朱亮

(1. 海門南黃海建設(shè)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(shù)研究

朱亮

(1. 海門南黃海建設(shè)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(guò)程中,應(yīng)充分考慮其吸濕性與溶陷性等工程特性,并對(duì)于地基處理方式的選擇有較高的要求。現(xiàn)在分析軟弱鹽漬土地基基本物理性能基礎(chǔ)上,系統(tǒng)地總結(jié)了目前常用的地基處理方案及其適用性,依托實(shí)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(shù)

0 引言

濱海地區(qū)港區(qū)道路建設(shè)多位于軟弱的吹填圍墾地基之上,且港區(qū)范圍內(nèi)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(nèi)“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(jié),強(qiáng)度極低；土質(zhì)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(zhì)特性,對(duì)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(zhì)土、中液粘質(zhì)土和中液粉質(zhì)土為主,強(qiáng)度極低,采用常用的地基加固方法,例如強(qiáng)夯法,可能由于濱海地區(qū)吹填土地下水位較高,強(qiáng)夯過(guò)程中孔隙水壓過(guò)大,從而導(dǎo)致加固效果不理想,且存在造價(jià)偏高的弊端；另一方面,不同工程區(qū)域的建設(shè)周期不盡相同,如均采用強(qiáng)夯或沖擊碾壓等地基加固方式往往也會(huì)造成建設(shè)資金的浪費(fèi)。此外,吹填土具有的鹽漬性也要求在建設(shè)過(guò)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(shè)迫切需要解決的問(wèn)題。

本文以軟弱鹽漬土地基為研究對(duì)象,從鹽漬土基礎(chǔ)物理力學(xué)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(guò)研究,為實(shí)體工程建設(shè)提供系統(tǒng)、可靠的技術(shù)依據(jù),也為濱海地區(qū)類似工程的建設(shè)提供技術(shù)儲(chǔ)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(diǎn)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(guò)水力吹填而形成的沉積土。吹填土的性質(zhì)具有三高一低的特點(diǎn),即天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低、滲透系數(shù)小,一般呈軟塑到流塑狀態(tài)。該種土質(zhì)地基不能直接用于承載上部道路等構(gòu)筑物。

此外,濱海軟弱鹽漬土的鹽漬性也是在進(jìn)行地基處理方式選擇時(shí)應(yīng)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(xué)性質(zhì)也不同,必須根據(jù)地基結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)指標(biāo)要求,采取合理的措施,達(dá)到控制路基中水分和鹽分的穩(wěn)定性的目的,以適應(yīng)道路服務(wù)性能對(duì)地基的要求。

總體來(lái)講,濱海軟弱鹽漬土有突出的軟土特征,在作為地基時(shí)必須降低其含水量、孔隙比,提高滲透系數(shù)和抗剪強(qiáng)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(shè)計(jì)時(shí)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(zhì)中顆粒組成、土層厚度、均勻性和排水固結(jié)條件。很多軟土的處理方法都適用于吹填土。對(duì)軟土地基常用處理方法及適用范圍歸納總結(jié)如表1所列。

考慮鹽漬土的特性,由表1可知,對(duì)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(guò)對(duì)土體進(jìn)行沖擊或者使土體內(nèi)出現(xiàn)壓差,以此排出孔隙水,比較典型的是強(qiáng)夯法、堆載預(yù)壓法、真空預(yù)壓法等；另一類是化學(xué)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(zhì)成分發(fā)生反應(yīng),使土體固結(jié)。比較典型的方法是深層攪拌法、粉噴樁法等。在實(shí)際的過(guò)程中,應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)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(zhì)條件

依托工程為海門東灶港上海路北延段,工程范圍內(nèi)土層分布及物理指標(biāo)如表2和表3所列。經(jīng)測(cè)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(biāo)(平均值)一覽表

3.2 地基處理方案及說(shuō)明

根據(jù)對(duì)各種地基處理方法適用性的總結(jié),以及已有實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn),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(guān)說(shuō)明如下：

(1)強(qiáng)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(jìn)行,否則會(huì)導(dǎo)致夯坑積水,將嚴(yán)重影響施工質(zhì)量并帶來(lái)安全隱患。而低能強(qiáng)夯聯(lián)合堆載預(yù)壓法在水位不能滿足直接強(qiáng)夯條件的情況下,進(jìn)行快速降水,將地下水位降至3 m以下再進(jìn)行強(qiáng)夯,確保夯坑干燥,不積水,進(jìn)而確保施工質(zhì)量和施工安全。其次,對(duì)于新近吹填的大面積粉細(xì)砂土地基,飽和的孔隙水將消耗大部分夯擊能量,會(huì)大大影響強(qiáng)夯質(zhì)量。通過(guò)堆載預(yù)壓降低地下水位,可確保強(qiáng)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(duì)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(shí)際工程成果,在保持真空度方面,很難做到完全符合要求,實(shí)際處理結(jié)果也大打折扣；另一方面,真空預(yù)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(yīng)措施也需較大成本。

故考慮允許工期足夠長(zhǎng)的情況下,盡量考慮降低造價(jià),可減少真空預(yù)壓的過(guò)程,采用堆載預(yù)壓法。堆載方式采用就地開(kāi)挖堆載,在規(guī)劃道路范圍兩側(cè)開(kāi)挖,堆填到道路范圍內(nèi),開(kāi)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(yīng)先打入排水板或者打砂井以形成更好的排水通道,進(jìn)行降水。再結(jié)合低能量強(qiáng)夯提高地基排水效果,夯擊前采用堆載預(yù)壓降水,來(lái)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(jié)。夯擊中先加固淺層軟土,待淺層土體強(qiáng)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(dá)到大幅提高地基強(qiáng)度的目的。

(3)當(dāng)工程建設(shè)周期較短時(shí),堆載預(yù)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(fù)合地基法”聯(lián)合的方法來(lái)進(jìn)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(jī)械提供良好的工作平臺(tái)；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(nèi)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(yīng)用復(fù)合地基法處置。粉噴樁方案水泥應(yīng)選用抗腐蝕性較高的型號(hào)。

3.3 地基處理效果驗(yàn)證

本文基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)沉降數(shù)據(jù),對(duì)采用上述方法進(jìn)行處理的吹填鹽漬土軟弱地基進(jìn)行沉降預(yù)估,從工后沉降的角度評(píng)價(jià)地基處理效果。由于尚未有全過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),故采用泊松曲線法進(jìn)行沉降預(yù)估,其公式為：

式中：t0i——第i級(jí)荷載下擬合曲線時(shí)間零點(diǎn)；

α、β、k——待定參數(shù),可利用時(shí)間序列求解。

通過(guò)二次 Lagrange 插值轉(zhuǎn)化為等時(shí)間間隔序列,計(jì)算公式為：

式中：t——插值時(shí)間；

S1——t對(duì)應(yīng)的沉降值；

ti-1、ti、ti+1——實(shí)測(cè)沉降時(shí)間節(jié)點(diǎn),其選取應(yīng)滿足與t最接近；

Si-1、Si、Si+1——ti-1、ti、ti+1時(shí)刻對(duì)應(yīng)的沉降值。

按上述方法可計(jì)算出：

取滿載階段的三組沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),計(jì)算得到的最終沉降量S∞及β值,見(jiàn)表5所列。

表5 泊松曲線法沉降預(yù)測(cè)參數(shù)計(jì)算一覽表

對(duì)三組數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)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(cè)數(shù)據(jù),計(jì)算瞬時(shí)沉降Sd見(jiàn)表6所列。

表6 瞬時(shí)沉降預(yù)測(cè)結(jié)果一覽表

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

由瞬時(shí)沉降預(yù)測(cè)結(jié)果,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地基處理實(shí)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(wù)水平。

4 結(jié)論

本文從工程應(yīng)用的角度出發(fā),對(duì)濱海吹填鹽漬土的地基處理方式進(jìn)行了研究,得到的主要結(jié)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(shí),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(duì)其物理和力學(xué)性質(zhì)的影響。

(2)物理方法(如強(qiáng)夯法、堆載預(yù)壓法、真空預(yù)壓法等)和化學(xué)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(diǎn)采用低能強(qiáng)夯聯(lián)合堆載預(yù)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?qū)I(yè)。