杜善豐 鄭新章 周云峰
摘 要:印尼棉蘭地區(qū)軟土屬于海相沉積,工程性質(zhì)極差,在此基礎(chǔ)上修建構(gòu)筑物會(huì)帶來(lái)很多工程問(wèn)題。本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)取樣土工試驗(yàn)及原位測(cè)試,進(jìn)一步研究了棉蘭地區(qū)軟土工程特性,通過(guò)真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法處理棉蘭地區(qū)軟土現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)資料分析,最大沉降量達(dá)到2064mm,最大沉降速率62mm/d,超孔隙水壓力消散較快。根據(jù)對(duì)加固前后室內(nèi)土工試驗(yàn)、原位測(cè)試(靜力觸探試驗(yàn)、靜力載荷試驗(yàn))數(shù)據(jù)的對(duì)比分析,表層地基承載力可以達(dá)到105kPa,含水率減少了46.8%,孔隙比減少了23.4%,壓縮模量增長(zhǎng)60.2%,加固效果非常顯著,滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求,并驗(yàn)證了真空預(yù)壓法在該地區(qū)的適用性。本文對(duì)該工法在類(lèi)似工程中的應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。
關(guān)鍵詞:印尼軟土 工程性質(zhì) 真空聯(lián)合堆載預(yù)壓 加固效果 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè) 原位測(cè)試
1.引言
印度尼西亞地區(qū)電力匱乏,隨著我國(guó)“一帶一路”的推進(jìn),電廠等電力建設(shè)工程在印度尼西亞的建設(shè)日益增多。電廠建設(shè)雖然投資較大,但其社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益顯著,因此電廠的建設(shè)就尤為重要。印度尼西亞有“千島之國(guó)”之稱(chēng),電廠選址以海邊居多,這些地方廣泛分布著深厚的淤泥和淤泥質(zhì)土,這些軟土含水率高、孔隙比大、欠固結(jié)性、強(qiáng)度低且靈敏度高,工程性質(zhì)較差,這給電廠的建設(shè)帶來(lái)了困難。
對(duì)于軟土地基的處理,常用的方法有排水固結(jié)法、換填墊層法、復(fù)合地基等,若處理方法不當(dāng),將產(chǎn)生較大的沉降、差異沉降及工后沉降。換填墊層法雖然工期短,但是對(duì)于深厚的軟土并不適用;復(fù)合地基雖然能保證較小的工后沉降,但是對(duì)于大面積的軟基處理,并不經(jīng)濟(jì);排水固結(jié)法在處理大面積軟基方面有它獨(dú)特的魅力,其中,真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法在沉降控制、工期、造價(jià)方面均有一定優(yōu)勢(shì),是很好的軟土地基處理方法。
2.真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法加固機(jī)理
真空預(yù)壓法與堆載預(yù)壓法都是排水固結(jié)法。真空預(yù)壓法是利用射流泵抽取軟基中的水氣,將“約80kPa的真空荷載”作用于地基土上;堆載預(yù)壓法是直接利用砂石、土等“實(shí)際荷載”作用于軟土地基上,以達(dá)到加固的效果。由太沙基有效應(yīng)力原理可知:
真空預(yù)壓法中總應(yīng)力不變,孔隙水壓力的消散值等于有效應(yīng)力的增加值;堆載預(yù)壓法則是荷載產(chǎn)生的附加應(yīng)力先由孔隙水壓力承擔(dān),隨著時(shí)間的推移,孔隙水壓力逐漸消散,轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力。
真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法是真空預(yù)壓法與堆載預(yù)壓法相結(jié)合的產(chǎn)物,先對(duì)軟基進(jìn)行真空預(yù)壓,待地基土達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的強(qiáng)度時(shí),再進(jìn)行堆載,堆載產(chǎn)生的正的超靜孔隙水壓力被抽真空產(chǎn)生的負(fù)的超靜孔隙水壓力抵消,與單純的真空或堆載預(yù)壓相比,土體的固結(jié)速率加快,很大程度上縮短了工期。
3.印度尼西亞棉蘭地區(qū)軟土工程特性
根據(jù)巖土勘察報(bào)告,場(chǎng)地淺部地層主要為海相沉積的淤泥、淤泥質(zhì)土,具體為:
①層:填土主要為填筑場(chǎng)地西側(cè)和南側(cè)圍堰土壩形成的厚度約2m由淤泥或粉砂組成填土結(jié)構(gòu)松散~稍密;
②1層:淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土多呈流塑狀態(tài)欠固結(jié)土,高壓縮性土承載力低在上覆場(chǎng)地填土的自重附加應(yīng)力及其它荷載產(chǎn)生的附加應(yīng)力的作用下,對(duì)樁基礎(chǔ)具負(fù)摩阻等工程特性,物理力學(xué)性能差;
②2層:粉砂,松散,呈透鏡體狀,層頂高程-3.07m~-16.88m該層厚度變化較大多呈松散狀態(tài),強(qiáng)度低,工程性質(zhì)差;
②3層:粘土,少量為粉質(zhì)粘土,最大厚度達(dá)8.5m,軟塑狀局部可塑狀,壓縮性高,強(qiáng)度較低。
土體的物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。
由表1可以看出,軟弱土層②1含水率為80%,天然重度14.1kN/m3,孔隙比為2.298,壓縮模量為1.7MPa,滲透系數(shù)為6.89E-07cm/s,強(qiáng)度指標(biāo)c為9.5MPa,φ為1.9MPa,強(qiáng)度很低且該區(qū)域土層為欠固結(jié)土,因此,印尼棉蘭地區(qū)軟土的工程性質(zhì)極差。
4.真空堆載聯(lián)合預(yù)壓加固效果分析4. 1施工概況
本工程2015年2月13日開(kāi)始打設(shè)塑料排水板,3月5日打設(shè)完畢,其中,采用SPB-B型塑料排水板,打設(shè)深度為22m,間距1m,3月8日鋪設(shè)排水管路,于2015年3月9日鋪設(shè)密封膜,布設(shè)真空泵,3月10日開(kāi)始抽真空,并完成區(qū)域內(nèi)監(jiān)測(cè)儀器初值測(cè)量。預(yù)壓期間真空度平均值為80kPa,2015年5月2日開(kāi)始填砂堆載,堆載高度1.5m,堆載到場(chǎng)地的1/2,6月3日堆滿(mǎn)整個(gè)區(qū)域,堆載高度平均1.65m左右。6月5日進(jìn)行第二層堆載,高度平均80cm左右,6月8日對(duì)表層沉降進(jìn)行了接高作業(yè),6月12日堆載結(jié)束,平均高度為3.0m。從整個(gè)施工過(guò)程看來(lái),加載系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、排水系統(tǒng)完好,達(dá)到了快速加固土體的目標(biāo)。施工于2015年7月18日卸載,已經(jīng)經(jīng)歷130天,之后進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)試驗(yàn)。
4.2地表沉降觀測(cè)
地表沉降能直觀地反應(yīng)了軟基的加固效果,其觀測(cè)結(jié)果可用于推算平均固結(jié)度,因此地表沉降成為控制施工質(zhì)量和進(jìn)度的重要指標(biāo)。由地表沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表2可知:最大沉降量為2064mm位于場(chǎng)區(qū)中央的C1點(diǎn)處,位于邊緣C2點(diǎn)的沉降量最小,為1568mm,這說(shuō)明土體向場(chǎng)區(qū)內(nèi)部收縮,有利于土體的穩(wěn)定,表明本區(qū)域預(yù)壓處理是成功的;沉降速率最大值產(chǎn)生在抽真空階段為62mm/d,平均沉降速率15.25mm/d,卸載前7天平均沉降速率5.8mm/d。圖1表明:真空聯(lián)合堆載預(yù)壓加載初期沉降速率大,后期小,說(shuō)明加固區(qū)土體的主固結(jié)速率隨時(shí)間是一個(gè)逐漸收斂的過(guò)程。
4.3孔隙水壓力觀測(cè)
由于孔隙水壓力的監(jiān)測(cè)受外界因素的影響較小,且能夠精確測(cè)量,所以孔隙水壓力的隨時(shí)間的變化是反映真空聯(lián)合堆載預(yù)壓加固效果的重要指標(biāo)。本加固區(qū)中心處布置了一組孔隙水壓力計(jì),埋深分別為1m、4m、7m、10m、14m和18m處。從圖2試樁區(qū)孔隙水壓力隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)圖上可以看出,各測(cè)點(diǎn)的穩(wěn)定初始值與地下水位壓力初始值基本相近,在真空預(yù)壓階段,隨著抽真空的進(jìn)行,不同深度的孔壓值基本呈下降趨勢(shì),其中,地面以下14m范圍內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的孔壓值下降較快,14m以下的孔壓值下降較慢,這表明真空預(yù)壓法在14m深度范圍內(nèi)有顯著的加固效果。在堆載預(yù)壓期間,荷載的施加均會(huì)引起各測(cè)點(diǎn)的孔壓值的增大,由于加載速率較快,淺層土體(1m、4m、8m)處的孔壓受堆載產(chǎn)生的附加應(yīng)力影響顯著,孔壓升高較為明顯,而深層(18m)處孔壓受堆載產(chǎn)生的附加應(yīng)力影響較小。隨著抽真空的進(jìn)行,負(fù)壓迅速抵消堆載產(chǎn)生的正的超孔壓,各測(cè)點(diǎn)的孔壓逐漸消散,但在深度方向,孔壓消散值隨深度增加而減小。
4.4土體物理力學(xué)性質(zhì)
在施工前后對(duì)場(chǎng)地地基土進(jìn)行了鉆探取樣工作,并進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)工作,具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。
由表3可知加固后淤泥質(zhì)土含水率減少了46.8%,孔隙比減少了23.4%,壓縮模量增為2.58MPa,直剪指標(biāo)也有明顯提高。表明真空聯(lián)合堆載預(yù)壓有明顯的加固效果,可以有效地加固土體。
4.5靜力觸探試驗(yàn)成果分析
與傳統(tǒng)原位測(cè)試方法相比,靜力觸探試驗(yàn)具有速度快,勞動(dòng)強(qiáng)度低,經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn),尤其對(duì)于高靈敏度的軟土以及難以取得原狀土樣的砂性土,靜力觸探有著不可替代的作用。本工程靜力觸探檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖3。
由圖4可知:上部硬殼層強(qiáng)度增長(zhǎng)不大,中部較厚的淤泥層強(qiáng)度增長(zhǎng)較明顯,下部土層強(qiáng)度增幅相對(duì)較小。
4.6載荷板試驗(yàn)
根據(jù)原位試驗(yàn)所得到的荷載-沉降曲線(xiàn)(圖4),加固后的地基承載力約為105kPa,完全滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求,與加固前的40kPa左右相比,地基承載力特征值增加了162.5%,表明真空聯(lián)合堆載預(yù)壓處理軟基效果顯著。
5.結(jié)論
本文結(jié)合印度尼西亞棉蘭地區(qū)軟基處理的工程實(shí)例,對(duì)真空聯(lián)合堆載預(yù)壓加固軟土地基的機(jī)理、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。通過(guò)分析,可以得出以下結(jié)論:
(1)通過(guò)對(duì)地勘報(bào)告的分析,說(shuō)明印度尼西亞棉蘭地區(qū)軟土的工程性質(zhì)極差,含水率達(dá)到80%,孔隙比為2.298,壓縮模量為1.7MPa,天然重度為14.1kN/m3。
(2)通過(guò)對(duì)孔隙水壓力的觀測(cè)可以看出,在塑料排水板處理范圍內(nèi)超孔隙水壓力壓消散較快,土體固結(jié)速度快,這表明真空聯(lián)合堆載預(yù)壓處理印尼棉蘭地區(qū)的軟土效果顯著。
(3)通過(guò)沉降監(jiān)測(cè)資料可以得到預(yù)壓期間累計(jì)最大沉降為2064mm,平均沉降速率為15.25mm/d,累計(jì)沉降與沉降速率較大,表明通過(guò)真空聯(lián)合堆載預(yù)壓能顯著地減少軟基的沉降,有效地縮短工期。
(4)通過(guò)對(duì)加固前后物理力學(xué)性質(zhì)、靜力觸探、靜力載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析表明:各參數(shù)在處理過(guò)后均有較大的改善,含水率減少了46.8%,孔隙比減少了23.4%,壓縮模量增加了60.2%,直剪指標(biāo)也有明顯提高。驗(yàn)證了真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法在印度尼西亞棉蘭地區(qū)的適用性。
(5)在印度尼西亞棉蘭電廠軟基預(yù)處理過(guò)程中,采用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓方法完全滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求,對(duì)今后在類(lèi)似工程中的軟基處理有很好的借鑒意義。
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