜防水”方案具有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，并且施工簡易、安全高效。

2)“加筋砂石換填+復(fù)合土工膜防水”方案中，土工材料與砂石墊層的工程特性得到合理結(jié)合，既提高了地基承載力，又避免了地基土受浸水的影響，保證了末煤倉地基處理的安全性與可靠性，地基處理效果理想，同時(shí)也為條件相近的鹽漬土地區(qū)地基處理提供了借鑒依據(jù)。

3)在地基土容易受浸水影響且承載力較低的鹽漬土地區(qū)，土工合成材料可以與灰土墊層、砂石墊層組合設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮“防水”與“提高承載力”的作用，該課題可以作為下一步的研究工作，豐富鹽漬土地區(qū)的地基處理理論體系。

[1] 付志前，王廣月，姜 萍，等.土工合成材料加筋墊層的應(yīng)用研究[J].山東大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)，2003，33(5)：568-571.

[2] 施有志.加筋地基承載力的計(jì)算方法[J].土工基礎(chǔ)，2007，21(1)：59-62.

[3] 賈知明，李 濤.復(fù)合土工膜防滲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工工藝探討[J].中國西部科技，2010，9(3)：54-55.

[4] 趙愛萍.加筋復(fù)合砂石墊層在軟弱地基中的應(yīng)用[J].山西建筑，2003，29(16)：20-21.

[5] 師一鵬.復(fù)合土工膜在防滲工程中的應(yīng)用[J].甘肅科技，2006，22(6)：164-165.

[6] 王黨在.復(fù)合土工膜防滲體在高土石壩中的應(yīng)用研究[D].西安：西安理工大學(xué)，2005.

[7] GB/T 50942—2014，鹽漬土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范[S].

[8] 徐攸在，史桃開.鹽漬土地基的處理方法[J].工業(yè)建筑，1991(3)：7-12.

[9] JGJ 79—2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[10] GB 50290—98，土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[S].

The application of geosynthetics in saline soil ground treatment

Wang Liuxing

(BeijingHuayuEngineeringCompanyLimited，ChinaCoalEngineeringandTechnologyGroup，Pingdingshan467099，China)

Taking the ground treatment of slack coal bunker in the coal separating plant in Xinjiang as an example， it analyzed the application of geosynthetics in saline soil ground treatment， the results show that the technology of reinforced cushion combination with composite geomembrane waterproofing in saline soil ground treatment has an ideal effect and economic benefits.

geosynthetics， reinforcement cushion， composite geomembrane， saline soil， ground treatment

2015-06-30

王劉星(1988- )，男，碩士，助理工程師

1009-6825(2015)25-0098-03

TU448

A