濕陷性黃土場(chǎng)地?fù)Q填墊層地基處理技術(shù)應(yīng)用研究

張 勇 紀(jì)成亮 孟志浩

(山東電力工程咨詢?cè)河邢薰荆綎| 濟(jì)南 250100)

0 引言

濕陷性黃土在我國(guó)分布廣泛，是常見(jiàn)的特殊性土之一，由于其成因?qū)е碌奶厥饨Y(jié)構(gòu)，使其在不同含水率條件下表現(xiàn)出巨大的工程性質(zhì)差異。因此，濕陷性黃土場(chǎng)地的地基處理也是常見(jiàn)的工程問(wèn)題，濕陷性黃土場(chǎng)地的常見(jiàn)地基處理方法有墊層法、強(qiáng)夯法、擠密法、預(yù)浸水法等。本文通過(guò)青海西寧某電廠工程的黃土地基處理原體試驗(yàn)，驗(yàn)證了換填墊層法進(jìn)行濕陷性黃土場(chǎng)地地基處理的效果，并分析研究了施工參數(shù)和施工工藝，可作為類似工程的參考。

1 工程概況

1.1 工程背景

西寧某電廠位于青海湟中縣境內(nèi)，本期新建2臺(tái)350 MW容量的超臨界空冷供熱機(jī)組，并保留擴(kuò)建余地。

1.2 巖土工程條件

黃土狀粉土場(chǎng)地內(nèi)普遍分布，具大孔隙，垂直節(jié)理發(fā)育，土質(zhì)均勻，層厚1.85 m～15.50 m，①黃土狀粉土具有自重濕陷性，黃土的濕陷程度為中等～強(qiáng)烈，黃土地基的濕陷等級(jí)為中等～嚴(yán)重，在場(chǎng)地內(nèi)普遍分布。黃土狀粉土的平均濕陷起始?jí)毫?05 kPa。最大濕陷深度和最大自重濕陷深度均至該層層底。擬建主廠房地段的典型工程地質(zhì)剖面如圖1所示。

主廠房地段的建筑物基礎(chǔ)埋深4.0 m～7.0 m,根據(jù)圖1所示地層剖面，基底以下內(nèi)剩余黃土狀粉土層的厚度約3.5 m～6.0 m，因此本工程主廠房地段擬采用將基底以下黃土層全部換填的方案進(jìn)行地基處理，處理深度至卵石層頂。處理后基底以下黃土狀土已全部挖除，可不考慮強(qiáng)透水材料對(duì)黃土地層的不利影響。

2 原體試驗(yàn)方案

2.1 方案設(shè)計(jì)

原體試驗(yàn)的換填材料計(jì)劃采用天然級(jí)配砂卵石，使用振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行振動(dòng)碾壓，單層虛鋪厚度400 mm、分十層進(jìn)行換填；通過(guò)最優(yōu)碾壓遍數(shù)試驗(yàn)確定適宜碾壓遍數(shù)；處理后的地基承載力特征值等參數(shù)通過(guò)平板載荷試驗(yàn)確定；通過(guò)以上試驗(yàn)，對(duì)擬建工程地基處理的施工工藝、施工參數(shù)及施工檢測(cè)方案提出建議。

2.2 碾壓設(shè)備

考慮到本次換填虛鋪厚度所需壓實(shí)能，本次原體試驗(yàn)采用碾壓設(shè)備為YZ18JC型振動(dòng)壓路機(jī)，工作質(zhì)量為18 t，振動(dòng)輪靜線載荷390 N/cm，振動(dòng)行駛速度2.86 km/h，激振力330 kN，振動(dòng)頻率28 Hz，額定功率115 kW，振動(dòng)輪直徑1 523 mm，振動(dòng)輪寬度2 178 mm。

2.3 試驗(yàn)流程

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，經(jīng)分析，試驗(yàn)流程設(shè)計(jì)如下：

1)調(diào)查料源，取樣分析測(cè)試天然級(jí)配砂卵石料是否滿足要求；

2)進(jìn)行換填墊層最優(yōu)碾壓遍數(shù)試驗(yàn)；

3)確定壓實(shí)控制參數(shù)；

4)原體試驗(yàn)換填墊層碾壓施工；

5)利用原位密度試驗(yàn)和平板載荷試驗(yàn)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行測(cè)試檢測(cè)。

3 試驗(yàn)過(guò)程及分析

3.1 換填材料

通過(guò)對(duì)項(xiàng)目周邊65 km范圍內(nèi)天然級(jí)配砂卵石料源進(jìn)行調(diào)查，選擇了A甘河灘料源區(qū)、B通海料源區(qū)、C互助料源區(qū)三處料源區(qū)，分別距工程場(chǎng)地約30 km,15 km,65 km，其中甘A,B料源區(qū)均為古河道干料場(chǎng)，C料源區(qū)為有水河道濕料場(chǎng)，分別在上述料源區(qū)選取代表性試樣進(jìn)行了易溶鹽含量試驗(yàn)及顆粒分析試驗(yàn)。

根據(jù)表1中分析結(jié)果，可以看到A料源區(qū)三組試樣級(jí)配良好(Cu>5且Cc=1～3)，含粘性土量、含鹽量均滿足要求。B料源區(qū)四組試樣含粘性土量、含鹽量均滿足要求，其中一組級(jí)配良好，其余三組均級(jí)配不良。C料源區(qū)目前為有水河道，可不取樣檢測(cè)含鹽量，兩組試樣級(jí)配良好，含粘性土量均滿足要求。根據(jù)換填材料調(diào)查及試驗(yàn)結(jié)果，本次原體試驗(yàn)采用A料源區(qū)的天然級(jí)配砂卵石作為換填材料。

3.2 最優(yōu)碾壓遍數(shù)試驗(yàn)

試驗(yàn)面積為2 m×25 m，位于原體試驗(yàn)區(qū)東側(cè)地帶。虛鋪400 mm厚度的砂卵石墊層，靜壓2遍、再振動(dòng)碾壓12遍；然后再虛鋪400 mm厚度墊層，靜壓2遍，在振動(dòng)碾壓4遍,6遍,8遍,10遍,12遍,14遍時(shí)分別進(jìn)行3組原位密度試驗(yàn)，確定最佳的碾壓遍數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

根據(jù)圖2曲線，墊層經(jīng)過(guò)振動(dòng)碾壓10遍后，密度增加速率放緩，考慮到后續(xù)實(shí)際施工時(shí)碾壓效率和經(jīng)濟(jì)型，初步確定本次原體試驗(yàn)的碾壓工藝為：1)靜壓2遍；2)振動(dòng)碾壓10遍；3)靜壓2遍，最終碾壓遍數(shù)應(yīng)以滿足壓實(shí)系數(shù)要求為準(zhǔn)。

3.3 壓實(shí)控制參數(shù)

取換填材料1組進(jìn)行重型擊實(shí)試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，天然級(jí)配砂卵石ρdmax(最大干密度)為2.38 g/cm3，wopt(最優(yōu)含水率)為4.61%。

本次碾壓試驗(yàn)換填墊層共10層，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，碾壓后墊層的密度指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 碾壓后墊層密度指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

由表1統(tǒng)計(jì)結(jié)果可見(jiàn)，壓實(shí)后每層平均干密度值2.39 g/cm3～2.50 g/cm3，大于室內(nèi)重型擊實(shí)試驗(yàn)測(cè)得的最大干密度(2.38 g/cm3)，原因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)壓路機(jī)振動(dòng)碾壓壓實(shí)能大于室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)擊實(shí)能，同時(shí)，室內(nèi)試驗(yàn)試料中粒徑大于60 mm粗骨料經(jīng)過(guò)了人為篩除。

基于以上分析，本次原體試驗(yàn)施工控制最大干密度采用2.46 g/cm3，壓實(shí)系數(shù)不小于0.97。

3.4 施工過(guò)程控制參數(shù)

本試驗(yàn)施工過(guò)程控制參數(shù)如下：

1)依據(jù)進(jìn)場(chǎng)后換填材料顆粒分析試驗(yàn)結(jié)果，試驗(yàn)材料控制參數(shù)見(jiàn)表2。

2)墊層單層虛鋪厚度為400 mm，共鋪設(shè)10層，墊層總厚度壓實(shí)后不低于3 m；每層靜壓2遍后振動(dòng)碾壓10遍，再靜壓2遍。

3)實(shí)際碾壓施工單層虛鋪厚度380 mm～430 mm，各層壓實(shí)后厚度為355 mm～405 mm，墊層總虛鋪厚度為4 095 mm，壓實(shí)總厚度為3 808 mm(見(jiàn)附件7)，平均層厚壓實(shí)率為0.93。

4)墊層施工期間每層均進(jìn)行了灌砂法原位密度試驗(yàn)。

表2 原體試驗(yàn)換填材料控制參數(shù)一覽表

4 原體試驗(yàn)檢測(cè)

4.1 原位密度試驗(yàn)

為測(cè)定換填墊層干密度，計(jì)算壓實(shí)系數(shù)，對(duì)施工碾壓質(zhì)量進(jìn)行過(guò)程控制，進(jìn)行了原位密度試驗(yàn)：在試驗(yàn)地點(diǎn)，選取直徑200 mm平整墊層區(qū)，按GB/T 50123—1999土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)第5.4節(jié)“灌砂法”要求進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。自第一層開(kāi)始每層布置3個(gè)測(cè)試點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定其濕密度，并取樣測(cè)試其含水率。

依據(jù)原位密度試驗(yàn)結(jié)果，墊層干密度平均值為2.39 g/cm3～2.50 g/cm3，最大干密度取2.46 g/cm3，容易得出每層壓實(shí)系數(shù)為0.97～1.02，試驗(yàn)結(jié)果滿足施工控制參數(shù)要求。

4.2 平板載荷試驗(yàn)

本次在試驗(yàn)區(qū)共布置3個(gè)平板載荷試驗(yàn)點(diǎn)以換填地基承載力特征值、變形模量、基準(zhǔn)基床系數(shù)，反力采用混凝土配重塊提供，采用圓形承壓板。

本次載荷試驗(yàn)1號(hào)、3號(hào)點(diǎn)最大荷載2 400 kPa，2號(hào)點(diǎn)最大荷載2 000 kPa，累計(jì)沉降量9.21 mm～13.38 mm，均達(dá)到了極限狀態(tài)；當(dāng)2號(hào)點(diǎn)加載到1 400 kPa，1號(hào)、3號(hào)兩點(diǎn)加載至1 440 kPa時(shí)，曲線出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)。

依據(jù)《工程地質(zhì)手冊(cè)》(第5版)計(jì)算變形模量及基床系數(shù)，載荷試驗(yàn)成果表見(jiàn)表3。

表3 平板載荷試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)青海西寧電廠濕陷性黃土場(chǎng)地的換填墊層地基處理進(jìn)行原體試驗(yàn)，驗(yàn)證了地基處理方案的效果和施工工藝，研究結(jié)果表明：

1)采用天然級(jí)配的砂卵石對(duì)基底下全部黃土層進(jìn)行換填處理的方案可以作為本工程的地基處理方案。

2)本試驗(yàn)采用A料源區(qū)天然級(jí)配砂卵石，材料各項(xiàng)參數(shù)均滿足規(guī)范要求。

3)天然級(jí)配砂卵石的單層虛鋪厚度400 mm時(shí)，本次試驗(yàn)使用設(shè)備最優(yōu)振動(dòng)碾壓遍數(shù)為10遍。

4)本試驗(yàn)換填材料的最大干密度ρdmax為2.46 g/cm3，最優(yōu)含水率wopt為4.61%，壓實(shí)系數(shù)不小于0.97。

5)處理后地基承載力特征值建議按600 kPa考慮，變形模量80 MPa，基床系數(shù)為4.58×105kN/m3。