印尼Dumai濱海軟土的工程特性研究

張明瑞，胡孔飛，馬克剛

(中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)安徽省電力設(shè)計(jì)院有限公司，安徽 合肥 230601)

1 概述

Dumai市位于印度尼西亞蘇門(mén)答臘島北部廖內(nèi)省，北側(cè)瀕臨Dumai海峽，Dumai濱海地區(qū)廣泛分布深厚的海相軟土。軟土具有含水量高、壓縮性高、沉降變形大、強(qiáng)度低和穩(wěn)定性差的特點(diǎn)，不利于工程建設(shè)。目前，學(xué)者對(duì)廣州軟土、江蘇海相軟土、珠江三角洲海陸交互相軟土、寧波海相軟土、深圳軟土、三亞軟土和連云港海相軟土的工程特性進(jìn)行了廣泛研究，研究成果對(duì)指導(dǎo)工程建設(shè)具有重要意義，但有關(guān)東南亞地區(qū)濱海軟土的研究相對(duì)較少。隨著我國(guó)“一帶一路”倡議的推進(jìn)和印度尼西亞經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要，Dumai地區(qū)的工程建設(shè)項(xiàng)目逐步增多，鑒于軟土對(duì)工程建設(shè)具有重大影響，研究該地區(qū)濱海軟土的工程特性及相應(yīng)的地基處理方法則具有重要的理論和實(shí)際意義。

本文對(duì)Dumai 2×135 MW燃煤電站工程中軟土的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并與我國(guó)部分沿海地區(qū)軟土特性進(jìn)行對(duì)比，總結(jié)出Dumai濱海軟土的工程特性，并分析Dumai濱海軟土存在的主要工程地質(zhì)問(wèn)題，探討了適用于Dumai濱海軟土的地基處理方法。

2 軟土的工程特性

2.1 成因及分布規(guī)律

Dumai市區(qū)域地貌以沖積平原和海岸堆積平地為主，濱海地區(qū)基巖埋深一般大于80m，具有深厚的第四紀(jì)沉積物，主要成分為淤泥、淤泥質(zhì)土、粘土、粉質(zhì)粘土和粉細(xì)砂。地表廣泛分布一層海相淤泥，其中含有較多未腐爛的樹(shù)木和腐殖質(zhì)，下部地層為海相成因的淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)粘土和粉細(xì)砂。軟土主要包括海相淤泥和淤泥質(zhì)土，以灰色、棕褐色為主，呈流塑狀，含有機(jī)質(zhì)、樹(shù)木殘骸及珊瑚礁碎屑，夾有薄層粉土、粉砂。該層軟土在平面和空間上分布不均勻，一般厚6～15 m，局部地段厚度超過(guò)20 m。

2.2 物理力學(xué)指標(biāo)與工程特性

表1列出了Dumai濱海軟土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，表2列出了我國(guó)部分沿海地區(qū)軟土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，通過(guò)對(duì)比分析，得出Dumai濱海軟土的工程特性如下。

(1)高含水量、低重度、高液限。Dumai濱海軟土的含水量平均值為68.6%，高于我國(guó)沿海地區(qū)軟土的含水量。由于Dumai濱海軟土中含有較多未腐爛的樹(shù)木殘骸和腐殖質(zhì)，造成其重度平均值為11.2 kN/m3，遠(yuǎn)小于我國(guó)沿海地區(qū)軟土的重度。

(2)高孔隙比、高壓縮性、低滲透性。Dumai濱海軟土的孔隙比平均值為2.650，壓縮系數(shù)平均值為2.8 MPa-1，孔隙比和壓縮性均高于我國(guó)沿海地區(qū)軟土。Dumai濱海軟土的滲透系數(shù)平均值為2.43×10-7cm/s，具有一般軟土的低滲透性特征。

表1 Dumai濱海軟土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

表2 我國(guó)部分沿海地區(qū)軟土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

(3)抗剪強(qiáng)度低。Dumai濱海軟土的內(nèi)摩擦角一般為2～4°，粘聚力一般為10～28 kPa。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)一般為1～2擊。說(shuō)明該類軟土地基承載力低、抗剪強(qiáng)度低，顆粒主要以粘粒為主，抗剪強(qiáng)度以粘聚力為主，內(nèi)摩擦角很小。

(4)塑性指數(shù)與液限的關(guān)系

Dumai濱海軟土塑性指數(shù)與液限的關(guān)系見(jiàn)圖1。塑性指數(shù)與液限的回歸方程見(jiàn)式(1)。

不同地區(qū)軟土特性有一定差異，我國(guó)部分地區(qū)軟土塑性指數(shù)與液限關(guān)系統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。

表3 國(guó)內(nèi)部分沿海地區(qū)軟土塑性指數(shù)Ip與液限ωL的回歸方程[10,13]

式(1)與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》中的塑性圖關(guān)系較為接近，由于該類軟土的液限多大于50%，按照土的工程分類，可將Dumai濱海軟土定名為CH(高液限粘土)，說(shuō)明該類軟土中粘粒成分對(duì)土的工程性質(zhì)起主導(dǎo)作用。

圖1 Dumai濱海軟土塑性圖

3 地基處理方法探討

3.1 工程地質(zhì)問(wèn)題

Dumai濱海軟土厚度一般大于6m，具有天然含水量高、孔隙比大、重度低、壓縮性高、強(qiáng)度低、滲透性差等特點(diǎn)，在該類軟土地區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)時(shí)，將遇到以下工程地質(zhì)問(wèn)題。

(1)地基承載力低。Dumai軟土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度很低，具有較大的孔隙比，壓縮性高，在附加荷載作用下將產(chǎn)生較大的變形，從強(qiáng)度和變形兩方面考慮，該類軟土的承載力很低，不宜作為建筑物的地基持力層。

(2)工后沉降大、固結(jié)時(shí)間長(zhǎng)。該類軟土的滲透性極差，排水固結(jié)時(shí)間很長(zhǎng)，一般需要幾年或數(shù)十年才能完成固結(jié)過(guò)程，而大部分沉降將在工程完工后發(fā)生，極易發(fā)生沉降過(guò)大、不均勻變形而引起建筑物開(kāi)裂。由于表層淤泥中含有未腐爛的樹(shù)木殘骸，腐爛過(guò)程仍將繼續(xù)發(fā)展，在長(zhǎng)期的腐爛、分解作用下，土體結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化，可能導(dǎo)致不均勻沉降發(fā)生。

(3)軟土震陷。Dumai地區(qū)在50 a超越概率10%的地表地震動(dòng)峰值加速度為0.25 g，相當(dāng)于中國(guó)抗震設(shè)防烈度為8度，在地震作用下，Dumai濱海軟土可能發(fā)生震陷，引起建筑物局部或整體沉陷而造成破壞。

3.2 地基處理方法

針對(duì)Dumai濱海軟土的工程特性和存在的工程地質(zhì)問(wèn)題，討論地基處理方案如下。

(1)換填墊層法：將上部一定厚度軟土挖除，底部進(jìn)行拋石擠淤，在塊石層上采用砂礫石、粘土、碎石土等分層碾壓回填，形成強(qiáng)度較高的換填墊層，減小下臥層的附加應(yīng)力和壓縮變形量，適用于對(duì)變形要求不高的輕型建筑物、堆場(chǎng)、地坪和道路，工期較短、施工方便，換填深度不宜超過(guò)6.0 m。該方法是目前Dumai地區(qū)最為常用的一種地基處理方法。

(2)預(yù)壓法：分為堆載預(yù)壓、真空預(yù)壓和真空－堆載聯(lián)合預(yù)壓法。在軟土中設(shè)置塑料排水板或袋裝砂井作為豎向排水通道，當(dāng)工期要求高時(shí)，可采用真空－堆載聯(lián)合預(yù)壓法，通過(guò)排水固結(jié)提高軟土的承載力、減少沉降量，可適用于對(duì)變形要求不高的輕型建筑物、堆場(chǎng)、地坪和道路，目前，堆載預(yù)壓在Dumai地區(qū)有應(yīng)用實(shí)例。

(3)樁基：采用樁基穿透軟土層，樁端置于下部強(qiáng)度較高的土層中，適用于各類建構(gòu)筑物。樁長(zhǎng)根據(jù)荷載大小、地層分布、沉降控制等綜合確定。在Dumai地區(qū)樁基應(yīng)用十分普遍，常用的樁基類型為預(yù)制方樁和PHC管樁，一般采用錘擊法沉樁。

(4)木樁：該方法將木樁打入軟土中，在樁頂設(shè)置碎石或塊石墊層，利用木樁與樁周土構(gòu)成復(fù)合地基共同承擔(dān)上部荷載。木樁將樁頂荷載有效傳遞至深部地層中，并可對(duì)樁周土產(chǎn)生擠密作用，可提高復(fù)合地基的承載力、減小沉降變形。該方法適用于輕型建筑物、小型堆場(chǎng)、地坪和道路，在Dumai地區(qū)具有應(yīng)用實(shí)例。

4 結(jié)論

(1)Dumai濱海地區(qū)廣泛分布一層海相軟土，包括淤泥和淤泥質(zhì)粘土，屬于高液限粘土，含有未腐爛的樹(shù)木和腐殖質(zhì)，以灰色、棕褐色為主，呈流塑狀，夾薄層粉土、粉砂。具有天然含水量高、孔隙比大、重度低、強(qiáng)度低、壓縮性高和滲透性差的特性。

(2)Dumai濱海軟土的天然地基承載力低、工后沉降大，排水固結(jié)周期長(zhǎng)，在地震作用下可能發(fā)生震陷，未經(jīng)處理的軟土不宜作為建構(gòu)筑物的地基持力層。

(3)該類軟土可采用換填墊層法、預(yù)壓法、樁基礎(chǔ)、木樁和水泥土攪拌樁進(jìn)行地基處理，具體方法的選用要根據(jù)建筑物的使用要求、沉降要求、荷載等級(jí)及軟土的分布等綜合確定，具體工程需通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比后確定適宜的地基處理方法。

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