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        天津?yàn)I海軟土地區(qū)地基處理技術(shù)應(yīng)用與研究

        2015-05-30 17:47:21紀(jì)懿明
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2015年34期
        關(guān)鍵詞:粘土軟土真空

        紀(jì)懿明

        摘 要:天津軟土分布廣泛、地質(zhì)情況復(fù)雜。通過(guò)研究前人對(duì)天津?yàn)I海的軟土性質(zhì)研究,并相關(guān)工程施工中的實(shí)際情況。針對(duì)天津?yàn)I海地區(qū)的建設(shè),介紹濱海使用過(guò)的置換法、排水固結(jié)法、直排式真空預(yù)壓技術(shù)、強(qiáng)夯與強(qiáng)夯置換法等技術(shù)措施,能夠?yàn)檐浲恋鼗夹g(shù)發(fā)展提供參考,針對(duì)不同處理方法對(duì)軟土地基處理進(jìn)行綜合分析比較研究。

        關(guān)鍵詞:軟土地基;地基處理技術(shù);置換法;排水固結(jié)法

        1 天津?yàn)I海地區(qū)軟土特性

        軟土地基通常是指強(qiáng)度較低、壓縮性比高的軟弱土基。其特性一般表現(xiàn)為土層水分含量大、土質(zhì)疏松。通常淤泥質(zhì)土、軟粘性土、濕陷性黃土都屬于軟土性狀。天津?yàn)I海新區(qū)沿海地區(qū)多屬于軟弱土基。其特征如下:

        (1)含水率高,天然孔隙比大:天津?yàn)I海地區(qū)軟土的含水率ω一般大于35%,統(tǒng)計(jì)平均值為55%??紫侗萫一般在1.0~2.48內(nèi),統(tǒng)計(jì)均值為1.6。(2)土體飽和度大于95%。(3)垂直滲透性差:土地滲透系數(shù)在10-6~10-8cm/s,使得土地在載荷作用下固結(jié)速度慢,強(qiáng)度難以提升。(4)抗剪強(qiáng)度和承載力較差:土地抗剪強(qiáng)度為1~27kPa,其強(qiáng)度隨土地深度的增加而有所增加;內(nèi)摩擦角φq較小。地基承載力一般為20~130kPa,統(tǒng)計(jì)均值為68kPa。(5)壓縮性能較好:壓縮系數(shù)a1-2的統(tǒng)計(jì)均值為1.17MPa-1,最大的達(dá)到3.3MPa-1。

        2 天津?yàn)I海地區(qū)軟土地基處理技術(shù)應(yīng)用

        由于天津?yàn)I海地區(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:

        2.1 置換法:置換通常是指用砂礫、石子、沙等物料替換軟土地基中的部分土體,或者在軟弱土體中摻雜一些石灰、水泥等物質(zhì)形成混合加固體,與其他土體共同形成復(fù)合型地基,以此達(dá)到提高地基承受載荷的能力、減少地基下沉的目標(biāo),常見的處理方式方法有:振沖置換、換土回填、粉體噴射等。

        振沖置換法一般利用水平振動(dòng)的振沖器,在軟土層地基中形成孔狀,振沖器沉入土層預(yù)定深度,然后對(duì)清孔、通過(guò)孔向土層中注入碎石或卵石等物料,邊填邊振,使得地基中形成樁體(碎石或卵石形成)。樁體和樁間軟土層組合成復(fù)合地基,以此達(dá)到地基承載力上升的目的。該技術(shù)要求成樁周邊土層不得過(guò)于軟弱,否則會(huì)對(duì)碎石樁約束力差、形成復(fù)合地基效果降低。一般適用于土層剪切強(qiáng)度20~50kPa的飽和軟粘土、飽和黃土和充填土。實(shí)例:加固塘沽長(zhǎng)蘆鹽場(chǎng)第二化工廠的軟粘土地基采用振沖法效果顯著。施工場(chǎng)地在塘沽北塘附近,該場(chǎng)地土質(zhì)主要由粘土,淤泥質(zhì)粘土、淤泥等構(gòu)成。地基現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)測(cè)驗(yàn)最小值僅為13.5kPa。為了校驗(yàn)加固效果,在振沖置換前,對(duì)土壤的含水量、容重、十字板強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)地測(cè)驗(yàn)。振沖以后,經(jīng)測(cè)驗(yàn)土壤的含水量較未施工前有所加大,土層表面3m范圍內(nèi)較為明顯,增值達(dá)到10%,容重值有所下降,約3%。土壤的強(qiáng)度有下降趨勢(shì),約30%,經(jīng)過(guò)80d后,土壤的十字板強(qiáng)度有所提高,增幅約10%。由于振沖產(chǎn)生的超孔隙水壓力無(wú)法快速擴(kuò)散,使得土壤骨架應(yīng)力下降。但是經(jīng)過(guò)15~20d間歇后,土壤的強(qiáng)度恢復(fù)效果較好,歷經(jīng)2至5個(gè)月后強(qiáng)度還會(huì)提升,由此可見,采用振沖法加固是成功的。該工程竣工后經(jīng)測(cè)量建筑物基礎(chǔ)下降量3~5cm,達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

        換土回填法通常是將軟土基礎(chǔ)去掉一定范圍內(nèi)的土壤,后用砂、石子或灰土等物料,分層填入并且夯實(shí),以此達(dá)到設(shè)計(jì)要求。改方法適用于淺層地基處理,深度一般在2~3米左右。

        粉體噴射法通常指在軟土基礎(chǔ)中填入粉柱體加固物料,對(duì)土壤進(jìn)行強(qiáng)制攪拌混勻,使得原基礎(chǔ)土壤與添加物發(fā)生理化反應(yīng),以此達(dá)到提高強(qiáng)度的技術(shù)。

        2.2 排水固結(jié)法

        其原理在地基載荷下,采用布置豎向排水井,將土壤中孔隙水予以排放,減少孔隙比,使地基發(fā)生固結(jié)變形,增加土壤強(qiáng)度。該技術(shù)通常用于穩(wěn)定地基和解決基礎(chǔ)下降的問(wèn)題,運(yùn)用在飽和軟弱土壤。該技術(shù)主要分為堆載預(yù)壓法,真空預(yù)壓法,降水預(yù)壓法等類型。天津?yàn)I海新區(qū)較常使用的堆載預(yù)壓法、真空預(yù)壓法和真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法三類。堆載預(yù)壓法一般是在施工場(chǎng)地立式堆填土石等物料,然后對(duì)地基進(jìn)行預(yù)壓,使得地基沉降較早表現(xiàn)出來(lái),通過(guò)地基土壤固結(jié)來(lái)提高基礎(chǔ)承受載荷能力。為加快進(jìn)度,經(jīng)常布置砂井或排水板。真空預(yù)壓法通常是指在粘土層上方鋪設(shè)砂石作為墊層,從地面豎向打井或排水板,再用薄膜密封墊層,采用真空泵對(duì)墊層及井抽氣,以此降低地下水位,加快地基固化速度。實(shí)例:加固天津港東突堤陸域軟基。工程概況,地面高程均值6.23m,地下0.7~0.9m厚回填砂及山皮土,0.9~1.5m為新吹填淤泥,再下層是海相沉積層,1.5~-6.0m多為粉砂淤泥,-6~-14m為均質(zhì)淤泥或淤泥質(zhì)粘土,滲透性低下,-14m以下為亞粘土,土壤品質(zhì)較好。預(yù)采用塑料排水板真空預(yù)壓法,真空度80kPa,排水板距離1.3m,高程-12m,天數(shù)136d,沉降量均值1.324m,允許回彈值0.018m,地基承受載荷能力超過(guò)90kPa。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)測(cè)驗(yàn),達(dá)到預(yù)期效果。

        2.3 直排式真空預(yù)壓技術(shù):濱海新區(qū)及周邊地區(qū)在對(duì)軟基進(jìn)行加固是需要粗砂量大,而天津地區(qū)中粗砂資源貧乏,為了減少固化地基造價(jià),采用直排式真空預(yù)壓技術(shù),并對(duì)真空預(yù)壓法進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn),加大真空度傳遞效率。其特點(diǎn)主要在于不用中粗砂墊層,減少砂石費(fèi)用。當(dāng)前,位于天津臨港工業(yè)區(qū)示范工程已經(jīng)初步獲得成功,具有積極意義。

        2.4 強(qiáng)夯與強(qiáng)夯置換法:強(qiáng)夯法指用重錘從高處(從幾米至幾十米)的高處自由落下,對(duì)土壤進(jìn)行夯實(shí),以此減少土壤固有壓縮性能,有效提升其承載能力。該技術(shù)對(duì)松軟地基效果較為顯著,對(duì)無(wú)粘性土、雜填土、非飽和性土等效果較理想。夯擊能量較大,加固深度較廣,可深達(dá)40m。通過(guò)在天津新港軟土、秦皇島細(xì)砂地基進(jìn)行試驗(yàn),取得了優(yōu)良的效果,值得大力推廣應(yīng)用。實(shí)踐表明,該技術(shù)工藝簡(jiǎn)單、工期短、適應(yīng)性好、用料省、經(jīng)濟(jì)性好等。強(qiáng)夯置換是運(yùn)用重錘夯出坑中,填入置換材料,再進(jìn)行夯實(shí),逐步形成碎石樁體,從而與周邊土壤形成復(fù)合地基,達(dá)到加固的目的。該技術(shù)應(yīng)用于飽和軟粘土的淺表層處理(3~6m)。

        3 結(jié)束語(yǔ)

        天津?yàn)I海新區(qū)屬于軟土地基,土體承受載荷能力低、土壤壓縮性比高。在此類地基上進(jìn)行建筑物構(gòu)建,技術(shù)人員采用了許多方法進(jìn)行地基加固,在實(shí)踐中不斷摸索,改進(jìn),已經(jīng)形成一定的適用性較好的技術(shù)方法。如塑料排水板真空預(yù)壓法、深層水泥拌合法等技術(shù)都是在濱海新區(qū)取得成功后,才開始推廣應(yīng)用的??梢?,濱海新區(qū)的軟土地基處理技術(shù)對(duì)我國(guó)的軟弱土壤地基處理的發(fā)展具有積極指導(dǎo)意義。

        參考文獻(xiàn)

        [1]黃曉馬,楊廣軍.一種新型的軟弱地基處理方法[J].山西建筑,2008,34(6):124-125.

        [2]寧葆瑞.軟土地基處理與加固的方法及施工工藝[J].山西建筑,2007,33(11):125-126.

        [3]葉書麟.地基處理工程實(shí)例應(yīng)用手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1998.

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