沖擊碾壓消除低液限粉土輕微液化的應(yīng)用及提高粉土地基承載力的問題研究

王勝儒 衡培哲 黃貴濤 蘇 建

中鐵北京工程局集團有限公司 北京 102308

0 前言

液化土是地震時飽和砂土和粉土顆粒在強烈震動下有變密的趨勢,顆粒之間發(fā)生相對位移,顆粒間的孔隙水來不及排泄而受到擠壓,因而孔隙水壓力急劇上升,當孔隙水壓力上升到與土顆粒所受到總的正壓力接近時,土顆粒之間因摩擦產(chǎn)生的抗剪力接近零,此時的土像液體一樣,故稱之為液化土。

液化土在國內(nèi)分部廣闊,尤其是山東、河南等廣大地區(qū),液化土屬于不良地質(zhì)土,對施工建設(shè)危害極大。沖擊碾壓在消除液化土上的作用效果不夠明確、水泥改良土對液化土地基承載力的提高作用不夠清晰。本研究通過科學(xué)的試驗研究,進一步探索沖擊碾壓及水泥改良土在液化土地基處理中的作用機理和改善效果;此研究成果可以作為全國低液限土地基處理的使用依據(jù)。通過研究液化土的液化消散,探索出經(jīng)濟、有效處理輕微液化土的方法,為日后處理類似地質(zhì)情況提供可靠合理的依據(jù)。

1 研究方案及區(qū)段劃分

將試驗研究區(qū)域分為I區(qū)和II區(qū),其中I區(qū)不做液化土處理,II區(qū)做液化土處理。液化土處理采用原地面沖擊碾壓的方式消除土的液化;再將II區(qū)劃分為A、B、C、D四個區(qū)域分別填筑水泥摻量為0%、3%、4%、5%的水泥改良土,通過各區(qū)域的試驗數(shù)據(jù)對比得出科學(xué)合理的研究成果。主要分區(qū)見表1所示:

表1 試驗分塊表

2 試驗方法

2.1 液化土處理 原地面需要做液化土處理,否則施工時局部會產(chǎn)生液化現(xiàn)象,上部土體也難以壓實[1]。經(jīng)過對II區(qū)各試驗塊沖擊碾壓,每5遍后進行標準貫入及靜力觸探[2]液化土液化消除情況,分析沖碾是否達到了消除液化的要求并得出最經(jīng)濟的沖碾遍數(shù)。

2.2 低液限粉土填筑 按照試驗區(qū)域劃分,對比各施工區(qū)域填土后的地基反應(yīng)模量,分析低液限液化土不消除液化、消除液化后采用不同水泥摻量的水泥改良土回填后的地基承載力[3]增長情況,得出最經(jīng)濟的水泥摻量。

3 試驗區(qū)施工

3.1 沖擊碾壓施工技術(shù)要求

①采用三邊形沖擊式碾壓機(25kJ)對土基進行沖擊碾壓,速度為12～15km/h。每輪連續(xù)沖碾遍數(shù)暫定為5遍。連續(xù)5遍沖碾后要求孔壓消散70%之后再進行下一輪沖碾[4],根據(jù)現(xiàn)場實際情況,可將一輪需連續(xù)完成的沖碾遍數(shù)分幾次進行,但要保持總能量滿足設(shè)計要求。

②對于轉(zhuǎn)彎等沖碾能量不足或靠近原道肩邊無法沖碾的部位應(yīng)采用48T壓路機進行振動碾壓。

③根據(jù)工程經(jīng)驗,沖擊碾壓遍數(shù)暫定為25遍。

④區(qū)塊每沖碾5遍之后進行原位檢測,檢測指標和要求如下:

標貫檢測:對場地2m深度內(nèi)的土體進行液化判定,以檢驗地基處理的效果。勘探孔宜布置在原有勘探孔附近。檢驗頻率為每區(qū)塊2點。

靜探檢測:對場地2m深度內(nèi)的土體進行液化判定,以檢驗地基處理的效果。勘探孔宜布置在原有勘探孔附近。檢驗頻率為每區(qū)塊2點。

3.2 土方(改良土)填筑施工技術(shù)要求

①放線:放出改良土施工范圍、填土標高。

②填土:在施工區(qū)域按照10m*10m方格網(wǎng)打樁[5],用樁上做標記表明填土高度用于控制填土厚度,嚴格控制土方填筑厚度。

③平整:按照樁上的標記高度,用推土機將填料攤鋪整平,用平地機刮平,壓路機靜壓一遍,使各處填土厚度達到每層厚度要求且均勻,整平后檢測高程,高程滿足設(shè)計要求后進行下一步施工,如不滿足設(shè)計高程,進行整平處理,直到滿足位置。

④撒布水泥前檢測:檢測土的含水量,并控制在最佳含水量的±(1%～2%)范圍內(nèi)[6],必要時進行晾曬或灑水。

⑤水泥撒布:適應(yīng)現(xiàn)場機械配置合理劃分作業(yè)區(qū)段,水泥撒布車按水泥用量均勻撒布在作業(yè)區(qū)段內(nèi)。撒布前計算水泥用量,控制撒布速度,確保水泥撒布均勻。

⑥改良土拌和:水泥攤鋪均勻后用冷再生機充分拌和,控制拌和深度,保證拌和深度為在每層的虛鋪厚度。拌合機施工過程中控制機械行走速度在10-15m/min保證拌和充分,每幅拌和應(yīng)銜接合理,杜絕出現(xiàn)漏拌現(xiàn)象。

⑦碾壓階段:改良土施工碾壓采用22t壓路機靜壓與振動碾壓,先用20噸壓路機靜壓一遍,再用22噸壓路機震動碾壓5遍,弱振1遍,靜壓1遍收面后進行土方壓實度檢測,檢測合格進行下一道工序,如果檢測不合格繼續(xù)碾壓直到壓實度達到規(guī)范要求為止。碾壓后施工工序必須在水泥初凝前碾壓完成。

填土?xí)r保證每層填土壓實度達到96%以上時方可進行上層填土;頂層填土完畢后對每一區(qū)段進行地基承載力檢測,每分塊進行四組試驗,對比試驗結(jié)果。

4 試驗結(jié)果分析

① 通過對沖碾處理后的II區(qū)A塊、II區(qū)B塊、II區(qū)C塊、II區(qū)D塊四塊區(qū)域進行標貫、靜探分析,發(fā)現(xiàn)II區(qū)B塊在沖碾15遍后液化已經(jīng)消除;II區(qū)A塊與II區(qū)C塊在沖碾20遍后液化現(xiàn)象消除;II區(qū)D塊沖碾25遍后液化現(xiàn)象消除。

由此可知:沖擊碾壓能夠很明顯的消除低液限粉土的輕微液化現(xiàn)象,且沖碾20遍后基本上能夠消除大部分輕微液化,沖碾25遍能夠保證輕微液化土的消除。

②不同區(qū)段地基承載力數(shù)據(jù)及對比分析見下圖所示:

通過圖1、圖2可以看出:經(jīng)過消除液化處理后地基承載力可以明顯的道提升12.6%左右;同樣經(jīng)過消除液化處理,地基承載力隨著回填改良土的水泥摻量增加而增加,當水泥摻量增加到4%時,地基承載力增加不大明顯,因此最佳的水泥摻量為4%。

圖1 不同水泥摻量地基反應(yīng)模量對比圖

圖2 地基反應(yīng)模量對比圖

5 結(jié)論

采用三邊形沖擊式碾壓機(25kJ)沖擊碾壓20-25遍后基本能夠消除低液限粉土輕微液化現(xiàn)象。

經(jīng)過消除液化處理后地基承載力可以明顯的道提升12.6%左右;同樣經(jīng)過消除液化處理,地基承載力隨著回填改良土的水泥摻量增加而增加,當水泥摻量增加到4%時,地基承載力增加不大明顯。