吹填鹽漬土軟弱地基處理技術研究

朱亮

(1. 海門南黃海建設發(fā)展有限公司,江蘇海門226000)

吹填鹽漬土軟弱地基處理技術研究

朱亮

(1. 海門南黃海建設發(fā)展有限公司,江蘇海門226000)

在吹填鹽漬土軟弱地基處理過程中,應充分考慮其吸濕性與溶陷性等工程特性,并對于地基處理方式的選擇有較高的要求?，F(xiàn)在分析軟弱鹽漬土地基基本物理性能基礎上,系統(tǒng)地總結了目前常用的地基處理方案及其適用性,依托實體工程,提出適宜的地基處理方案。

吹填；鹽漬土；軟弱地基；處理技術

0 引言

濱海地區(qū)港區(qū)道路建設多位于軟弱的吹填圍墾地基之上,且港區(qū)范圍內常有弱鹽漬土廣泛分布。比如,海門濱海新區(qū)東灶港區(qū)內“三橫六縱”的區(qū)域性主干路的路網(wǎng),道路沿線均為新近吹填的沖填土,未固結,強度極低；土質也多屬于弱氯鹽漬土,可能具有鹽漲、溶陷、腐蝕等不良特性。特殊的工程環(huán)境和土質特性,對于該地基道路地基處理提出了更高的要求。

一方面,吹填土以液限粘質土、中液粘質土和中液粉質土為主,強度極低,采用常用的地基加固方法,例如強夯法,可能由于濱海地區(qū)吹填土地下水位較高,強夯過程中孔隙水壓過大,從而導致加固效果不理想,且存在造價偏高的弊端；另一方面,不同工程區(qū)域的建設周期不盡相同,如均采用強夯或沖擊碾壓等地基加固方式往往也會造成建設資金的浪費。此外,吹填土具有的鹽漬性也要求在建設過程中充分考慮其吸濕性與溶陷性等工程特性。因此,如何合理地選擇地基處理方式已成為濱海港區(qū)道路建設迫切需要解決的問題。

本文以軟弱鹽漬土地基為研究對象,從鹽漬土基礎物理力學特性出發(fā),分析常用地基處理方式的適用性,提出合理的地基處理方法。通過研究,為實體工程建設提供系統(tǒng)、可靠的技術依據(jù),也為濱海地區(qū)類似工程的建設提供技術儲備和借鑒示范。

1 軟弱鹽漬土特性分析

濱海軟弱鹽漬土最突出的特點就是它的吹填土特性。所謂吹填土,是用挖泥船和泥漿泵把江河和港口底部淤積的泥砂通過水力吹填而形成的沉積土。吹填土的性質具有三高一低的特點,即天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度低、滲透系數(shù)小,一般呈軟塑到流塑狀態(tài)。該種土質地基不能直接用于承載上部道路等構筑物。

此外,濱海軟弱鹽漬土的鹽漬性也是在進行地基處理方式選擇時應充分考慮的工程特性。鹽漬土具有明顯的吸濕性、溶陷性和一定的腐蝕性,鹽分種類及含量不同其物理和力學性質也不同,必須根據(jù)地基結構的各項指標要求,采取合理的措施,達到控制路基中水分和鹽分的穩(wěn)定性的目的,以適應道路服務性能對地基的要求。

總體來講,濱海軟弱鹽漬土有突出的軟土特征,在作為地基時必須降低其含水量、孔隙比,提高滲透系數(shù)和抗剪強度；弱氯鹽化雖不是地基處理方案的選擇的主要影響因素,但方案設計時需考慮其影響。

2 地基處理常用方式及適用性分析

濱海地區(qū)軟弱鹽漬土是否需要處理和采用何種處理方法,取決于吹填土的工程性質中顆粒組成、土層厚度、均勻性和排水固結條件。很多軟土的處理方法都適用于吹填土。對軟土地基常用處理方法及適用范圍歸納總結如表1所列。

考慮鹽漬土的特性,由表1可知,對于軟弱吹填鹽漬土,較為適宜的地基處理方法大概可分為兩類。一類是物理的方法,通過對土體進行沖擊或者使土體內出現(xiàn)壓差,以此排出孔隙水,比較典型的是強夯法、堆載預壓法、真空預壓法等；另一類是化學的方法,該方法就是在吹填土中添加外加劑,外加劑與土體中的物質成分發(fā)生反應,使土體固結。比較典型的方法是深層攪拌法、粉噴樁法等。在實際的過程中,應根據(jù)工程地質條件,考慮多種方法的組合。

表1 軟土地基處理方法分類及其適用范圍一覽表

3 依托工程地基處理方案

3.1 工程地質條件

依托工程為海門東灶港上海路北延段,工程范圍內土層分布及物理指標如表2和表3所列。經(jīng)測試,吹填土中易溶鹽的含量分別為0.54%～0.62%,其中c(CL-)/2c(SO2-4) 的比值分別為3.13、7.04,氯鹽及亞氯鹽的含量在0.3～1.0之間,為弱氯鹽漬土。

表2 土層分布表

表3 各土層物理指標(平均值)一覽表

3.2 地基處理方案及說明

根據(jù)對各種地基處理方法適用性的總結,以及已有實際工程經(jīng)驗,提出的地基處理方案如表4所列。

表4 地基處理方案一覽表

方案選取考慮的因素及相關說明如下：

(1)強夯法處理地基必須保證地下水位在地面以下3 m才能直接進行,否則會導致夯坑積水,將嚴重影響施工質量并帶來安全隱患。而低能強夯聯(lián)合堆載預壓法在水位不能滿足直接強夯條件的情況下,進行快速降水,將地下水位降至3 m以下再進行強夯,確保夯坑干燥,不積水,進而確保施工質量和施工安全。其次,對于新近吹填的大面積粉細砂土地基,飽和的孔隙水將消耗大部分夯擊能量,會大大影響強夯質量。通過堆載預壓降低地下水位,可確保強夯夯擊能充分作用到吹填土骨架上,以改善加固效果。

(2)而對于真空降水法,雖然可以大大縮短工期,但一方面地基的處理效果受到真空度控制的極大影響,參考實際工程成果,在保持真空度方面,很難做到完全符合要求,實際處理結果也大打折扣；另一方面,真空預壓法降水的工程成本較大,除去真空泵的使用,欲保持真空度的相應措施也需較大成本。

故考慮允許工期足夠長的情況下,盡量考慮降低造價,可減少真空預壓的過程,采用堆載預壓法。堆載方式采用就地開挖堆載,在規(guī)劃道路范圍兩側開挖,堆填到道路范圍內,開挖部分形成排水溝,堆載可采用超載的方式。如果地下水位高、排水條件不利,應先打入排水板或者打砂井以形成更好的排水通道,進行降水。再結合低能量強夯提高地基排水效果,夯擊前采用堆載預壓降水,來降低地下水位、減小土體的含水量和飽和度,使地基受擊后,地下水位以上土體可產(chǎn)生較大的壓縮變形,地下水位以下土體可減小超孔隙水壓力。夯擊后再排水,以加速超孔隙水壓力的消散和軟土固結。夯擊中先加固淺層軟土,待淺層土體強度有所提高后,再逐漸加大能量,以加固深層軟土。這樣就可避免橡皮土的形成,達到大幅提高地基強度的目的。

(3)當工程建設周期較短時,堆載預壓法顯然不能滿足要求,采用“山皮石+沖擊碾壓法”與“粉噴樁復合地基法”聯(lián)合的方法來進行處理,一方面沖擊碾壓后的原地表能為后期粉噴樁的施工機械提供良好的工作平臺；另一方面粉噴樁也能提高沖擊碾壓所不能觸及到的原地表下較深范圍內吹填土的承載力,并能有效地減少整體工后沉降。另外在其他條件受限,以及特殊區(qū)段也可應用復合地基法處置。粉噴樁方案水泥應選用抗腐蝕性較高的型號。

3.3 地基處理效果驗證

本文基于現(xiàn)場實測沉降數(shù)據(jù),對采用上述方法進行處理的吹填鹽漬土軟弱地基進行沉降預估,從工后沉降的角度評價地基處理效果。由于尚未有全過程現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù),故采用泊松曲線法進行沉降預估,其公式為：

式中：t0i——第i級荷載下擬合曲線時間零點；

α、β、k——待定參數(shù),可利用時間序列求解。

通過二次 Lagrange 插值轉化為等時間間隔序列,計算公式為：

式中：t——插值時間；

S1——t對應的沉降值；

ti-1、ti、ti+1——實測沉降時間節(jié)點,其選取應滿足與t最接近；

Si-1、Si、Si+1——ti-1、ti、ti+1時刻對應的沉降值。

按上述方法可計算出：

取滿載階段的三組沉降監(jiān)測數(shù)據(jù),計算得到的最終沉降量S∞及β值,見表5所列。

表5 泊松曲線法沉降預測參數(shù)計算一覽表

對三組數(shù)據(jù)計算結果取平均值,得到S∞和β的值為：

利用上述S∞和β的值,取t=180 d、210 d、260 d的沉降監(jiān)測數(shù)據(jù),計算瞬時沉降Sd見表6所列。

表6 瞬時沉降預測結果一覽表

瞬時沉降Sd取平均值：Sd=(3.980+2.172+1.125) /3=2.426

由瞬時沉降預測結果,結合現(xiàn)場地基處理實際情況可知,按上述方法處理的吹填鹽漬土軟弱地基效果良好,有效地保證了上海路北延段的使用性能與服務水平。

4 結論

本文從工程應用的角度出發(fā),對濱海吹填鹽漬土的地基處理方式進行了研究,得到的主要結論如下：

(1)吹填鹽漬土地基既具有一般吹填土特性,又有鹽漬性,在選擇地基處理方式時,不僅需要充分考慮該類土軟塑或流塑的特征,還需考慮鹽分種類及含量對其物理和力學性質的影響。

(2)物理方法(如強夯法、堆載預壓法、真空預壓法等)和化學的方法(如深層攪拌法、粉噴樁法等),是較好的吹填鹽漬土地基處理方法。

(3)在依托工程中,根據(jù)不同路段特點采用低能強夯聯(lián)合堆載預壓法、山皮石+沖擊碾壓法和粉噴樁法處理吹填弱氯鹽漬土地基,取得了良好的效果,可為類似工程提供借鑒與示范。

U416.1

B

1009-7716(2015)09-0068-03

2015-05-20

朱亮(1979-),男,江蘇南通人,工程師,研究方向：公路工程路橋專業(yè)。