李 波
(中鐵十九局集團(tuán)第三工程有限公司,遼寧 沈陽(yáng) 110136)
建筑物以及作用于其上的載荷通過(guò)基礎(chǔ)傳遞到地基,因此,地基對(duì)于建筑有著舉足輕重的作用。不規(guī)范處理地基會(huì)給建筑物造成危害。不均勻沉降導(dǎo)致建筑物傾斜,沉降過(guò)大等危害會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失甚至危及生命。因此,地基的質(zhì)量決定著一個(gè)工程的好壞。
軟土是指天然含水率大,壓縮性高,承載能力低的一種軟塑到流塑狀態(tài)的黏性土,如淤泥、淤泥質(zhì)土、淤泥質(zhì)粉土、泥炭、泥炭質(zhì)土等具有高壓縮性的飽和土。主要分布在湛江、寧波、溫州、福州、泉州、香港、澳門(mén)、溫州灣、舟山、連云港、天津塘沽、大連灣、長(zhǎng)江中下游的上海地區(qū)、珠江下游的廣州地區(qū)等沿海地區(qū)。當(dāng)工程遇到軟土?xí)r需要進(jìn)行加固。
軟土地基加固的方法分為以下幾種:(1)換填墊層法:挖出淺層性質(zhì)不好的土,換填性質(zhì)好的中粗砂,碎石等。(2)擠密壓實(shí)法:有表層壓實(shí)夯實(shí)振動(dòng)密實(shí)法、重錘夯實(shí)法、強(qiáng)夯法、沙樁、震沖法幾種。(3)排水固結(jié)法:砂堆載預(yù)壓法、砂井、真空預(yù)壓法、降低水位法、電滲法。(4)攪拌樁法:粉體噴射攪拌法、水泥漿攪拌法、高壓噴射注漿法。(5)灌漿膠結(jié)法:硅化法、水泥灌注法。此外還有土工格柵、土工格室加筋法,熱加固法,凍結(jié)法等。
某工程項(xiàng)目全長(zhǎng)18.3 km,總投資達(dá)2.95億元,其中三分之二的路基為軟土路基,可能造成松脹、膨脹、凍脹翻漿、溶蝕及基床危害。針對(duì)這一情況,對(duì)于軟土處于路基淺部且厚度不大的路段,采取換土墊層法加固。挖除一定厚度的軟土層,用性質(zhì)較好的中粗砂或者碎石進(jìn)行分層回填,每層15~25 cm,達(dá)到最佳含水率時(shí)進(jìn)行機(jī)械碾壓或者振動(dòng)夯實(shí)。黏土的粒度較小,由于電荷的作用,能將水吸附在其表面形成強(qiáng)結(jié)合水和弱結(jié)合水,其中弱結(jié)合水是黏土具有可塑的成因,因此當(dāng)路基中含有大部分黏土顆粒時(shí),土中水不容易排除,大大影響了路基的承載能力和剛度,需進(jìn)行處理。中粗砂粒度較大,對(duì)水的敏感性小于黏土,而且在飽和情況下,固結(jié)時(shí)間遠(yuǎn)小于黏土,能夠較快地在荷載下完成沉降,比黏土具有更高的穩(wěn)定性。因此,用中粗砂進(jìn)行軟土地基處理效果好,而且可以就地取材,方便又經(jīng)濟(jì)。
對(duì)于飽和黏土厚度較大的區(qū)域,可以采取砂樁擠密,碎石樁擠密,混凝土樁擠密,或者粉噴樁進(jìn)行加固。樁體對(duì)飽和黏土地基起到置換作用,軟黏土地基具有顆粒細(xì),摩擦力小,有黏聚力,透水性差,變形較大的特性,樁體打入土內(nèi)后,由于其強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于周邊土體的強(qiáng)度,根據(jù)共同受力的原則,土體承受力小而樁體承受的力大,同時(shí)通過(guò)擠壓作用,施加于軟土路基的超靜孔隙水壓力,可以通過(guò)砂樁和碎石樁增加排水路徑排除,不僅加快了土體的排水固結(jié)速度,而且增強(qiáng)了土體的穩(wěn)定性,其抗剪強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于不加樁土體。但砂樁和碎石樁由于強(qiáng)度靠樁和土共同承受,其強(qiáng)度低于混凝土樁。根據(jù)本工程的實(shí)際情況,選用水泥攪拌樁加固,通過(guò)優(yōu)化漿液配比,降低水泥用量,增加可泵性。添加具有防腐防侵蝕的粉煤灰,既保證了水泥樁的質(zhì)量也減少了成本。摻量如下:水泥41.6 kg/m,粉煤灰摻量22.4 kg/m,水灰比:0.54,噴漿攪拌下沉速度0.6~1.0 m/min,攪拌提升速度0.8~1.0 m/min ,送漿壓力保證0.4~0.6 MPa,采用單向深層攪拌樁機(jī)及其配套設(shè)備進(jìn)行施工,水泥攪拌樁的施工機(jī)械按照試樁工藝進(jìn)行。
另外一些飽和軟黏土較厚的路段,還可以采用排水固結(jié)法對(duì)軟土地基加固處理,其原理是通過(guò)排除土中水來(lái)增加土體的密實(shí)度,增大土的承載極限。主要方法有真空預(yù)壓法,該法通過(guò)真空形成的壓力差,促使土中水通過(guò)管道排出。還可與堆載法聯(lián)合使用,通過(guò)堆載給土體施加了超靜孔隙水壓力,加快土體水的排除,還可以通過(guò)擠密砂樁或碎石樁結(jié)合墊層進(jìn)行排水,既加固了地基,提高承載力,又能排水,改善地基土的性質(zhì)。應(yīng)用新開(kāi)發(fā)的抗液化剛性排水樁在剛性樁的側(cè)面沿豎向設(shè)置凹槽,在凹槽中設(shè)置排水管,形成豎向排水通道。這一方法的優(yōu)點(diǎn)是改善了碎石樁排水,而且在防止沙土液化方面效果顯著,但其強(qiáng)度低,僅依靠土體的禁錮作用才能產(chǎn)生強(qiáng)度。
土體的破壞屬于剪切破壞,因此考慮使用土工格柵形成加筋土提高路基的穩(wěn)定性和提高承載能力。
現(xiàn)代加筋土技術(shù)是利用土中摻入的纖維材料來(lái)提高強(qiáng)度。
加筋土的破壞有兩種,一種是筋材拉壞而使筋材和土體分離。由于筋材與土體之間的相互作用,加筋土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性較無(wú)筋土有極大的提高。而提高的原因有各種不同的理論和假說(shuō)。筋土之間的作用機(jī)理可以分為兩大類(lèi),一類(lèi)是摩擦加筋,二是黏聚力原理,還有均值材料原理、彈塑性板層理論等。
土體在受力狀態(tài)下產(chǎn)生向下位移,因?yàn)槭芰Σ痪鶆蚧蛘咄馏w剛度小,力的擴(kuò)散性不如木材或者混凝土類(lèi)大,導(dǎo)致不一致沉降,在荷載作用下的中心位置沉降最多,向兩邊逐漸減少,這樣就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反拱,會(huì)使筋材受到土體的壓力,從而使筋材產(chǎn)生軸向拉力反作用于土體,相當(dāng)于對(duì)土施加了一定的側(cè)向約束,增強(qiáng)了土體的剛度和整體性,使得上部傳來(lái)荷載的擴(kuò)散作用明顯增強(qiáng),軟弱下臥層的豎向附加應(yīng)力分布更加均勻,使得軟弱下臥層頂面的豎向位移與不加筋土體的比明顯減少,且位移分布比較均勻、平緩,降低了軟弱地基中的剪應(yīng)力水平,抑制地基塑性區(qū)的擴(kuò)展,從而提高了地基承載力,減小地基沉降量,增強(qiáng)地基及路堤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,提高了穩(wěn)定性和整體的剛度。
對(duì)于土質(zhì)相對(duì)較好的路基,僅僅依靠土工格柵和碎石樁等加固方法效果就可能很好。但是,對(duì)于地質(zhì)情況十分復(fù)雜的路基,效果會(huì)有限。因此可以碎石樁和土工格柵聯(lián)合使用形成樁網(wǎng)復(fù)合地基,地基既有水平方向加強(qiáng),也有豎向加強(qiáng)。實(shí)踐表明,利用樁網(wǎng)符合地基處理,效果較好。因此,在軟土厚度較大的地方使用樁網(wǎng)復(fù)合地基能夠提高承載力,豎向變形減小且均勻,側(cè)向變形減小。
軟土地基中摻入水泥、石灰等,用噴射、攪拌等方法使之與土體充分混合和固化?;虬岩恍┠芄袒臐{液(水泥漿、水玻璃、氯化鈣等)注入到地基土中空隙,以改善地基土的物理力學(xué)性質(zhì),達(dá)到加固土體的目的。加入化學(xué)試劑使土膠結(jié),其強(qiáng)度和穩(wěn)定性大大提高,提高了地基的抗剪能力。
雖然支護(hù)技術(shù)在近些年有了較快的發(fā)展,但對(duì)位置較深,地應(yīng)力較大,地質(zhì)情況復(fù)雜的地區(qū)的支護(hù)仍是施工中的難題,所以我們需要在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上研究出行之有效的支護(hù)方法。
需進(jìn)一步完善軟巖的支護(hù)理論,雖然現(xiàn)在已經(jīng)有了一些解析和經(jīng)驗(yàn)理論,但這些理論還停留在初步的計(jì)算和模擬上,還不能完全精確地描述軟巖支護(hù)的效果。所以,有必要在圍巖支護(hù)理論進(jìn)一步完善軟巖的支護(hù)理論,分別描述不同的支護(hù)形式下的變形,根據(jù)不同的地質(zhì)和現(xiàn)場(chǎng)情況選取合適的支護(hù)方法。目前大多基于經(jīng)驗(yàn)和工程對(duì)比,產(chǎn)生很大支護(hù)冗余,造成材料浪費(fèi),間接地增加了工程投資和減慢了施工進(jìn)度。
軟巖支護(hù)依靠支護(hù)機(jī)械的發(fā)展。常用支護(hù)技術(shù)影響施工進(jìn)度的主要因素有兩方面:一是噴射混凝土的速度及效果;二是錨桿機(jī)打眼及安裝速度?;炷羾娚錂C(jī)分為粉噴,潮噴,濕噴三類(lèi),實(shí)際施工中常用濕噴機(jī),相比之前的設(shè)備,不僅減少了噴射的反彈,節(jié)約了材料,同時(shí)避免了污染更多的環(huán)境。在以后的設(shè)計(jì)施工中,應(yīng)更傾向于設(shè)備組裝化,輕型化,多功能化方向發(fā)展。
由于支護(hù)施工是一項(xiàng)長(zhǎng)時(shí)間的工程,所以要求支護(hù)材料的強(qiáng)度必須具有一定的長(zhǎng)久性、穩(wěn)定性,但支護(hù)材料長(zhǎng)期在巖體中受到空氣、水、水中化學(xué)物質(zhì)的腐蝕時(shí)強(qiáng)度會(huì)逐漸降低。在施工中采用有抗腐蝕性的材料——玻璃鋼,但是情況不是很理想??垢g和支護(hù)強(qiáng)度是矛盾的兩個(gè)方面,采用抗腐蝕性材料的時(shí)支護(hù)強(qiáng)度減小,支護(hù)剛度卻增大了,不能滿(mǎn)足應(yīng)力較大處的支護(hù)要求,因此對(duì)支護(hù)材料有了更高的要求。
工程支護(hù)是一個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程,對(duì)于支護(hù)體在施工后乃至運(yùn)營(yíng)試用期間的必要的受力情況還了解不足,監(jiān)測(cè)很少。提前預(yù)測(cè)不但可以保障工程的安全,還可類(lèi)比優(yōu)化支護(hù)施工,既滿(mǎn)足支護(hù)要求又滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)要求。以錨桿為例,井下錨桿支護(hù)后,要進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè),來(lái)驗(yàn)證初始設(shè)計(jì)的合理性和可靠性,并為修正初始設(shè)計(jì)提供依據(jù)。目前錨桿支護(hù)的綜合監(jiān)測(cè)內(nèi)容有:采用十字布點(diǎn)法監(jiān)測(cè)表面位移,采用頂板離層指示儀測(cè)試頂板巖層錨固范圍內(nèi)外位移值,錨桿測(cè)力計(jì)測(cè)量錨桿錨固端部和全長(zhǎng)的工作阻力。日常監(jiān)測(cè)的內(nèi)容有:錨桿錨固力抽檢、頂板離層、錨桿預(yù)緊力矩檢測(cè)。但在日常生產(chǎn)中,一些必要的監(jiān)測(cè)工作沒(méi)有發(fā)揮應(yīng)有作用。因此,應(yīng)在大力宣傳的基礎(chǔ)上,進(jìn)行強(qiáng)制約束,進(jìn)一步加強(qiáng)上述方面的監(jiān)測(cè)工作,以保證安全生產(chǎn)。
根據(jù)軟土孔隙率高,含水量大,在荷載作用下極易產(chǎn)生破壞的特征,可結(jié)合工程的要求、地質(zhì)情況、周?chē)h(huán)境科學(xué)合理選擇軟土地基加固的方法。在本項(xiàng)目施工中,根據(jù)工程實(shí)際情況,進(jìn)行了高壓噴射水泥漿處理,并在漿液中加入粉煤灰進(jìn)行調(diào)配,增加了漿液的可泵性,在滿(mǎn)足質(zhì)量要求后,減少了水泥用量,節(jié)約了工程成本。