王勝儒 衡培哲 黃貴濤 蘇 建

中鐵北京工程局集團(tuán)有限公司 北京 102308

0 前言

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

液化土在國(guó)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(duì)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(duì)液化土地基承載力的提高作用不夠清晰。本研究通過(guò)科學(xué)的試驗(yàn)研究,進(jìn)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(jī)理和改善效果;此研究成果可以作為全國(guó)低液限土地基處理的使用依據(jù)。通過(guò)研究液化土的液化消散,探索出經(jīng)濟(jì)、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(yàn)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(gè)區(qū)域分別填筑水泥摻量為0%、3%、4%、5%的水泥改良土,通過(guò)各區(qū)域的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比得出科學(xué)合理的研究成果。主要分區(qū)見(jiàn)表1所示:

表1 試驗(yàn)分塊表

2 試驗(yàn)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(shí)局部會(huì)產(chǎn)生液化現(xiàn)象,上部土體也難以壓實(shí)[1]。經(jīng)過(guò)對(duì)II區(qū)各試驗(yàn)塊沖擊碾壓,每5遍后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入及靜力觸探[2]液化土液化消除情況,分析沖碾是否達(dá)到了消除液化的要求并得出最經(jīng)濟(jì)的沖碾遍數(shù)。

2.2 低液限粉土填筑 按照試驗(yàn)區(qū)域劃分,對(duì)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(zhǎng)情況,得出最經(jīng)濟(jì)的水泥摻量。

3 試驗(yàn)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(jī)(25kJ)對(duì)土基進(jìn)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(jìn)行下一輪沖碾[4],根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,可將一輪需連續(xù)完成的沖碾遍數(shù)分幾次進(jìn)行,但要保持總能量滿足設(shè)計(jì)要求。

②對(duì)于轉(zhuǎn)彎等沖碾能量不足或靠近原道肩邊無(wú)法沖碾的部位應(yīng)采用48T壓路機(jī)進(jìn)行振動(dòng)碾壓。

③根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn),沖擊碾壓遍數(shù)暫定為25遍。

④區(qū)塊每沖碾5遍之后進(jìn)行原位檢測(cè),檢測(cè)指標(biāo)和要求如下:

標(biāo)貫檢測(cè):對(duì)場(chǎng)地2m深度內(nèi)的土體進(jìn)行液化判定,以檢驗(yàn)地基處理的效果。勘探孔宜布置在原有勘探孔附近。檢驗(yàn)頻率為每區(qū)塊2點(diǎn)。

靜探檢測(cè):對(duì)場(chǎng)地2m深度內(nèi)的土體進(jìn)行液化判定,以檢驗(yàn)地基處理的效果?？碧娇滓瞬贾迷谠锌碧娇赘浇?。檢驗(yàn)頻率為每區(qū)塊2點(diǎn)。

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(biāo)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(biāo)記表明填土高度用于控制填土厚度,嚴(yán)格控制土方填筑厚度。

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

④撒布水泥前檢測(cè):檢測(cè)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(shí)進(jìn)行晾曬或?yàn)⑺?/p>

⑤水泥撒布:適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)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(jì)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(jī)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(jī)施工過(guò)程中控制機(jī)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(jī)靜壓與振動(dòng)碾壓,先用20噸壓路機(jī)靜壓一遍,再用22噸壓路機(jī)震動(dòng)碾壓5遍,弱振1遍,靜壓1遍收面后進(jìn)行土方壓實(shí)度檢測(cè),檢測(cè)合格進(jìn)行下一道工序,如果檢測(cè)不合格繼續(xù)碾壓直到壓實(shí)度達(dá)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(shí)度達(dá)到96%以上時(shí)方可進(jìn)行上層填土;頂層填土完畢后對(duì)每一區(qū)段進(jìn)行地基承載力檢測(cè),每分塊進(jìn)行四組試驗(yàn),對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

① 通過(guò)對(duì)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(jìn)行標(biāo)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(duì)比分析見(jiàn)下圖所示:

通過(guò)圖1、圖2可以看出:經(jīng)過(guò)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(guò)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(dāng)水泥摻量增加到4%時(shí),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(duì)比圖

圖2 地基反應(yīng)模量對(duì)比圖

5 結(jié)論

采用三邊形沖擊式碾壓機(jī)(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(guò)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(guò)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(dāng)水泥摻量增加到4%時(shí),地基承載力增加不大明顯。