賴昕云
摘 要:珠三角地區(qū)軟土分布廣泛、地質(zhì)情況復(fù)雜。通過研究前人對珠三角地區(qū)的軟土性質(zhì)研究,并結(jié)合工程實(shí)際情況對珠三角地區(qū)的軟土情況進(jìn)行總結(jié)。分別闡述了軟土地基處理的經(jīng)濟(jì)性因素、技術(shù)性因素、環(huán)境性因素并對比評述了不同因素對軟土處理方法選擇的影響,對不同處理方法對軟土地基處理的影響與合理性進(jìn)行分析。
關(guān)鍵詞:珠三角 軟土地基 地基處理方案 優(yōu)劣性 案例工程
中圖分類號:U416.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2014)09(b)-0093-02
珠江三角洲地區(qū)河網(wǎng)縱橫交錯,河海相連,軟土分布廣泛,具有高塑性、高壓縮性、高含水量、高孔隙比、低強(qiáng)度等地質(zhì)特性[1]。對公路工程建設(shè)極為不利,珠三角地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá),導(dǎo)致了珠三角地區(qū)高速公路及一級公路建設(shè)密度高。因此,對軟土地基的處理方案的選擇研究,對于保證工期、節(jié)省資金和確保工程質(zhì)量等具有很重要的意義。
該文根據(jù)珠三角地區(qū)地基軟土的特有特征,參考現(xiàn)有高速公路軟基處理的技術(shù)方法,對不同的處理方法進(jìn)行效果評價,并得出有關(guān)結(jié)論。
1 珠三角地區(qū)軟土的工程性狀
據(jù)陳曉平等在珠江三角洲內(nèi)收集了近千個軟土土樣的試驗(yàn)成果,其主要特征如下。
(1)含水率高,天然孔隙比大:珠江三角洲軟土的含水率與孔隙比都較大,含水率ω一般大于35%,統(tǒng)計(jì)平均值為58%。孔隙比e一般在1.0~2.68內(nèi),統(tǒng)計(jì)均值為1.6。(2)土體接近完全飽和。(3)垂直滲透性低:土層垂直方向的滲透系數(shù)在10-6~ 10-8cm/s,導(dǎo)致土體在荷載作用下固結(jié)速率很緩慢,強(qiáng)度不能迅速提高。(4)抗剪強(qiáng)度低:軟土的抗剪強(qiáng)度為1~27 kPa,其值隨著土層的深度而提高;內(nèi)摩擦角φq一般較小。(5)壓縮性高:土層多呈正常固結(jié)狀態(tài),也有一部分屬欠固結(jié)土層,壓縮系數(shù)a1-2的統(tǒng)計(jì)均值為1.17 MPa-1,最大的達(dá)到3.3 MPa-1。(6)承載力低:地基承載力一般為20~130 kPa,統(tǒng)計(jì)均值為68 kPa。(7)結(jié)構(gòu)性強(qiáng):由于珠三角地區(qū)軟土一般為絮狀、蜂窩狀結(jié)構(gòu),受到撓動后其強(qiáng)度會顯著降低,甚至呈流動狀態(tài)。試驗(yàn)結(jié)果表明,珠三角地區(qū)的靈敏度St一般在3~6,個別地區(qū)高達(dá)7~9。
2 珠三角地區(qū)軟土地基處理可選方案概述
國內(nèi)現(xiàn)有的地基處理方法非常多,主要包括:換填(換土)法、排水固結(jié)法、灌入固化物(化學(xué)加固)法、振動、擠密法、加筋法等。由于珠江三角洲地區(qū)的軟土特有性質(zhì),大部分工程采用以下方法進(jìn)行處理:
(1)換填(換土)法:換填法是用穩(wěn)定性較好的巖土材料置換天然地基軟弱土或不良土,并將其壓實(shí)或夯實(shí)。提高地基穩(wěn)定性及承載力,以達(dá)到地基處理的目的。包括換土墊層法、擠淤置換法、褥墊法等。
(2)排水固結(jié)法:在天然地基中砂井(袋裝砂井或塑料排水帶)等豎向排水體,然后在該區(qū)域進(jìn)行分級加載預(yù)壓,使土體中的孔隙水排出。加快固結(jié),土體強(qiáng)度提高,孔隙比減小,最終達(dá)到建設(shè)要求。包括加載預(yù)壓法、真空預(yù)壓法、降水預(yù)壓法與電滲排水法等。
(3)灌入固化物(化學(xué)加固)法:利用化學(xué)砂漿(水泥砂漿液,粘土砂漿液)通過機(jī)械攪拌、高壓噴射或者灌注壓入使砂漿與土顆粒膠結(jié)起來,在軟土地基中形成增強(qiáng)體,達(dá)到地基處理的效果。包括水泥土攪拌法、高壓噴射注漿法、壓密灌漿法等。
(4)振動、擠密法:采用振動、擠密的方法使軟土土顆粒重組、密實(shí),壓縮性降低以達(dá)到地基處理的目的。包括:強(qiáng)夯法、表層原位壓實(shí)法、振沖壓實(shí)法等。
(5)加筋法:在軟土地基中,加入特殊材料(常見的種類有三種,土工合成材料,土釘墻技術(shù)和加筋土)。增強(qiáng)土體整體性,提高穩(wěn)定性以達(dá)到處理效果。包括:加筋土法、土工合成材料法、樹根樁法等。
3 影響軟土地基處理方案選擇的因素
軟土地基處理方案的選擇對整體工程影響極大,它的影響因素多種多樣,如造價、工期、處理效果、機(jī)具條件、材料來源及消耗、環(huán)境影響等。近年來,有許多學(xué)者提出了不同的評價方法,如:評分優(yōu)化法、模糊評價法、層次分析法、地基處理智能輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)??傮w來說,它的影響因素可以分為:經(jīng)濟(jì)性因素、技術(shù)性因素、環(huán)境性因素。
3.1 經(jīng)濟(jì)性因素
經(jīng)濟(jì)性因素是軟土地基處理工程中的重要因素,每個工程的處理方法選擇都必須充分考慮經(jīng)濟(jì)可行性。
經(jīng)濟(jì)性因素中的工程造價與施工周期是相互矛盾的,塑料排水板工程造價低,但施工周期長,而樁基礎(chǔ)處理軟土地基工程造價雖然較高,但施工周期短,效果明顯。經(jīng)濟(jì)性因素也需要根據(jù)具體工程實(shí)際、軟土物理力學(xué)性質(zhì)來進(jìn)行評判。在工程造價方面,塑料排水板、袋裝砂井造價較低,CFG樁、預(yù)應(yīng)力管樁、換填等方案造價較高,碎石樁、水泥攪拌樁造價低于CFG樁。強(qiáng)夯法造價高于塑料排水板,低于攪拌樁。
3.2 技術(shù)性因素
技術(shù)性因素是軟土地基處理工程中首要考慮因素,如果某種工程軟土地基處理方案的技術(shù)性要求無法實(shí)現(xiàn),那這種方案是不可能適用的。
具體施工難度、機(jī)具器械條件、技術(shù)可行性(技術(shù)成熟程度)、質(zhì)量監(jiān)測水平等作為技術(shù)性影響因素的子因素。施工難度越大,施工效果就越難達(dá)到預(yù)期水平,施工周期將會越長。施工方案的選擇必須充分考慮這些因素,達(dá)到預(yù)期效果。
3.3 環(huán)境性因素
在施工工程中,也需要考慮施工所產(chǎn)生的噪音、污水、廢氣對周圍環(huán)境的影響,同時也需要考慮施工區(qū)域土體沉降對周圍建筑物的影響。
隨著人們加強(qiáng)對環(huán)境保護(hù)的重視,地下水污染;機(jī)器振動、土體沉降引起的周圍建筑物的變形;施工中的粉塵、廢氣對空氣的污染;施工產(chǎn)生的噪音等。地基處理方法對環(huán)境的影響很大程度上受施工方法的影響,選擇適當(dāng)?shù)氖┕し椒O其重要。
4 珠三角地區(qū)軟土地基處理方案選擇案例工程endprint
4.1 經(jīng)濟(jì)性因素起決定性作用案例分析:S270古港線新會城區(qū)段改線工程
具體指標(biāo)在不同地區(qū)不同工程中有一定的變化。S270古港線新會城區(qū)段改線工程的軟土地基物理力學(xué)指標(biāo)列于下表。
由于本項(xiàng)目軟土較深,軟基處理規(guī)模較大,對于軟基的深層處理,在滿足規(guī)范要求的工后沉降和穩(wěn)定性前提下應(yīng)充分考慮工程造價,同時滿足施工工期要求。共為此工程設(shè)計(jì)五個具體處理方案。
方案一:預(yù)應(yīng)力管樁+塑料排水板
方案二:釘形水泥土雙向攪拌樁
方案三:CFG樁+塑料排水板
方案四:塑料排水板+堆載預(yù)壓
方案五:塑料排水板+真空聯(lián)合堆載預(yù)壓
工程造價預(yù)算分析如表1所示。
由于預(yù)應(yīng)力管樁+塑料排水板預(yù)算估算過高,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其他方案;同時釘形水泥土雙向攪拌樁、CFG樁方案均存在不可控因素,需要時間驗(yàn)證;由于真空排水使地基下沉過快,會對河堤存在安全等影響,且項(xiàng)目位置水系發(fā)達(dá),利用真空排水,可能會連同邊上河道的水一并抽取,存在未知因素,若打入攪拌樁隔離墻隔水,則造價較高,且效果不一定理想。
結(jié)合造價預(yù)算表考慮到本項(xiàng)目本段由于工期需要,且軟基較深等問題,因此推薦采用施工簡單,工期短,質(zhì)量高,工后沉降小,使用效果好的塑料排水板+堆載預(yù)壓處理方案。
4.2 技術(shù)性因素起決定性作用案例分析:包茂高速公路粵境段工程
本路段基本位于山區(qū)或重丘地區(qū),交通條件較差,大部分區(qū)域存在山間軟土的分布,經(jīng)查此路段內(nèi)共有設(shè)計(jì)有19處路段存在高填土下的深層軟基處理,最大填土高度可以達(dá)到40 m。
由于軟土性質(zhì)差、工期緊張等技術(shù)性因素的影響,本工程在軟土較厚的地區(qū)采用樁法處理。由于路基荷載巨大,填土20 m的路基,基底最大壓力約400 kPa;30 m填土高度,基底最大壓力約600 kPa;30 m填土高度,基底最大壓力約800 kPa;這樣傳遞到樁上的壓力將是巨大的:40 m填土路基,2 m正方形間距,樁頂將受到280~320 T的力;1.5 m正方形間距,樁頂將受到150~180 T的力,在樁體選擇上應(yīng)選擇樁體承載力大的剛性樁。
4.3 環(huán)境性因素起決定性作用案例分析:珠海發(fā)電廠軟土地基處理工程
軟基處理面積大,生產(chǎn)區(qū)占地面積達(dá)到115萬 m2,軟土層深厚淤泥層厚度一般大于10 m,最厚處達(dá)23 m。
為滿足工程要求,共為此工程設(shè)計(jì)了三個可行性方案:(1)真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法。(2)堆載預(yù)壓法。(3)動力排水固結(jié)法。
上述三種方案對空氣和水質(zhì)影響較?。挥捎谥車ㄖ锩芗圆桓撸N方案對周圍建筑物的影響也較??;對各處理方案中產(chǎn)生的噪音進(jìn)行評價,采用動力排水固結(jié)法來進(jìn)行處理的方法必然會產(chǎn)生一定的噪音,影響周圍居民生活。為縮短工期,結(jié)合環(huán)境性因素評價,本工程最終選定真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法為軟基處理方案。
5 結(jié)語
(1)珠三角地區(qū)軟土分布廣、性質(zhì)復(fù)雜,給工程項(xiàng)目實(shí)施帶來了許多困難,本文查閱了前人對珠三角地區(qū)的軟土性質(zhì)研究,總結(jié)了珠三角地區(qū)軟土的特性為相關(guān)工程提供了參考依據(jù)。
(2)當(dāng)前軟土地基處理方法多種多樣,加固過程與效果也隨之不同,本文將軟基處理方案比選的因素歸納為:經(jīng)濟(jì)性因素、技術(shù)性因素、環(huán)境性因素。這些因素對任何一個軟基處理工程的比選都起到了重要作用,但由于工程背景和地質(zhì)情況的不同導(dǎo)致所受因素影響的敏感度不同。
參考文獻(xiàn)
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[9] 王嶺.珠江三角洲地區(qū)大面積軟土地基方法的研究[D].廣東廣州廣東工業(yè)大學(xué),2005:65-66.endprint
4.1 經(jīng)濟(jì)性因素起決定性作用案例分析:S270古港線新會城區(qū)段改線工程
具體指標(biāo)在不同地區(qū)不同工程中有一定的變化。S270古港線新會城區(qū)段改線工程的軟土地基物理力學(xué)指標(biāo)列于下表。
由于本項(xiàng)目軟土較深,軟基處理規(guī)模較大,對于軟基的深層處理,在滿足規(guī)范要求的工后沉降和穩(wěn)定性前提下應(yīng)充分考慮工程造價,同時滿足施工工期要求。共為此工程設(shè)計(jì)五個具體處理方案。
方案一:預(yù)應(yīng)力管樁+塑料排水板
方案二:釘形水泥土雙向攪拌樁
方案三:CFG樁+塑料排水板
方案四:塑料排水板+堆載預(yù)壓
方案五:塑料排水板+真空聯(lián)合堆載預(yù)壓
工程造價預(yù)算分析如表1所示。
由于預(yù)應(yīng)力管樁+塑料排水板預(yù)算估算過高,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其他方案;同時釘形水泥土雙向攪拌樁、CFG樁方案均存在不可控因素,需要時間驗(yàn)證;由于真空排水使地基下沉過快,會對河堤存在安全等影響,且項(xiàng)目位置水系發(fā)達(dá),利用真空排水,可能會連同邊上河道的水一并抽取,存在未知因素,若打入攪拌樁隔離墻隔水,則造價較高,且效果不一定理想。
結(jié)合造價預(yù)算表考慮到本項(xiàng)目本段由于工期需要,且軟基較深等問題,因此推薦采用施工簡單,工期短,質(zhì)量高,工后沉降小,使用效果好的塑料排水板+堆載預(yù)壓處理方案。
4.2 技術(shù)性因素起決定性作用案例分析:包茂高速公路粵境段工程
本路段基本位于山區(qū)或重丘地區(qū),交通條件較差,大部分區(qū)域存在山間軟土的分布,經(jīng)查此路段內(nèi)共有設(shè)計(jì)有19處路段存在高填土下的深層軟基處理,最大填土高度可以達(dá)到40 m。
由于軟土性質(zhì)差、工期緊張等技術(shù)性因素的影響,本工程在軟土較厚的地區(qū)采用樁法處理。由于路基荷載巨大,填土20 m的路基,基底最大壓力約400 kPa;30 m填土高度,基底最大壓力約600 kPa;30 m填土高度,基底最大壓力約800 kPa;這樣傳遞到樁上的壓力將是巨大的:40 m填土路基,2 m正方形間距,樁頂將受到280~320 T的力;1.5 m正方形間距,樁頂將受到150~180 T的力,在樁體選擇上應(yīng)選擇樁體承載力大的剛性樁。
4.3 環(huán)境性因素起決定性作用案例分析:珠海發(fā)電廠軟土地基處理工程
軟基處理面積大,生產(chǎn)區(qū)占地面積達(dá)到115萬 m2,軟土層深厚淤泥層厚度一般大于10 m,最厚處達(dá)23 m。
為滿足工程要求,共為此工程設(shè)計(jì)了三個可行性方案:(1)真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法。(2)堆載預(yù)壓法。(3)動力排水固結(jié)法。
上述三種方案對空氣和水質(zhì)影響較小;由于周圍建筑物密集性不高,三種方案對周圍建筑物的影響也較??;對各處理方案中產(chǎn)生的噪音進(jìn)行評價,采用動力排水固結(jié)法來進(jìn)行處理的方法必然會產(chǎn)生一定的噪音,影響周圍居民生活。為縮短工期,結(jié)合環(huán)境性因素評價,本工程最終選定真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法為軟基處理方案。
5 結(jié)語
(1)珠三角地區(qū)軟土分布廣、性質(zhì)復(fù)雜,給工程項(xiàng)目實(shí)施帶來了許多困難,本文查閱了前人對珠三角地區(qū)的軟土性質(zhì)研究,總結(jié)了珠三角地區(qū)軟土的特性為相關(guān)工程提供了參考依據(jù)。
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4.1 經(jīng)濟(jì)性因素起決定性作用案例分析:S270古港線新會城區(qū)段改線工程
具體指標(biāo)在不同地區(qū)不同工程中有一定的變化。S270古港線新會城區(qū)段改線工程的軟土地基物理力學(xué)指標(biāo)列于下表。
由于本項(xiàng)目軟土較深,軟基處理規(guī)模較大,對于軟基的深層處理,在滿足規(guī)范要求的工后沉降和穩(wěn)定性前提下應(yīng)充分考慮工程造價,同時滿足施工工期要求。共為此工程設(shè)計(jì)五個具體處理方案。
方案一:預(yù)應(yīng)力管樁+塑料排水板
方案二:釘形水泥土雙向攪拌樁
方案三:CFG樁+塑料排水板
方案四:塑料排水板+堆載預(yù)壓
方案五:塑料排水板+真空聯(lián)合堆載預(yù)壓
工程造價預(yù)算分析如表1所示。
由于預(yù)應(yīng)力管樁+塑料排水板預(yù)算估算過高,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其他方案;同時釘形水泥土雙向攪拌樁、CFG樁方案均存在不可控因素,需要時間驗(yàn)證;由于真空排水使地基下沉過快,會對河堤存在安全等影響,且項(xiàng)目位置水系發(fā)達(dá),利用真空排水,可能會連同邊上河道的水一并抽取,存在未知因素,若打入攪拌樁隔離墻隔水,則造價較高,且效果不一定理想。
結(jié)合造價預(yù)算表考慮到本項(xiàng)目本段由于工期需要,且軟基較深等問題,因此推薦采用施工簡單,工期短,質(zhì)量高,工后沉降小,使用效果好的塑料排水板+堆載預(yù)壓處理方案。
4.2 技術(shù)性因素起決定性作用案例分析:包茂高速公路粵境段工程
本路段基本位于山區(qū)或重丘地區(qū),交通條件較差,大部分區(qū)域存在山間軟土的分布,經(jīng)查此路段內(nèi)共有設(shè)計(jì)有19處路段存在高填土下的深層軟基處理,最大填土高度可以達(dá)到40 m。
由于軟土性質(zhì)差、工期緊張等技術(shù)性因素的影響,本工程在軟土較厚的地區(qū)采用樁法處理。由于路基荷載巨大,填土20 m的路基,基底最大壓力約400 kPa;30 m填土高度,基底最大壓力約600 kPa;30 m填土高度,基底最大壓力約800 kPa;這樣傳遞到樁上的壓力將是巨大的:40 m填土路基,2 m正方形間距,樁頂將受到280~320 T的力;1.5 m正方形間距,樁頂將受到150~180 T的力,在樁體選擇上應(yīng)選擇樁體承載力大的剛性樁。
4.3 環(huán)境性因素起決定性作用案例分析:珠海發(fā)電廠軟土地基處理工程
軟基處理面積大,生產(chǎn)區(qū)占地面積達(dá)到115萬 m2,軟土層深厚淤泥層厚度一般大于10 m,最厚處達(dá)23 m。
為滿足工程要求,共為此工程設(shè)計(jì)了三個可行性方案:(1)真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法。(2)堆載預(yù)壓法。(3)動力排水固結(jié)法。
上述三種方案對空氣和水質(zhì)影響較??;由于周圍建筑物密集性不高,三種方案對周圍建筑物的影響也較?。粚Ω魈幚矸桨钢挟a(chǎn)生的噪音進(jìn)行評價,采用動力排水固結(jié)法來進(jìn)行處理的方法必然會產(chǎn)生一定的噪音,影響周圍居民生活。為縮短工期,結(jié)合環(huán)境性因素評價,本工程最終選定真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法為軟基處理方案。
5 結(jié)語
(1)珠三角地區(qū)軟土分布廣、性質(zhì)復(fù)雜,給工程項(xiàng)目實(shí)施帶來了許多困難,本文查閱了前人對珠三角地區(qū)的軟土性質(zhì)研究,總結(jié)了珠三角地區(qū)軟土的特性為相關(guān)工程提供了參考依據(jù)。
(2)當(dāng)前軟土地基處理方法多種多樣,加固過程與效果也隨之不同,本文將軟基處理方案比選的因素歸納為:經(jīng)濟(jì)性因素、技術(shù)性因素、環(huán)境性因素。這些因素對任何一個軟基處理工程的比選都起到了重要作用,但由于工程背景和地質(zhì)情況的不同導(dǎo)致所受因素影響的敏感度不同。
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