胡世沖

(江西洪都建筑工程有限公司，南昌 330038)

1 軟基處理基礎(chǔ)性研究

1.1 軟基特征

軟土地基是粒徑小的顆粒狀土的集合體，整體的含水量高，空隙較大，在力學(xué)性能方面表現(xiàn)為抗剪強(qiáng)度低，土層在承受高壓強(qiáng)壓的情況下極易壓縮，在土層面產(chǎn)生較大的變形。在高溫情況經(jīng)過(guò)暴曬的軟地基土層由于含水量高土壤水分快速蒸發(fā)，土層空隙增多，土體疏松，這一特征給水利施工帶來(lái)相當(dāng)大的難度。具體來(lái)說(shuō)軟土地基通常具有以下特點(diǎn)：

1)整體強(qiáng)度低:軟土地基大多由處于軟塑或者流塑狀態(tài)下的黏性土構(gòu)成。黏性土含水量大，較為疏松，整體強(qiáng)度低，導(dǎo)致無(wú)法負(fù)荷工程壓力，易造成崩裂和塌陷等工程問(wèn)題。

2)透水性差:軟土地基土體中結(jié)合水量較自由水量多，在一般情況下水力梯度較小時(shí)只有自由水滲出，所以透水性較差。在施工過(guò)程中土體中有大量水分以結(jié)合水的形式賦存在土體中，影響水利施工工程的整體質(zhì)量。

3)壓縮性高:軟土均屬于高壓縮性土，一方面軟土的含水量高，另一方面軟土的空隙多，對(duì)土體施加強(qiáng)荷載作用土體極易壓縮。在水利工程施工中，隨著工程進(jìn)度的推進(jìn)地基承受荷載量加大，工程風(fēng)險(xiǎn)增大，極易造成軟地基塌陷，給工程帶來(lái)巨大損失。

4)沉降速度快:由于軟土地基的高壓縮性，在土體縱向的表征是沉降大且速度快。因此，隨著水利施工作業(yè)的進(jìn)行軟土地基上覆荷載的增大沉降速度會(huì)進(jìn)一步加快，極度影響施工工程上覆構(gòu)筑物的穩(wěn)定性。

5)不均勻性:軟基的構(gòu)成成分往往多樣化，通常是由不同土質(zhì)的土體構(gòu)成，不同土質(zhì)其強(qiáng)度和硬度有很大的差別。因此，在水利施工過(guò)程中，軟基易發(fā)生不均勻沉降，進(jìn)而引起施工建筑物的塌陷。

1.2 軟基處理工作流程

1)施工環(huán)境的勘測(cè)。

施工環(huán)境是水利施工的基礎(chǔ)背景，不同的施工環(huán)境對(duì)應(yīng)不同的施工條件，為了提高施工的速度同時(shí)保證施工的質(zhì)量，應(yīng)對(duì)施工進(jìn)行合理規(guī)劃，以趨利避害。例如，旋噴法在高有機(jī)質(zhì)軟土地基上的應(yīng)用并沒(méi)有顯著的加固效果，若在有機(jī)質(zhì)含量高的土層使用旋噴法，就會(huì)給工程帶來(lái)巨大損失。在水利工程軟地基的實(shí)際施工前，應(yīng)做好地質(zhì)條件的勘測(cè)，掌握地基處理的范圍以及目標(biāo)。

2)施工條件的確定。

施工單位應(yīng)掌握軟基處理的施工方法，并對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)水平有準(zhǔn)確的定位評(píng)估，以現(xiàn)有的施工條件為依據(jù)做以往工程的類比分析。

3)擬定可行方案。

根據(jù)施工環(huán)境和施工條件初步選出幾種可行方案，在這幾個(gè)可行方案中再進(jìn)行綜合考慮擬定一個(gè)合理方案。

4)地基施工和檢測(cè)。

對(duì)軟地基進(jìn)行施工，施工后對(duì)軟地基進(jìn)行檢測(cè)、檢測(cè)和反分析確定工程是否符合要求，若不符合要求，則需要進(jìn)行對(duì)之前的工序進(jìn)行調(diào)整直至工程合格。詳細(xì)流程見(jiàn)圖1。

圖1 軟基處理工作流程

2 水利施工中軟地基處理技術(shù)應(yīng)用方法

2.1 換土法

換土法是將原軟基中的軟土層開(kāi)挖后用強(qiáng)度較大的填埋層進(jìn)行替代的一種方法。這一方法適合軟土層厚度在0.5-3m的情況，若墊層太厚會(huì)加大施工成本，墊層太薄對(duì)于施工后的土層強(qiáng)度增加效果不顯著。一般采用的墊層有砂墊層、碎石墊層、灰土墊層等，這些材料強(qiáng)度較高、性能穩(wěn)定且無(wú)侵蝕性，能夠保證換土后的地基達(dá)到工程標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于不同的墊層，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)結(jié)果分析得到的應(yīng)力分布情況較接近，沉降特點(diǎn)也是基本相似，所以在進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候可以按照砂墊層的計(jì)算方法來(lái)進(jìn)行確定。需要特別注意的是當(dāng)處理特殊土采用換土法處理時(shí)，在設(shè)計(jì)中要因所需解決的問(wèn)題不同而要經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)，例如對(duì)于季節(jié)性凍土采用換土法主要目的是解決凍脹性，在施工設(shè)計(jì)中應(yīng)著重考慮凍脹問(wèn)題。常用墊層的選材如表1所示。

表1 常見(jiàn)墊層的選材表

2.2 排水固結(jié)法

排水固結(jié)法主要有兩種形式：①對(duì)于含水量較小的軟地基，對(duì)地基進(jìn)行預(yù)熱使得土層通過(guò)加速蒸發(fā)的方式排除水分，提高地基的強(qiáng)度。②在軟地基土層排設(shè)排水管道，通過(guò)對(duì)上層土層加壓將土層中的水分排入排水管道，進(jìn)而排出地基，降低土層的含水量，增強(qiáng)地基的穩(wěn)定性。排水固結(jié)法的應(yīng)用關(guān)鍵點(diǎn)在于加壓和排水兩個(gè)程序的結(jié)合使用。加壓可以采用軟土預(yù)壓，通過(guò)預(yù)壓地基提高土層的承載力和強(qiáng)度，在水利施工中，對(duì)軟基預(yù)壓所施加的壓力應(yīng)等于或大于公路的承載力。目前應(yīng)用較為廣泛的是真空預(yù)壓排水法。具體分類施工情況如表2所示。

表2 排水固結(jié)法分類施工情況表

2.3 深層水泥攪拌技術(shù)

深層水泥攪拌技術(shù)是將固化劑用特殊機(jī)械注入軟基中，后將固化劑和軟土進(jìn)行強(qiáng)制攪拌使得軟土的強(qiáng)度得到提高的一種技術(shù)。一般情況的固化劑是以水泥為主要的材料，隨著攪拌的次數(shù)的增加，軟土和固化劑結(jié)合的越均勻，水泥土的強(qiáng)度也逐漸提高。但是，時(shí)間的控制會(huì)關(guān)系到工程的成本，所以施工前需要進(jìn)行試樁試驗(yàn)，試樁試驗(yàn)在每一標(biāo)段所選試驗(yàn)樁應(yīng)大于7根，試驗(yàn)7d后開(kāi)挖得到試樁或是14d后取試樁芯進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，以及在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行輕型動(dòng)力觸探試驗(yàn)得到攪拌樁與樁土間的承載力，以此為依據(jù)判斷設(shè)計(jì)水泥樁是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。具體的施工流程如圖2所示。

圖2 深層水泥攪拌技術(shù)施工流程圖

2.4 化學(xué)固結(jié)法

添加劑法是將化學(xué)試劑添加到軟土土體中，以通過(guò)改變土壤結(jié)構(gòu)增強(qiáng)軟土的輕度和承載力的效果。其次，化學(xué)添加劑的混入因發(fā)生的一系列化學(xué)反應(yīng)改變了軟土的性質(zhì)，增強(qiáng)軟地基的堅(jiān)固性和穩(wěn)定性。較為常用的化學(xué)試劑為氯化鈣與水玻璃溶劑。

3 強(qiáng)排水與動(dòng)力固結(jié)法進(jìn)行軟基處理實(shí)現(xiàn)方式

針對(duì)軟基處理技術(shù)中的強(qiáng)排水與動(dòng)力固結(jié)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)流程的論述。

3.1 強(qiáng)排水與動(dòng)力固結(jié)強(qiáng)夯施工實(shí)施流程

根據(jù)圖3強(qiáng)排水與動(dòng)力固結(jié)強(qiáng)夯施工工藝流程示意圖，施工具有以下過(guò)程：

1)準(zhǔn)備階段：

施工機(jī)具的準(zhǔn)備：降水設(shè)備和強(qiáng)夯設(shè)備。

施工人員的準(zhǔn)備：施工人員的培訓(xùn)和施工人員的組織。

施工現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備：平整場(chǎng)地、測(cè)量防線、施工組織設(shè)計(jì)、施工總平面圖和進(jìn)度計(jì)劃。

2)施工階段：

排水和夯擊交錯(cuò)進(jìn)行，往復(fù)三次進(jìn)行結(jié)果檢測(cè)。

3)檢測(cè)階段：

施工結(jié)束后，去相應(yīng)的試樣或者進(jìn)行小規(guī)模的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)施工結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)。一般檢測(cè)的項(xiàng)目表面沉降、空隙水壓力、分層沉降、室內(nèi)土工試驗(yàn)對(duì)比和堆載預(yù)壓區(qū)沉降等，一般所使用的檢測(cè)方法為砂墊層試驗(yàn)檢測(cè)法、厚度檢測(cè)法和寬度檢測(cè)法等。

圖3 強(qiáng)排水與動(dòng)力固結(jié)強(qiáng)夯施工工藝流程圖

3.2 工程實(shí)例

京唐港為唐山港的一個(gè)港區(qū)，位于渤海灣的北岸，東南方向距離唐山市80km，向東距離秦皇島有64海里，向西距天津新港有70海里。該場(chǎng)地處地基松散、含水量較大，地質(zhì)條件自上而下依次為吹填土、吹填土前池抗表層、素土層、粉細(xì)砂和深層黏土五層。雖然初步擬定選用強(qiáng)夯法處理經(jīng)濟(jì)效益高，效果也較為良好。但是本工程所處的地基是粉砂和粉質(zhì)黏土且含水量極為豐富，更加適合采用強(qiáng)排水與動(dòng)力固結(jié)強(qiáng)夯法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工。工程設(shè)計(jì)劃分了5個(gè)地基處理區(qū)間，表3提供了地基處理的方式。

按照上文已經(jīng)介紹的強(qiáng)排水與動(dòng)力固結(jié)強(qiáng)夯法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工后，得到了強(qiáng)夯階段土的強(qiáng)度變化圖如圖4所示。

表3 地基處理的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和要求表

注：a、上述區(qū)域劃分是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)條件及形成的陸域條件劃分的,其中A、B區(qū)為堆取料機(jī)軌道梁區(qū)；C、D區(qū)為堆場(chǎng)區(qū)域；E區(qū)為輔建區(qū)域。b、吹填區(qū)域地基處理采用強(qiáng)排水與動(dòng)力固結(jié)，面積約為46萬(wàn)m2。

圖4 強(qiáng)夯階段土的強(qiáng)度變化圖

1)代表夯擊能與時(shí)間的關(guān)系。

2)代表體積變化與時(shí)間的關(guān)系。

3)代表孔隙水壓力與完全液化壓力之比隨時(shí)間的變化。

4)代表極限壓力與時(shí)間的關(guān)系。

5)代表液化及強(qiáng)度喪失過(guò)程。

6)代表孔隙水壓力消極及強(qiáng)度增長(zhǎng)過(guò)程。

7)代表觸動(dòng)的恢復(fù)過(guò)程。

通過(guò)圖4可以分析得出，使用強(qiáng)排水與動(dòng)力固結(jié)強(qiáng)夯法處理粉砂和粉質(zhì)黏土含量較多的軟基具有可靠的效果，減少了孔隙，增強(qiáng)了軟基的抗承載力，加大了強(qiáng)度，使得工程可以有保證的順利進(jìn)行。

4 結(jié) 論

在水利施工過(guò)程中對(duì)軟地基進(jìn)行處理十分重要，若處理不當(dāng)將會(huì)帶來(lái)極深遠(yuǎn)的負(fù)面影響。因此，文章通過(guò)對(duì)軟地基的特性分析，梳理軟基處理的決策流程同時(shí)對(duì)強(qiáng)排水與動(dòng)力固結(jié)強(qiáng)夯法的實(shí)施流程進(jìn)行了較為詳細(xì)的描述。

通過(guò)強(qiáng)夯階段土的強(qiáng)度變化圖的展示簡(jiǎn)略分析了工程效果，得到強(qiáng)排水與動(dòng)力固結(jié)強(qiáng)夯法對(duì)處理粉砂和粉質(zhì)黏土含量較多的軟基具有可靠的效果的結(jié)論。文章給工程施工提出可靠參考內(nèi)容，以期軟地基處理技術(shù)在應(yīng)用中起到更好的加固效果，保證水利工程施工的順利進(jìn)行，提高水利工程的整體質(zhì)量。

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