軟土地基處理工藝研究

1、軟土地基處理工藝研究摘要:概述了國內(nèi)外在軟基處理工藝方面的發(fā)展過程和最新進展。通過查閱、分析大量國內(nèi)外資料,總結(jié)了不同軟基處理方法對淤泥質(zhì)土、人工填土、黏性土、濕陷性黃土等不同土質(zhì)的軟基礎(chǔ)的適用性。關(guān)鍵詞:軟土地基;處理工藝;土質(zhì);適用性A Study on Soft Soil Treatment ProcessAbstract:First of all summed up in the soft ground treatment processes at home and abroad in the development process and the latest development

2、s. Through inspection, analysis of large quantities of information at home and abroad, summed up the different treatments on soft ground muddy soil, artificial fill, clay, loess soil of soft foundation different applicability.Keywords:soft soil;processing technology;soil quality;fitness前言軟土地基加固工程是當前

3、許多工程建設(shè)中都會遇到的問題。經(jīng)過幾十年的不斷發(fā)展,軟土地基處理的方法已有多種,并且新方法、新材料、新工藝還在不斷涌現(xiàn)。對一個具體工程來說,如何選用合適的地基處理方法就成了大家關(guān)注的問題。1 國內(nèi)軟基處理方法目前, 國內(nèi)常見的軟土地基處理方法各種各樣,包括以下幾種:排水固結(jié)法、注漿加固法、加筋法、置換法、擠密法以及強夯法等1。另外還有一些不常見的方法如熱加固法、凍結(jié)法、爆破法等。1.1 排水固結(jié)法在我國沿海地區(qū)和內(nèi)陸谷地分布著大量的軟基,其特點為含水量大、壓縮型高、透水性差和強度低,而排水固結(jié)法則是一種有效的處理方法。排水固結(jié)法是指在地基中打入沙井或塑料排水板,然后在上部采用堆載預(yù)壓或真空預(yù)壓

4、,使黏土中的水排出,從而提高土質(zhì)的固結(jié)度及地基承載力。根據(jù)排水和加壓系統(tǒng)的不同排水固結(jié)法具體又可分為:堆載法、砂井法、袋裝砂井法、電滲法、超載預(yù)壓法、真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法及真空預(yù)壓法等。堆載預(yù)壓法在塑料排水板與其結(jié)合共同處理地基后,由于施工簡單、工效高、費用省、對土層的擾動小、適應(yīng)地基變形的性能好等優(yōu)點在我國發(fā)展很快,特別在青島前灣港的地基處理中得到廣泛的應(yīng)用。該方法根據(jù)土質(zhì)情況分為單級加荷和多極加荷。真空預(yù)壓法是將不透氣的薄膜鋪設(shè)在需要加固的軟基表面的砂墊層上,借助射流泵和埋設(shè)在墊層中的管道,將膜下土體間的空氣抽出,形成真空,使土體排水而壓密,從而可以在短時間內(nèi)達到地基強度的設(shè)計要求。排水固結(jié)

5、法通常適用于處理厚度較大的飽和軟土和沖填土地基,對于厚的泥炭層則要慎重對待。1.2 注漿加固法所謂注漿就是用壓送設(shè)備將具有沖填和膠結(jié)性能的漿液材料注入地層中土顆粒的間隙、土層的界面或巖層的裂隙內(nèi),使其擴散、膠凝或固化,以增強地層強度、降低地層滲透性、防止地層變形和進行托換技術(shù)的地基處理技術(shù)。按灌漿機理的不同,可分為以下幾類:1滲入型注漿漿液滲入軟土的孔隙或裂縫之中,與軟土一起固結(jié)為一整體,而地基土層結(jié)構(gòu)基本不受擾動和破壞。該方法適用于存在孔隙或裂縫的地基土層。2劈裂灌漿在較高的灌漿壓力作用下,漿液將克服地基中的初始應(yīng)力和土體抗拉強度,使土體沿垂直于主應(yīng)力的平面或在土體強度最弱的平面上發(fā)生劈裂,

6、進而使?jié)B入型注漿法不可灌入的土體可順利實施,增大漿液擴散范圍,達到軟基處理目的。3壓密灌漿在地基中灌入較濃的漿液,漿液迫使注漿點附近土體壓密而形成漿泡。隨著漿泡的增大,灌漿壓力也增大,從而產(chǎn)生較大的上抬力。壓密灌漿是用濃漿液置換和擠密土體的過程。4電動化學(xué)灌漿在地基中插入金屬電極并通以直流電,借助電滲作用,將漿液注入土體中?；?qū){液注入電滲區(qū),通過電滲使?jié){液均勻擴散,以提高灌漿效果。注漿法適用于巖基、砂土、淤泥、淤泥質(zhì)黏土、粉土和一般人工填土層等地質(zhì)情況,適用范圍廣,加固效果顯著,但其成本較高。1.3 加筋法加筋法是指在地基土體中設(shè)置水平向筋體,通過土體與筋體間的摩擦作用,使筋體承受拉力,而筋

7、間土體則承受壓力及剪應(yīng)力,進而使加筋土中筋體和土體都能較好發(fā)揮自己的潛能,達到提高地基穩(wěn)定性、減小沉降目的的一種軟基處理方法2。加筋法使用的材料可分為典型不可伸長材料(如金屬、塑料條、格柵等和典型可伸長材料(如天然或合成纖維、土工織物布等二類,從處理方法上來又可分為加筋土、土錨、錨定板,土工合成材料,樹根樁等。加筋土是由多層水平加筋構(gòu)件與填土交替鋪設(shè)而成的復(fù)合體,構(gòu)件主要承受土體產(chǎn)生的側(cè)壓力,填土則借助于加筋構(gòu)件的約束而保持穩(wěn)定。加筋法由于要求土粒能夠提供較高的剪切阻力,故一般宜選用摩擦角35°,且粒徑大于0.08mm 的土粒不少于總量85%的土體作為加筋土。而黏性土由于其抗剪強度低

8、(尤其是不排水抗剪強度且不易排水,且其濕化對強度的損失極為敏感并會產(chǎn)生明顯的蠕變效應(yīng)以及土中的次生礦物易腐蝕金屬等,故不宜選用。1.4 置換法由于地域不同、歷史成因不同、地質(zhì)年代不同和上部荷載歷史不同等情況而造成淺埋土層呈現(xiàn)極其復(fù)雜的特性,如局部性、不均勻性等,因此置換法是行之有效的一種方法。置換法又稱換填法或換填土層法,是以優(yōu)質(zhì)土置換軟弱土或不良土,分層碾壓或夯實。該方法具體包括機械碾壓、重錘夯實、平板震動、強夯擠淤以及爆破等不同原理。通常在港口工程中常用的方法有換填砂墊層、土工織物墊層法、爆破排淤填石法、拋石擠淤等。機械碾壓法、重錘夯實法、平板震動法常用于淺層不大于3m 的軟基處理,對濕陷

9、性黃土地基大于5m 則不宜;強夯擠淤法適用于厚度較小的淤泥和淤泥質(zhì)地基;爆破法則適用于飽和凈砂、非飽和但經(jīng)灌水飽和的砂、粉土和濕陷性黃土地基。從目前看來,僅通過置換軟弱土來解決地基問題是不可能的,通常是結(jié)合其他方法如強夯法等使用3。1.5 擠密法擠密法是通過振密、擠密進行土質(zhì)改良,使土體密實,從而達到提高抗剪強度和減小壓縮性目的的一種方法。擠密法又可分為兩種情況:一種是不加填料;另一種是加填料如碎石樁擠密法等。從嚴格意義上說,碎石樁擠密法的作用原理是置換不良的地基土來達到處理的效果的,而不是通過碎石樁使地基擠密的。所以通常擠密法也是結(jié)合其他方法一起使用的。擠密法加固軟弱地基有其獨特的優(yōu)點如:

10、加固深度大且直接作用于軟弱土的部位,對不均勻天然地基適應(yīng)性強,施工機具簡單,不需水泥和鋼材等。該方法適用于可壓縮性土地基,如砂土、低飽和粉土和黏性土、濕陷性黃土、雜填土、素填土地基等。1.6 強夯法強夯法又稱動力固結(jié)法,是通過反復(fù)利用落錘產(chǎn)生的巨大夯擊能(一般為600kN·m 10000kN·m,在地基中產(chǎn)生沖擊波和動應(yīng)力,對地基土進行擠密,以達到減小土的壓縮性、提高土的強度、消除濕陷性黃土的濕陷性,從而提高砂土地基抗液化的能力的一種方法。主要適用于碎石土、砂土、粉土、黏性土、雜填土和素填土等地基,也可用來處理可液化砂土地基和濕陷性黃土地基。為了將強夯加固地基應(yīng)用于飽和黏性

11、土地基,發(fā)展了強夯置換法。其加固機理與強夯法不同,利用重錘高落差產(chǎn)生的高沖擊能將碎石、礦渣等物理力學(xué)性能較好的材料強力擠入地基,形成一個一個碎石墩。利用了地基中的碎石墩與墩間土形成碎石墩復(fù)合地基,提高地基承載力和減小沉降。由于強夯法在工程實踐中具有加固效果顯著、適用土類廣、設(shè)備簡單、施工方便、節(jié)省勞力、施工期短、節(jié)約材料、施工費用低等優(yōu)點,它在我國得到廣泛的應(yīng)用。以上只是軟土地基的幾種常用的加固方法?，F(xiàn)在新的加固方法層出不窮,如熱力學(xué)法、爆破法等,但任何一種方法都有它的特定適用范圍,決不可能應(yīng)對所有的情況。但是,若能聯(lián)合使用二種或二種以上的方法,那么很多比較棘手的地基問題就能迎刃而解了。如19

12、84 年為研究解決天津新港鋼鐵碼頭堆場地基加固問題47,曾在現(xiàn)場做了袋裝砂并真空排水預(yù)壓和碎石樁兩種方法的聯(lián)合加固試驗。試驗是成功的。試驗地點廣布近期吹填的海底淤泥,容許承載力不到40kPa,而設(shè)計要求至少100kPa。先用袋裝砂并真空排水預(yù)壓法將地基的承載力提到100kPa,再用碎石樁法使承載力翻一翻,最后達到200kPa,從而滿足了設(shè)計要求。2 國外軟基處理這里,只介紹日本和美國的軟基處理方法。日本國土約70%是山區(qū)丘陵,平原僅占30%,大城市大多在平原上,而城市周圍河流多,軟土地基處理多。由于日本建設(shè)速度快,建設(shè)規(guī)模大,在建設(shè)中碰到各種不同的地基處理問題,因此其地基處理方法的研究、開發(fā)、

13、鑒定、制定標準也發(fā)展很快。2.1 日本地基處理日本為一島國,其陸地資源十分有限,而日本的填海造陸工程也為其地基處理的發(fā)展提供了廣闊的空間。日本的常見地基處理方法有深層攪拌法、化學(xué)灌漿法、加筋土法、地基錨桿法、輕型填土法等。2.1.1 深層攪拌法深層攪拌法是利用水泥、石灰等材料作為固化劑的主劑,通過特制的深層攪拌機械,在地基深處就地將軟土和固化劑強制攪拌,利用固化劑和軟土間產(chǎn)生的一系列物理一化學(xué)反應(yīng),使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的處理方法。具體可分為機械攪拌式(包括稀漿系列和粉體系列和高壓噴射式(包括灌漿噴射系列、氣泡灌漿噴射系列和水氣泡灌漿噴射系列兩類。2.1.2 化學(xué)灌漿法化學(xué)

14、灌漿法是用氣壓、液壓或電化學(xué)原理,把某些能固化的漿液注入土顆粒中,以減小地基的透水性,提高地基強度的處理方法。根據(jù)使用地質(zhì)情況的不同施工方法可分為二重管濾網(wǎng)法(單一型、二重管濾網(wǎng)法(復(fù)合型、二重管雙填塞器法三種。2.1.3 加筋土法加筋土法其原理及工藝與我國基本相同,具體參照前文所述。2.1.4 地基錨桿法地基錨桿法的分類:1根據(jù)支承機構(gòu)可分為摩擦型錨桿、支壓型錨桿和復(fù)合型錨桿。2根據(jù)構(gòu)成錨桿的材料可分為水泥地層錨桿、機械錨桿(板、土等。3根據(jù)施工方式可分為地層加壓型錨桿、無壓型錨桿、管式加壓型錨桿、擴孔型錨桿與打入型錨桿。4根據(jù)使用時間可分為永久型錨桿、臨時型錨桿和去掉型錨桿。5根據(jù)固定方式

15、可分為USL 工法、高強螺栓法、SEEE 工法、迪維達克工法與弗萊西奈工法。2.1.5 輕型填土法自使用泡沫聚苯乙烯超輕質(zhì)填土材料以來,輕型填土工法在日本研究開發(fā)很快,使用輕型填土工法,能減輕軟土地基的荷載,從而改善地基條件。其具有的優(yōu)點:1使用輕型填土材料,填土荷載對地基影響小。2根據(jù)輕型材料、發(fā)生材料與膠凝材料的混合,可配置適合現(xiàn)場的密度、強度與控制條件要求的填土材料。3具有自承性與自硬性,從而減輕了墻壁的土壓力。4流動化處理土與輕型材料,混合成具有流動性的材料,對地基影響小,在壓實填土材料時,可加入回填材料。適用范圍:用來防止軟土地基填土而引起的下沉;用于構(gòu)筑物下的空洞充填;在滑坡區(qū)采用

16、此方法防止滑坡;用于檔土結(jié)構(gòu)中,減輕土對墻面的水平壓力;用來減輕埋入式結(jié)構(gòu)物的垂直壓力與防止不均勻沉陷;用來防止構(gòu)筑物連接部分的高低差;發(fā)生崩塌等災(zāi)害時,緊急使用此填土方法。目前,在日本使用較多的有泡沫聚苯乙烯填土法(簡稱EPS 法。2.1.6 日本地基處理開拓發(fā)展的主要方向1深水位下的地基處理;2開發(fā)大型紙板排水法;3承壓帶水層上的黏土處理方法;4防止液化的方法;5廢物埋入土中的地基處理方法;6地基處理方法的電腦化、自動化與無公害化。2.2 美國地基處理美國地基處理的方法很多,地基處理方法可分為:土穩(wěn)定性處理法、淺基礎(chǔ)處理法、深基礎(chǔ)處理法、灌漿法、土工織物法、粒狀土的現(xiàn)場加密法、黏性土的現(xiàn)場

17、加密法以及廢料處理的回填與護面方法等。2.2.1 土穩(wěn)定性處理法土穩(wěn)定性處理法具體包括無支撐開挖、有支撐開挖、永久性建筑墻、錨桿、加筋土、基礎(chǔ)托換等幾個方面。具體內(nèi)容與我國地基處理類似。2.2.2 灌漿法1懸液型灌漿懸液型灌漿是將固體顆粒(土、水泥、石灰、乳化瀝青等溶于水中形成懸液,將懸液注入地基的土顆粒中。以充滿土顆粒的空隙。2溶液型灌漿溶液型灌漿溶液包括:水溶液:包括硅酸鹽衍生物、其它礦物凝膠、木質(zhì)亞硫酸鹽衍生物、其它植物衍生物、聚丙烯酞胺、酚醛塑料、聚酞胺塑料和上述化合物的混合物。膠質(zhì)溶液包括有機溶液和礦物溶液。非水性溶液包括合成樹脂、硫化油、瀝青和其它加熱材料、溶劑類。浮濁液:包括瀝青

18、類和其它類等。與地基起反應(yīng)的制品:包括與地基或地下水起反應(yīng)的鹽和與地下水起反應(yīng)的制品。2.2.3 土工織物法土工織物是由合成材料制成的多孔織物,合成材料有聚丙烯、聚脂、聚乙烯、尼龍、聚氯乙烯、玻璃和其混合物。土工織物的厚度為10m300m,最寬為9m,最長達到610m,從粗礫到細石都可用土工織物作反濾材料。根據(jù)加工制造方法的不同,土工織物包括紡成型織物、非織型織物、格柵型織物和復(fù)合土工織物。土工織物主要有6 方面用途:隔離作用、加固作用、反濾作用、排水作用、防止雨水沖蝕作用以及作柔性模板。3 軟基處理方法優(yōu)化選擇在對方法了解后,在軟基處理方法的選擇上,應(yīng)考慮預(yù)期處理效果、材料來源和消耗、施工機

19、具和進度、對周圍環(huán)境影響和造價等因素。由于軟基處理方案的評價和選擇通常是個定性的過程,在可能選擇的方案中,選擇一種安全、技術(shù)可行、經(jīng)濟合理的方案付諸實施,而且在操作的過程中,更多是強調(diào)某些或某個因素(如經(jīng)濟效益,而沒有全面考察各種可能的因素。但是,軟基處理方案是否選擇得當,將會對工程的造價、工期和使用帶來很大的影響。這種影響可能是長久的,甚至無法補救。由于軟基處理要考慮的因素很多,如土質(zhì)組成、地質(zhì)往往帶有模糊性、隨機性和未知性的特點,如何才能更客觀地反映處理方案中盡可能多的因素屬性,更加合理地選擇和評價處理方案,就給我們提出了一各個領(lǐng)域,也運用到軟土地基處理的方法優(yōu)化選擇上來。目前,我國有些單位采用模糊分析方法和其他一些方法如層次分析法,通過建立評價模型然后經(jīng)過專家調(diào)查及工程類比給出了各考查因素的影響程度及評價結(jié)果,然后利用模糊數(shù)學(xué)的方法對各方案進行系統(tǒng)、全面的客觀評價,把難以辨別的復(fù)雜系統(tǒng)中的不確定因素轉(zhuǎn)變?yōu)榻y(tǒng)一的數(shù)學(xué)關(guān)系,進而方便地確定出使系統(tǒng)達到綜合最優(yōu)的地基處理方案8,9。目前確定的評價模型往往只是對幾種單純方法的對比選擇,還沒有將一些組合方法的使用加入模型之中,