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軟土地基處理技術(shù)探討

對于軟土地基處理技術(shù),在傳統(tǒng)做法中有很多種施工方法。實際應(yīng)用時應(yīng)根據(jù)場區(qū)情況(地質(zhì)、水文等)選用適宜的施工工藝。本文詳細闡述軟土地基中的工程性質(zhì)問題,并針對軟土地基處理中淺層處理及深層處理技術(shù)方法進行探討。
      1、軟土地基的工程性質(zhì)問題
      在工程施工過程中,軟土地基具有一些特殊的工程性質(zhì):
      (1)壓縮性高,沉降量大
      據(jù)對建在淤泥類土上的磚石結(jié)構(gòu)統(tǒng)計,三層民用房屋沉降幅度為15cm~30cm,四層為25cm~60cm,五層以上多超過60cm。某些地區(qū)四層房屋下沉超過50cm,有的高達60cm以上。沉降大的原因:一是孔隙比大,壓縮性高;二是淤泥土層厚。
因此在淤泥土地區(qū),上部結(jié)構(gòu)存在高差,平面形狀復(fù)雜的房屋,因沉降差異造成房屋開裂的很多。
      (2)由黏粒、粉粒構(gòu)成,黏粒含量高,且含有有機質(zhì),滲透性低,滲透系數(shù)一般為1×10-8~1×10-6cm/s,使土的固結(jié)時間很長,房屋沉降穩(wěn)定歷時達數(shù)年。在正常的施工速度情況下,超過三層的房屋,施工期間沉降占總沉降的20%-30%,其余的沉降可延長20年以上。在新修筑道路時,可發(fā)現(xiàn)道路填土過多造成路基不均勻下沉現(xiàn)象。由于不均勻下沉造成人行道路面脫空開裂,雖經(jīng)修復(fù)仍然難以復(fù)原,其原因在于填土引起的沉降需要較長時間才能穩(wěn)定。
      (3)快速加荷可引起大量下沉、傾斜及傾倒。飽和淤泥類的承載力與加荷排水條件關(guān)系很大。加荷速率過快,土中水不能排除,將引起土中孔隙水壓增高,當外荷載超過容許承載力的50%時,地基中出現(xiàn)塑性變形,大量土處于流塑狀態(tài),向外擠出,引起基礎(chǔ)下沉,嚴重者地基失穩(wěn)。加拿大特朗斯康谷倉交付使用后不久傾倒,下沉880cm,就是其中著名的例子。地震作用屬瞬間周期性水平荷載,它直接增加了地基中的剪應(yīng)力。在瞬間加荷情況下,土中水立即出現(xiàn)高孔隙水壓,隨即產(chǎn)生土的塑性擠出。其地基工作狀態(tài)與快速增加垂直靜載完全相同。例如,唐山大地震期間,新港、漢沽等高烈度地區(qū)出現(xiàn)了大量建筑物震沉現(xiàn)象,三層住宅平均下沉18cm,四層為25.1cm,均伴有傾斜。
      (4)軟土的抗剪強度很低,易于滑坡。飽和擾動的淤泥其強度接近于零。飽和結(jié)構(gòu)性淤泥土的強度決定于黏聚力值,在10kPa~20kPa,所以地基的容許承載力最高為100kPa,低者30kPa~40kPa。軟土邊坡的穩(wěn)定坡度0值很低,只有1∶5(坡高與坡長之比),地震時為1∶10,降水后有所提高,但預(yù)壓后,地基承載力可提高一倍。
      2、軟土地基淺層處理技術(shù)
      淺層處理法適用軟弱土層位于地基表面最大深度一般在5m以內(nèi),處理方法有表層壓實法、換土墊層法、土工織物加筋墊層法及重錘夯實法。淺層處理方法應(yīng)利用本地資源,投入少、施工簡便、速度快、造價低,而且施工質(zhì)量容易控制。
      2.1表層壓實法
      當?shù)乇韺榆浫跬翆訛樯巴粱騺喺惩恋?常采用表層壓實加固,其處理效果主要取決于土質(zhì)、含水率、分層厚度、壓實機械性能和壓實遍數(shù),壓實土的含水率應(yīng)控制在最優(yōu)含水率左右,含水率偏大時采取晾曬或拌人石灰吸水等方法進行預(yù)壓處理分層壓實。
      2.2換土墊層法
      地表軟弱為飽和淤泥質(zhì)粘土,一般要求挖后換填砂(礫)土、碎石、石碴、礦碴等透水性良好的材料,分層填筑采用風積砂填筑兩側(cè)須用含土量小于5的天然砂礫,填筑時寬度大于等于1m。風積砂屬于低粘性土,具有足夠的穩(wěn)定性及透水性,遇水不至過分泡軟,沉陷量也?。坏陲柡退闆r下,極易變成流動狀態(tài),并失去承載能力,用天然砂礫進行包坡可消除風積砂的不足之處,同時可排出路基內(nèi)部的多余水分,切斷毛細水發(fā)展,用于干燥地區(qū),也可以保證風積砂土不被風刮走,從而保證路基的穩(wěn)定性。挖除方法主要有挖掘機挖掘法,推土機挖除法等。
      2.3土工織物加筋墊層法
      砂石墊層及含土量小于5%的透水性材料仍為散粒體結(jié)構(gòu),不能受拉力,抵抗不均勻和限制水平位移的能力也有限,如若增大砂墊層的粘聚力,透水性就降低,當粘粉粒(0.075mm)含量大于15,透水性與粘性一致,起不到排水作用。
      因此工程實踐中廣泛應(yīng)用土工織物或土工格柵,其主要作用包括:

①土工織物加筋墊層具有一定的抵抗水平拉力能力,即當路堤一墊層一地基產(chǎn)生滑動破壞時,墊層內(nèi)的土工織物將提供較大的抵抗滑動之拉力,從而提高抗滑穩(wěn)定性,一般說來,對于抗滑安全系數(shù)可提高0.3左右。
      ②土工織物墊層可有效地限制和減小地基的側(cè)向位移和剪應(yīng)變,有效地降低路基的變形阻斷地下水,而土只有當剪應(yīng)力大于其破壞值才會發(fā)生剪切破壞,因此土工織物加筋墊層的水平約束作用有利于增強地基的抗滑穩(wěn)定性;此外側(cè)向位移減少將使豎向沉降隨之減少5左右。
      ③采用土工織物加筋后的墊層具有一定的抗彎剛度,即當其承受不均勻壓力或地基產(chǎn)生不均勻沉降時可以對承受的壓力進行調(diào)整,即墊層下的壓力承受不同墊層頂面所受壓力,使得墊層抗變形能力即受力面增大。
      ④土工織物加筋墊層與未加筋墊層相比,強度特性和應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系指標均有所變化,強度提高使加筋墊層的應(yīng)力擴散效應(yīng)更加明顯,應(yīng)力趨向于均勻化有利于提高地基抗滑穩(wěn)定性和減少地基不均勻沉降。
      ⑤土工格柵自身具有良好的滲透性,當墊層材料滲透性不能滿足排水要求時,土工格柵加筋同時也可以改善墊層的透水性,常采用一層土工格柵加筋300mm厚砂礫墊層替代加筋500mm厚砂礫墊層。加筋作用,能增強土體的抗拉強度和抗變形能力,提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
      3、軟土地基深層處理技術(shù)
      3.1袋裝砂井法
      袋裝砂井法是高等級公路軟基處理中較為成熟的方法之一,采用的是袋裝砂井排水固結(jié)措施,其施工簡便,費用較低,加固效果較好。施工時將袋裝砂放入套管井內(nèi),填塞密實,逐節(jié)拔出套管,頂面鋪設(shè)水平砂墊層或排水砂溝。軟基中的水分在上部路基填土載荷的作用下,通過砂與水平砂墊層或縱橫相連通的排水砂溝相通,形成排水通道,使軟基中的水分排走,從而達到排水固結(jié)軟基的目的。
      3.2擠密砂樁法
      擠密砂樁是采用類似沉管灌注樁的機械和方法,通過沖擊和振動,把砂擠入土中而形成的。擠密砂樁的主要作用是將地基擠實排水固結(jié),從而提高地基的整體抗剪強度與承載力,減少地基的沉降量和不均勻沉降。這種方法一般能較好地適用于砂性土,不適用于飽和的軟粘土地基處理。擠密砂樁用砂標準要求與袋裝砂井的砂基本相同,不同的是擠密砂樁也可使用砂和角礫的混合料,含泥量不得大于5%。
      3.3振沖碎石樁法
      振沖碎石樁和擠密砂樁不同,它不是使地基擠密,而是與周圍土共同組成復(fù)合地基。碎石樁處理軟基過程就是用振沖器產(chǎn)生水平向振動,在高壓水流作用下邊振邊沖,在軟弱地基中成孔,再在孔內(nèi)分批填入碎石料,這時振沖器邊振動邊上拔,使得碎石料振擠密實。碎石料是被嵌入土中的。碎石料能成樁主要是依靠四周土的擁擠,以及自身碎石料振實而產(chǎn)生的石料之間的咬合力的作用而形成一根根直徑約為70cm~110cm的碎石樁樁體。碎石樁就其本質(zhì)而言仍是地基的一部分,但它又能起到樁的支承作用,故而它與周圍土體共同組成的地基為復(fù)合地基。碎石樁樁體是一種散粒體的粗顆粒料,它具有良好的排水通道,有利于地基土的排水固結(jié)。因此,在軟基處理中,特別是具有高填土橋頭等過渡路段,為了減少地基土的變形,提高地基土的承載力,增強地基土的抗滑穩(wěn)定能力,采用碎石樁加固處理是較理想的方法之一。
      3.4粉噴樁法
      粉噴樁是利用粉體噴射攪拌機械在鉆成孔后,借助壓縮空氣,將水泥粉等固體材料以霧狀噴入需加固的軟土中,經(jīng)原位攪拌、壓縮并吸收水分,產(chǎn)生一系列物理化學反應(yīng),使軟土硬結(jié),形成整體性強、水穩(wěn)定性好、強度較高的樁體,與樁間土一起形成復(fù)合地基,從而提高路基強度。其特點是強度形成快、預(yù)壓時間短、地基沉降量小。粉噴樁加固軟基主要適用于高含水量、高壓縮性的淤泥、淤泥質(zhì)粘土及橋頭軟基的處理。有關(guān)試驗表明,一般含水量大于35%的軟基宜選用粉噴樁。
      4、結(jié)束語
      軟土地基處理是一項復(fù)雜且技術(shù)性較高的工作,在工程建設(shè)中有著重要的作用和地位。軟土地基處理方法的選用一定要做到科學合理、綜合考慮;要做到因土質(zhì)而異,因地制宜,因時制宜,不能千篇一律;要做到施工切實可行,工程造價經(jīng)濟合理,技術(shù)可靠,才能取得事半功倍的效果。

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