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      軟土地基的特點(diǎn)及處理方法

      2013-04-17 22:59:15于春芳
      交通運(yùn)輸研究 2013年14期
      關(guān)鍵詞:土工抗剪軟土

      于春芳

      (秦皇島市地方道路管理處,河北 秦皇島 066000)

      近年來,國家逐步加大了基礎(chǔ)工程設(shè)施建設(shè)的投入,使得道路工程得到了長足發(fā)展。隨著線形選取的日益密集,道路穿越軟土地區(qū)也是不可避免的,所以在軟土區(qū)域修筑地基比較常見。軟土地基決定著工程的質(zhì)量與進(jìn)度,良好的措施也可以降低工程的造價,否則就會為工程質(zhì)量造成很大的安全隱患,直接影響基礎(chǔ)的承載能力,進(jìn)而影響道路工程的正常使用。因此,科學(xué)合理地確定軟土地基處理技術(shù)是非常有必要的。

      1 軟土的定義與成因

      通常情況下,軟土是指直徑不大于0.1mm的顆粒在土壤樣品中含量超過一半的近代沉積物。軟土一般處在緩慢流水或靜力環(huán)境中,這決定其自身含水量大于液限,且自身含有有機(jī)雜質(zhì)。在工程上遇到的軟土通常有泥炭質(zhì)土、沖填土、淤泥質(zhì)土、飽和水粘性土、雜填土等。

      軟土形成的環(huán)境比較復(fù)雜,多在靜水壓力、無氧、多有機(jī)物的綜合環(huán)境下形成。除了小部分軟土形成的時期比較早,處于土層的最下面,大部分的軟土形成時間比較晚,有的還是在持續(xù)固結(jié)形成中,軟土經(jīng)常與泥炭、粉砂等土層互為相間,形成復(fù)雜的土質(zhì)環(huán)境。

      2 軟土的工程性質(zhì)與危害

      2.1 軟土的工程性質(zhì)

      軟土的工程形成與地基土的沉積時間、地質(zhì)構(gòu)成、成因有著緊密聯(lián)系。年代不同的軟土的物理性質(zhì)指標(biāo)盡管較為類似,但是工程應(yīng)用中其工程性質(zhì)卻相差很大。所以對軟土的工程性質(zhì)進(jìn)行分析應(yīng)從年代、組成、環(huán)境、構(gòu)造等角度入手。軟土的工程性質(zhì)大致如下。

      2.1.1 含水量較高,孔隙比較大

      由于軟土主要成分是粘土粒組與粉土粒組,且含有一定量的有機(jī)物質(zhì)。這些物質(zhì)具有吸水的特性,在各種地質(zhì)環(huán)境下形成絮狀結(jié)構(gòu)。軟土的狀態(tài)多為軟塑狀態(tài)或半流塑狀態(tài),其天然含水量與孔隙率較大。若土的含水量高,其抗剪強(qiáng)度就小,壓縮性大;反之,若土壤含水量低時,則抗剪強(qiáng)度大,相應(yīng)的孔隙率小。鑒于此在對軟土性能進(jìn)行改善時,含水量是一項重要的控制指標(biāo)。

      2.1.2 透水性較差

      軟土的滲透系數(shù)較之一般土壤要小,因此在外部荷載的作用下,土壤的固結(jié)時間很長。當(dāng)軟土中含有的有機(jī)質(zhì)比重過大時,有機(jī)質(zhì)的腐敗可能產(chǎn)生氣體在土中形成小氣泡,阻礙土體的滲透通道,進(jìn)而降低軟土的滲透能力。所以軟土層上的工程建筑,其基礎(chǔ)沉降時間是比較長的,強(qiáng)度增長也非常緩慢。這非常不利于地基特性的改善。軟土的滲透性不是各向同性的,一般豎直方向土壤的滲透系數(shù)比水平方向的滲透系數(shù)要小,對于含有水平砂層的軟土這種現(xiàn)象更加明顯。

      2.1.3 抗剪強(qiáng)度不足

      軟土的抗剪強(qiáng)度與排水固結(jié)程度有很大的聯(lián)系。通常情況下,其抗剪能力較低,在不排水進(jìn)行剪切的前提下,土壤的內(nèi)摩擦角幾乎為零。對于固結(jié)正常的軟土層,隨著深度的增加,其不排水抗剪強(qiáng)度也隨之增大。在外部環(huán)境的作用下,當(dāng)?shù)鼗潘探Y(jié)后,軟土強(qiáng)度將迅速增大,同時固結(jié)速度決定著軟土的強(qiáng)度。

      2.1.4 結(jié)構(gòu)性突出

      軟土的結(jié)構(gòu)形式通常為絮狀,特別是海相粘土尤為突出。這種土層在攪拌、振動、擠壓等擾動時,其強(qiáng)度降低十分明顯,嚴(yán)重時出現(xiàn)流動現(xiàn)象。鑒于此,在軟土層中進(jìn)行基礎(chǔ)開挖處理時,應(yīng)盡量避免對土層結(jié)構(gòu)造成破壞,防止出現(xiàn)土層強(qiáng)度降低、變形,影響地基處理質(zhì)量。

      2.1.5 流變性明顯

      軟土層在外部荷載的長期作用下,土層會產(chǎn)生持續(xù)的剪切變形,當(dāng)然這個過程是非常緩慢的,當(dāng)主固結(jié)沉降最終停止后,抗剪強(qiáng)度有所衰減,另外還可能產(chǎn)生次固結(jié)沉降。

      2.2 軟土的工程危害

      鑒于軟土具有以上工程性質(zhì),軟土地基對工程建設(shè)特別是道路工程是非常不利的。首先,軟土地基的抗剪強(qiáng)度不足容易造成路堤出現(xiàn)整體側(cè)向滑移的情況;其次,軟土地基與人工構(gòu)筑物的沉降不一致,易產(chǎn)生跳車;最后,當(dāng)?shù)鼗冃螘r或地下水上涌,會導(dǎo)致路面發(fā)生破壞。所以,當(dāng)在軟土層進(jìn)行路基施工時必須對其進(jìn)行必要的處理,對土壤的性質(zhì)進(jìn)行改善,主要指改善軟土層的抗剪強(qiáng)度與抗變形能力,使其滿足工程需要,保障建筑工程(特別是道路工程)的質(zhì)量。

      3 軟土地基的處理方法

      3.1 加筋法

      加筋法的原理是通過將纖維織物、條帶、網(wǎng)格片等抗拉性能良好的材料添加到土中,控制土層的側(cè)移,對土層的受力特性進(jìn)行改善,促進(jìn)了內(nèi)力重分布,進(jìn)而提高了土層的強(qiáng)度與穩(wěn)定性。目前常用的種類有加筋土、土工合成材料與土釘墻技術(shù)三個方面。

      加筋土是將筋體添加到土層中,形成復(fù)合型土層。當(dāng)軟土層受到荷載作用時,土層與筋體通過摩擦作用共同抵抗變形。在實際應(yīng)用時充當(dāng)筋體的主要是土工格柵或土工織物等材料,有助于提高軟土層整體的穩(wěn)定性與強(qiáng)度。目前主要在擋土構(gòu)筑物與堤壩圍護(hù)中有著較好的應(yīng)用。

      土工合成材料指的是對土木工程領(lǐng)域引入并應(yīng)用現(xiàn)代化的合成材料的簡稱,通常采用的是由人工合成的聚合物所生產(chǎn)的各種類型的產(chǎn)品。將這種材料埋置于土體的內(nèi)部,可以提高土層的抗變形能力。土工合成材料應(yīng)用的范圍最為廣泛,主要包括土工膜、土工合成材料、土工織物等。

      土釘墻是一種直接在土層中加筋的技術(shù)手段。通常依靠插筋、灌漿、鉆孔的形式將各種形式的土釘打入軟土地基中,形成軟土與其他正常土層的結(jié)合整體。土釘由型鋼、鋼筋、鋼管等材料按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制造而成,它作為傳力媒介在外界環(huán)境作用下,與軟土共同承受變形,提高整體強(qiáng)度,進(jìn)而實現(xiàn)對軟土層的加固。土釘墻法在人工降水后填方工程中應(yīng)用比較廣泛,主要應(yīng)用于粘性土、弱膠結(jié)砂土的基坑支護(hù)或邊坡加固。

      3.2 水泥土攪拌法

      水泥攪拌樁對軟土地基進(jìn)行加固的原理是利用水泥自身所特有的水解及水化反應(yīng)和水泥化合物與粘土之間發(fā)生的膠結(jié)碳化作用,進(jìn)而形成樁體與周圍土層相結(jié)合的復(fù)合型地基。該地基顯著地提高了地基的承載極限,使地基的沉降也得到了很大改觀,有利于提高地基的穩(wěn)定性與耐久性。目前在實際工程應(yīng)用中,水泥攪拌樁主要通過工程設(shè)備將固化劑與土體進(jìn)行攪拌,并根據(jù)固化劑物理形態(tài)的不同,將施工方法分為噴漿法和噴粉法兩種。一般情況下噴漿法的水泥用量可控性高,在拌制過程中容易攪拌,所以成樁的質(zhì)量比較好,與之相反,噴粉法的水泥用量不易控制,成樁質(zhì)量相比不如前者好。但是噴粉法可以吸收軟土層中的水分,更加適用于含水量高的軟土層,綜合加固效果顯著,且施工程序比噴漿法簡單,在國外應(yīng)用比較廣泛。

      3.3 強(qiáng)夯置換法和強(qiáng)夯擠密法

      強(qiáng)夯置換法與強(qiáng)夯擠密法的加固原理不同,所以在工程實際應(yīng)用范圍也各有重點(diǎn)。強(qiáng)夯置換法適用于地基控制性不是很高的工程,如高飽和度的粉土等,需要注意的是該方法需要現(xiàn)場檢測,以確保使用效果。強(qiáng)夯擠密法適用于處理砂土、碎石土、飽和度低的粘性土與粉土、雜填土、濕陷性黃土等地基。一般認(rèn)為強(qiáng)夯擠密法對于塑性指數(shù)小于等于10的土應(yīng)用效果最佳。

      3.4 排水固結(jié)法

      排水固結(jié)法的作用機(jī)理是通過在軟粘土地基土體上預(yù)先施加荷載,促使土壤中的水分排出,土體的微觀組成發(fā)生變化,孔隙率得到減小,孔隙水壓力降低,這樣增大了土體的有效應(yīng)力,地基強(qiáng)度得到顯著提高。排水固結(jié)法在處理淤泥軟粘土地基的穩(wěn)定與沉降問題時性能優(yōu)異,具體包括排水和加壓兩個系統(tǒng)。在土層設(shè)置排水設(shè)施,基于地層自身的可透水性,經(jīng)排水設(shè)施排出土體,形成排水系統(tǒng)。排水設(shè)施主要包括塑料板排水與砂井排水,鑒于排水固結(jié)法需要提前施加荷載,故實施周期比較長,對于那些工期緊張的工程應(yīng)用性受到局限。

      4 結(jié)論

      軟土地基復(fù)雜性高,技術(shù)難度大,在進(jìn)行地基處理時必須提高重視程度,軟土地基處理失當(dāng)就會造成地基的不均勻沉降,從而嚴(yán)重影響建筑工程的正常使用。本文提出的幾種常用軟土地基處理方法,各有側(cè)重點(diǎn),也各有不足,在工程應(yīng)用時,必須立足于工程實際采取合適的處理方法,這樣才可以取得預(yù)期的處理效果,為后續(xù)工程打下良好的基礎(chǔ)。

      [1]楊位洗.地基及基礎(chǔ)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1998.

      [2]余能.水泥土攪拌樁技術(shù)在軟土地基處理工程中的應(yīng)用[J].工程科技,2010,(1):61-64.

      [3]盧炳超.有關(guān)建筑軟土地基處理方法的探討[J].科技資訊,2010,(26):77.

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