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文檔簡介
淺層軟土地基處理技術(shù)及應(yīng)用摘要:軟土是指在濱海、湖沼、谷地、河灘等區(qū)域近代沉積的天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低的細(xì)粒土。軟土地基由于其低抗剪強(qiáng)度、高壓縮性和弱透水性,工程力學(xué)性質(zhì)很差,直接影響工程的穩(wěn)定性和耐久性。軟土地基若處理不當(dāng),會(huì)嚴(yán)重影響工程質(zhì)量和使用功能,甚至造成工程事故。軟土地基是公路建設(shè)的重要組成部分,其工程設(shè)計(jì)、施工涉及到的技術(shù)難題十分廣泛,尤其是在地形復(fù)雜、地質(zhì)地貌特殊的地段。隨著現(xiàn)代工程技術(shù)的進(jìn)步和不斷發(fā)展,許多軟土地基處理方法應(yīng)運(yùn)而升。文章結(jié)合工程實(shí)例,就淺層軟土地基的設(shè)計(jì)與施工處理方法進(jìn)行探討。關(guān)鍵詞:軟土 軟土地基 軟基處理方法1.前言各種性質(zhì)的土是建筑物最常遇見的地基,人們不僅要選擇地質(zhì)條件良好的地基,在許多的情況下,也不得不被迫在土質(zhì)不良的軟弱地基地區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)。近二十年來,在公路建設(shè)中,對(duì)淺層軟土地基處理問題已成為影響工程造價(jià)和道路使用質(zhì)量的突出矛盾之一。解決這一問題的關(guān)鍵是在正確認(rèn)識(shí)軟土地基的性質(zhì)與危害性基礎(chǔ)上,借鑒已有成果和資料。結(jié)合工程現(xiàn)場實(shí)際,合理選擇一種或幾種組合的處理方法,使處理后的路基滿足建設(shè)工程各項(xiàng)要求,我國已建成或擬建的高等級(jí)公路中,有數(shù)十條高等級(jí)公路不同程度,長短不一的修建在軟土或軟土地基上。不同地區(qū)軟土性質(zhì)有較大差別,因而選用的處理方法也是因地而異。目前,有的方法簡單易行,便于操作且實(shí)用性強(qiáng),能夠很快的滿足工程要求,這已在工程實(shí)踐中得到證實(shí)。2.軟土地基綜述2.1概念1.軟土軟土是指濱海、湖沼、谷地、河灘沉積的天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低的細(xì)粒土。具有天然含水量高、天然孔隙比大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低、固結(jié)系數(shù)小、固結(jié)時(shí)間長、靈敏度高、擾動(dòng)性大、透水性差、土層層狀分布復(fù)雜、各層之間物理力學(xué)性質(zhì)相差較大等特點(diǎn)。2.軟土地基我國公路行業(yè)規(guī)范對(duì)軟土地基未作定義。日本高等級(jí)公路設(shè)計(jì)規(guī)范將其定義為:主要由粘土和粉土等細(xì)微顆粒含量多的松軟土、孔隙大的有機(jī)質(zhì)土、泥炭以及松散砂等土層構(gòu)成。地下水位高,其上的填方及構(gòu)造物穩(wěn)定性差且發(fā)生沉降的地基。日本規(guī)范還對(duì)軟土地基做了分類,提出了類型概略判斷標(biāo)準(zhǔn)。在給出軟土地基定義時(shí)指出:軟土地基不能簡單地只按地基條件確定,因填方形狀及施工狀況而異,有必要在充分研究填方及構(gòu)造物的種類、形式、規(guī)模、地基特性的基礎(chǔ)上,判斷是否應(yīng)按軟土地基處理。2.2軟土的類型及特征1.分類我國沿海地區(qū)、內(nèi)陸平原以及山區(qū)溝谷等廣泛分布有各種成因的軟土,因此工程建設(shè)中按地域地質(zhì)特點(diǎn)將軟土分為五個(gè)類型,分別為濱海沉積、湖泊沉積、河灘沉積、谷地沉積和沼澤沉積五大類。2.特征、濱海沉積(沿海地區(qū))濱海相:面積廣,厚度大,常夾有砂層,極疏松,透水性較強(qiáng),易于壓縮固結(jié)。三角洲相:分選性差,結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,粉沙薄層多,有交錯(cuò)層理,不規(guī)則尖滅層及透鏡體。瀉湖相:顆粒極細(xì),孔隙比大,強(qiáng)度低,常夾有薄層泥炭。溺谷相:顆粒極細(xì),孔隙比大,結(jié)構(gòu)疏松,含水量高,分布范圍較窄。、湖泊沉積湖相:粉土顆粒占主要成分,層理均勻清晰,泥炭曾多是透鏡體狀,但分布不多,表層多有小于5m的硬殼。多分布于洞庭湖、太湖、鄱陽湖、洪澤湖周圍。、河灘沉積河床相:成層情況不均勻,以淤泥及軟粘土為主。廣泛分布于長江中下游、珠江下游及河口、淮河平原、松遼平原。、谷地沉積谷地相:呈片狀、帶狀分布,靠山淺、谷中心深,谷底有較大的橫向坡,顆粒由山前到谷中心逐漸變細(xì)。多分布于西南、南方山區(qū)或丘陵區(qū)。2.3工程性質(zhì)1.軟土的成因類型及結(jié)構(gòu)、類型 海相沉積 陸相沉積、結(jié)構(gòu) 細(xì)胞狀結(jié)構(gòu) 絮狀結(jié)構(gòu) 非勻質(zhì)細(xì)胞狀結(jié)構(gòu)2.物理力學(xué)特征由于軟土的生成環(huán)境及軟土力粒度、礦物組成和結(jié)構(gòu)特征,結(jié)構(gòu)性顯著且處于形成初期,故具有以下物理力學(xué)特征: 高含水量和高孔隙性:軟土的天然含水量總是大于液限。據(jù)統(tǒng)計(jì):軟土的的天然含水量一般為50%70%,山區(qū)軟土有時(shí)高達(dá)200%。天然含水量隨液限的增大成正比增加。天然孔隙比在12之間,最大達(dá)34。其飽和度一般大于95%,因而天然含水量與其天然孔隙比呈直線變化關(guān)系。 滲透性:軟土的滲透系數(shù)一般在i10-4si10-8s之間,而大部分濱海相和三角洲相軟土地區(qū),由于改土層中夾有數(shù)量不等的薄層或極薄層粉、細(xì)沙、粉土等,故在水平方向的滲透性較垂直方向要大的多。由于軟土滲透系數(shù)小,含水量大且呈飽和狀態(tài),這不但延緩其土體的固結(jié)過程,而且在加荷初期,常易出現(xiàn)較高的孔隙水壓力,對(duì)地基強(qiáng)度有顯著影響。 壓縮性高:軟土屬高壓縮性土,其壓縮系數(shù)一般為0.71.5 MPa-1,最高達(dá)4.5 MPa,它隨著土的液限和天然含水量的增大而增高。由于該類土具有上述高含水量、低滲透性及高壓縮性等特性,因此,就其土質(zhì)本身的因素還有上部結(jié)構(gòu)的荷重、基礎(chǔ)面積和形狀、加荷速度、施工條件等因素而言,軟土在建筑荷載作用下的變形有如下特征:a、變形大而不均勻。在相同建筑荷載及其分布面積于形成條件下,軟土地基的變形量比一般粘性土地基要大幾倍甚至十幾倍。因此,上部荷重的差異和復(fù)雜的體型都會(huì)引起嚴(yán)重的差異沉降和傾斜。b、變形穩(wěn)定時(shí)間長。因軟土的滲透性很弱,水分不易排出,故使建筑物沉降穩(wěn)定歷時(shí)較長。 抗剪強(qiáng)度低:軟土的抗剪強(qiáng)度小且與加荷速度及排水固結(jié)條件密切相關(guān)。不排水三軸快剪所得的抗剪強(qiáng)度很小,且與其側(cè)壓力大小無關(guān),即其內(nèi)摩擦角為0,其內(nèi)聚力一般都小于20KPa;直剪快剪內(nèi)摩擦角一般為25,內(nèi)聚力一般為1015 KPa;排水條件下的抗剪強(qiáng)度隨固結(jié)程度的增加而增大,固結(jié)快剪的內(nèi)摩擦角可達(dá)812,內(nèi)聚力為20KPa左右。這是因?yàn)橥馏w在受荷時(shí),其中孔隙水在充分排出的條件下,使土體得到正常壓密,從而逐步提高其強(qiáng)度。因此,要提高軟土地基的強(qiáng)度,必須控制施工和使用時(shí)的加荷速度,特別是在開始階段加荷不能過大,以便每增加一級(jí)荷重與土體在新的受荷條件下強(qiáng)度的提高相適應(yīng)。如果相反,則土中水分將來不及排出,土體強(qiáng)度不但來不及得到提高,反而會(huì)由于土中孔隙水壓力的急劇增大,有效應(yīng)力降低,而產(chǎn)生土體的擠出破壞。 較顯著的觸變性和蠕變性:由于軟土的結(jié)構(gòu)性在其強(qiáng)度的形成中占據(jù)相當(dāng)重要的地位,則觸變性也是軟土的一個(gè)突出性質(zhì)。如果將某一經(jīng)過擾動(dòng)的軟粘土,在不改變含水量的條件下,制成多個(gè)試樣,靜置一段時(shí)間后在逐個(gè)進(jìn)行無側(cè)限壓力試驗(yàn),將發(fā)現(xiàn)土樣靜置的時(shí)間愈長,抗壓強(qiáng)度增加愈多。軟土這種因受擾動(dòng)而強(qiáng)度削弱,因靜置而又強(qiáng)度增長的特性,是它觸變性的另一種表現(xiàn)。軟土的蠕變性是比較明顯的,表現(xiàn)在長期恒定應(yīng)力作用下,軟土將產(chǎn)生緩慢的剪切變形,并導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度衰減;在固結(jié)沉降完成后,軟土還可能產(chǎn)生可觀的次固結(jié)沉降。2.1我國主要分布地區(qū)軟土地基的工程特性、沿海地區(qū)軟土地基的工程特性:我國沿海地區(qū)軟土的成因,基本上相似湛江地區(qū)的 淤泥質(zhì)粘土除外,經(jīng)研究可將其分為淤泥、淤泥質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)亞粘土和淤泥混沙四類。、珠江三角洲地區(qū)軟土地基的工程特性珠江三角洲地區(qū)為典型的平原地貌,其間偶有個(gè)別殘丘。地勢(shì)平坦開闊 ,河渠縱橫交錯(cuò),水網(wǎng)密布,大小河流蜿蜒曲折,河水受潮水頂托明顯。在河流沖積和海潮進(jìn)退的共同作用下,該區(qū)廣泛沉積了厚層的海陸交互相軟土。該區(qū)軟土層一般夾有薄層粉細(xì)砂層,砂層厚薄不一樣,層次有多有少,具有一定的水平層理。該區(qū)一般分布于地表硬殼層之下的多為淤泥和淤泥質(zhì)土。大部分地區(qū)分布一層軟土,局部地區(qū)有分布兩層軟土,其下臥層多為砂層,少數(shù)為粘土層。軟土層平均厚度46m,局部厚達(dá)15m,基底為第三系紅色巖系軟巖質(zhì)。軟土的主要礦物為高嶺土和伊利石,高嶺土和伊利石礦物多呈片狀,具有較強(qiáng)的親水性和表面活動(dòng)性,沉積時(shí)多為片堆組,因而沉積為絮狀結(jié)構(gòu)。珠江三角洲軟土一般具有下列工程特性(各項(xiàng)指標(biāo)均取自佛開高速公路軟土資料統(tǒng)計(jì)): 較高的含水量。淤泥質(zhì)土的天然含水量平均值為48,淤泥的天然含水量平均值為76,少數(shù)在100以上。因此其土體一般均為流塑狀。天然孔隙比大。淤泥質(zhì)土的天然孔隙比為1.25,淤泥天然孔隙比為1.80,少數(shù)大于2.0。壓縮性高。軟土的天然孔隙比與其壓縮性成正比,天然孔隙比大,其壓縮性必然就高。凝聚力小。淤泥快剪凝聚力平均值為9.1MPa,淤泥質(zhì)土快剪凝聚力平均值為12.4 MPa,因此土體剪切應(yīng)變能力差。施工中經(jīng)常遇到路迪填到一定高度出現(xiàn)滑塌,造成路堤失溫。固結(jié)系數(shù)小。固結(jié)系數(shù)一般在4.010-32s左右,這樣土體完成固結(jié)沉降所需時(shí)間必然較長,對(duì)施工工期影響較大。、韓江三角洲地區(qū)軟土地基的工程特性:韓江是我國東南沿海一條重要河流,全長470km,流域面積30112km2。自梅江源頭至東溪口,落差達(dá)920m,年平均含砂0.229Kg/m3,是一條水量充足、含砂多的河流。韓江三角洲是韓江攜帶泥砂在其下游沉積而成,總面積899.6 km2,約占廣東省平原面積的2.1%。韓江三角洲平原地勢(shì)平坦,零星分布有大小不一的島丘。從上游到下游的地勢(shì)變化是上、下游平原高程較大。韓江三角洲是我國六大三角洲之一,也是我國一個(gè)重要經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū),著名的經(jīng)濟(jì)特區(qū)汕頭即位于其中。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,韓江三角洲地區(qū)的公路,尤其是高速公路建設(shè)發(fā)展迅猛,目前已建、在建的高等級(jí)公路有河灣大橋及其引道汕汾高速公路、汕汾高速公路及汕梅高速公路和汕頭外環(huán)高速公路,這幾條高等級(jí)公路都不同程度地穿越韓江三角洲地區(qū)。因此。了解韓江三角洲的軟土特征有其重要的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)作用。根據(jù)汕汾高速公路勘察設(shè)計(jì)資料分析,簡要介紹汕汾高速公路路線走向中的軟土性質(zhì)。(路線區(qū)內(nèi)普遍分布有一至兩層軟土,詳細(xì)勘察后分析,其性質(zhì)有如下幾點(diǎn))孔隙比大,含水量高。軟土含水量在62.666.2之間,孔隙比在1.7021.812之間,含水量和孔隙比離散性小。該軟土結(jié)構(gòu)呈需絮狀,這就決定了軟土含水量大,同時(shí)也決定了該軟土有較大的沉降量。該軟土壓縮性大。其壓縮系數(shù)在1.862.01Mpa-1之間,因此該軟土為高壓縮性土。滲透系數(shù)小。該軟土的滲透系數(shù)為(1.582.34)10-7,如此小的滲透系數(shù),土中的水必然排除困難。因此路基加載初期,由于軟土中水不易排除,必將使地基的孔隙水壓力增大,造成地基強(qiáng)度降低。凝聚力小。該軟土天然快剪凝聚力在10.613.2kpa之間,在加載后,很容易破壞土的凝聚力。因此在路基施工時(shí)要嚴(yán)格控制填土高度和填筑速度。承載力低。根據(jù)軟土的物理性指標(biāo),查的該軟土的承載力僅在3050Kpa之間,因此地基的承載力較低。 3、合理選用地基土的物理力學(xué)指標(biāo)在工程設(shè)計(jì)中,合理選用地基土的物理力學(xué)指標(biāo)和探討滿意的計(jì)算方法比較重要,室內(nèi)試驗(yàn)和原位測試求得的指標(biāo)往往有一定的離散性,總結(jié)地區(qū)性經(jīng)驗(yàn),是解決實(shí)際問題的有效途徑,即通常說的“工程師的經(jīng)驗(yàn)不可取代”。此外,用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法處理的土工指標(biāo)的離散性,求取能代表土層性質(zhì)的物理力學(xué)指標(biāo)的方法也應(yīng)用日廣,為土木工程向可靠性設(shè)計(jì)方向發(fā)展奠定基礎(chǔ)。為使提供計(jì)算的指標(biāo)能反映工程實(shí)際,首先要研究指標(biāo)的離散性,造成離散性的主要原因是: 土質(zhì)不均勻:各種成因類型的粘土,在地質(zhì)歷史上有不同的生成環(huán)境,生成后又經(jīng)受自然營利的再造作用,使土層在水平和垂直方向都有復(fù)雜的構(gòu)造,如成層或厚或薄,土?;虼只蚣?xì),存在交錯(cuò)層、尖滅層甚至包裹體,因而土質(zhì)不均勻。于是,如何劃分地層單元成為十分重要的因素,必須掌握準(zhǔn)確充分的勘測資料并采用點(diǎn)、面結(jié)合的方法對(duì)資料作全面分析,方能對(duì)建筑場地和地基土質(zhì)有所了解,以利劃分地層并進(jìn)一步采取處理措施。 試樣受不同程度的擾動(dòng):在鉆探、取樣、運(yùn)輸、保存各環(huán)節(jié),土樣都會(huì)受不同程度的擾動(dòng),引起原始結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)變化,技術(shù)和設(shè)備對(duì)這種變化程度起著控制作用。 試驗(yàn)誤差:測試儀器、環(huán)境、技術(shù)、習(xí)慣都會(huì)造成誤差,如能嚴(yán)格按試 驗(yàn)操作規(guī)程操作,可以減少這類誤差,把這類誤差分為系統(tǒng)誤差、偶然誤差和過失誤差,以利于我們對(duì)指標(biāo)離散性作分析、判斷。根據(jù)上述原因分析,過去常用的平均值法或考慮各層土厚度的加權(quán)平均值法,把地基視為具有平均性質(zhì)的平均材料,即一種“確定性”的方法,是不能滿足設(shè)計(jì)要求的。此外,還有一些無法消除的、尚不為人知的隨機(jī)因素,使土的物理力學(xué)指標(biāo)的離散性進(jìn)一步作數(shù)學(xué)處理,如變異系數(shù)作為表示指標(biāo)離散性的特征數(shù)據(jù),是土的指標(biāo)為離散和自然
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