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【摘 要】本文主要是介绍了软土地基的基本特征,物理和工程特性,进而分析了岩土工程中软土地基处理技术的应用,最后展望了软土地基的发展,希望能够对提高软土地基的质量有所帮助。
【关键词】岩土工程;软土地基;处理技术;应用
1、软土地基的基本特征
依据相关规范中给出的概念可知,所谓的软土具体就是指从软塑至流塑状态的一种饱和土层,其土质类型相对较多,大体上可归纳为以下几大类:淤泥、粉质粘土、泥炭、粉土等等,几乎所有軟土的天然含水量都超过30%。虽然软土在自然状态下能够保持稳定,但是当土体本身受到外界扰动时,它的结构便会遭到破坏,这样一来土体就会出现流动,其稳定性便会下降。软土的种类虽然相对相对较多,但是它们均具有以下工程特征:
(1)天然含水量相对较高,通常都大于液限,最高时甚至会超过200%;
(2)天然孔隙比大,一般都>1.0;
(3)饱和度均高于100%;
(4)容重较小,约为1.5-1.9kN/m?;
(5)渗透系数比较小,其范围大多数都在10-6~10-8cm/s,同时,自然沉降固结的速度非常缓慢,而且时间相对较长;
(6)粘粒含量高,塑性指数较大,约为13-15左右;
(7)强度指标较小,抗剪强度低,流动变形特性非常显著。
2、软土的物理和工程特性
2.1、含水量高。一般而言软土的含水量往往在34%一72%之间淤泥和淤泥质土的含水量多为50%一70%而泥炭的含水量则可达到200%以上均大于液限指数。软土的含水量与土的抗剪强度和压缩性有着直接的关系软土的天然含水量越高就意味着其地基承载力越低。
2.2、松软。软土的孔隙比通常在1.0-2.0之间泥炭土和个别淤泥的孔隙比甚至可以达到6.0以上。此外,软土在天然状态下的孔隙比一般会比同样状态下的的重塑土高出大概0.2-0.4。
2.3、压缩性高。天然软土的压缩系数与土的液限系数和天然含水量呈正相关,土的液限和天然含水量越大其压缩性越高。一般而言厌然软土的压缩系数在0.7-1之间最高时可以达到4.5。对于沿海滩徐等新近沉积的欠固结软土在重力作用下还会发生持续的固结沉降。
2.4、抗剪强度低。软土的抗剪强度跟荷载的施加速度以及排水固结条件有着紧密的关联。根据三轴不排水试验,可知软土的抗剪强度非常小并且和侧压力的大小值没有关联也就是说其内摩擦角趋近于零粘聚力往往小于20Kpa。直剪快剪内摩擦角通常小于50度粘聚力在10Kpa左右。在排水条件下的抗剪强度与其固结度成线性正相关关系周结快剪的内摩擦角最低可达到80度,最高不大于120度,其粘聚力通常为20Kpa左右。
2.5、渗透性小。软土的渗透系数一般比较小其渗透系数值一般在十的负七次方至十的负八次方之间。在荷载作用下软土固结的很慢滩以有效的提高其强度。此外如果软土中含有较多的有机物质河能产生气泡古据土中的孔隙空间降低其渗透性能。对于夹有数量不等的薄层粉砂、细砂、粉土荷软土其水平渗透系数要相对高一些远强于竖直方向的渗透能力。
2.6、具有触变性。触变性也是软土的一个比较显著的特征。所谓触变性是指软土的总体强度在接触荷载的作用下降低然后在长时期静置后又有所恢复的特征。尤其是对于海相软土来说厂旦受到振动搅拌等作用其絮状结构就会产生相当程度的破坏导致土的强度急剧下降层至出现流动现象。
2.7、具有流变性。软土的抗剪强度与其塑性指数呈相性相关塑性指数越大,其抗剪强度越小。通常而言软土的长期抗剪强度只有一般抗剪强度的40%一80%。即使是在孔隙水压力完全消除以后,软土还会持续发生着沉降量可观的次固结沉降。
3、实例分析
某地受河流长时间的冲积,成了漫滩,水系较为发达,沟塘渠道纵横交错,地面的标高比常年河流洪水位要低。上部地层平坦开阔,水平层理显著,而局部呈现出斜层理,表明该地有明显的沉积特征,土质以粘土居多,自下而上为淤泥质粉质粘土、粉质粘土。今要在此处开展一个岩土工程项目,必须提前做好地基处理工作。
3.1、软土地基处理技术
①置换法
该方法多用于土层较浅的软土地基,所谓替换,即用强度承载力较强的地基代替原来地基,首先需要清除固有的软土地基,再用一些高强度材料,如卵石、砂砾等,进行回填。该方法在提升地基承载力的同时,还实现了均匀沉降,有效避免了路面不平整的状况,至于回填厚度,通常会选择80cm.
②桩基加固法
该方法比较适用于厚淤土,因为厚淤土难以大面积展开处理,多会选择利用桩基进行加固。一般说来,当淤土的厚度小于5m时,可使用石灰桩,因为生石灰在水化时,会发生一定的反应,致使体积不断膨胀,对土壤形成挤压力,使得原土体的密实度有所增强。因其膨胀挤密原理和排水固结作用有很大的联系,实际中通常会遵循小桩径、布密桩的原则,如果桩径设计为300mm,则桩距通常不会超过1200mm。当淤土的厚度大于5m而小于10m时,则可使用灌注桩直至硬土层;如果淤土的厚度在10m以上,则悬浮桩比较合适,通过相关公式可计算出桩距、桩径、稳定安全系数等参数。
③排水固结法
该方法则多用于淤泥质土和软粘土等,具备良好的水稳定性,如果含水过多或者水位较高,极有可能形成软土地基,对其进行处理时则以排水法为先。开挖低于原来地下水位的水沟,借助砂、石等透水性较强的材料进行填埋,为取得良好的效果,尽量采用反漏层结构技术进行铺设。然后可开始塑料排水板的安装,排水板具有诸多优势,如良好的耐水性,较高的强度,能够保证顺畅地排水,需注意的是,安装过程中,排水板外层应尽量以无纺土工织物滤层进行包裹,可避免因流砂深入管内造成的堵塞。
3.2、粉喷桩复合加固技术 该工程施工现场以淤泥质土和黏土居多,强度低,土质差,经综合考虑,选择使用粉喷桩复合加固技术进行处理,此技术施工时产生的噪音小,质量有所保证,且不会对周围环境造成很大的影响。
施工前应做好各项准备工作,将相关资料准備完善,包括土工实验报告、水泥粉喷桩的桩位布置图、粉喷桩的标高、加固处理深度等。然后要对施工现场进行彻底清理,清除地面表层土,用粘土回填低洼处,并碾压平整;土质较差的地方应设置碎石垫层或砂土;地表较软的地方采取相关措施防止机械沉陷。还有,各种原材料和机械的质量均应符合标准。
施工过程尤为重要,必须做好每一个环节,首先对钻机平台进行适当调整,保持导向架和搅拌轴相垂直,钻头中心对准孔位中心;然后启动钻机开始钻进,先缓慢钻进,待正常后保持转速30r/min,钻进速度为0.5m/min,应该保持匀速钻进。当钻进至超过设计桩底标高10~20cm时停止钻进;接着提升喷粉,一旦钻孔深度达到设计要求,便反转钻头。同时,粉体发送器开始喷粉并保证喷粉量。钻头提升必须与送粉同步,禁止先提升后喷粉。如果套管漏气堵管,应立即停止喷粉。停止喷粉后,缓缓取出钻杆,并对计量仪仔细进行检验。
4、软土地基的发展
从深层处理机械发展来看,深层搅拌机已经由传统的深层单轴搅拌机、双轴固定搅拌机与粉体喷射搅拌机,发展成可变距的深层双轴搅拌机,它能同时利用粉体喷射与浆液喷射。同时,高压的喷射注浆机械开始出现,具体如:液压替代井口传动,这样不仅改变了浆液、水汽轴送装置,同时也提高了喷射压力和地层搅拌冲切能力。在水平机械旋转增强的前提下,也拓展了高压喷射的注浆范围。另外,应用在固结排水中的带抽塑料排水,也大范围的提高了工作效率。从地基材料发展来看,无纺土工织物、土工织物、EVA、EP、PVC等各种新型材料产生,在GCL(粘土衬垫)、塑料排水板广泛应用的情况下,它对公路建设带来了很多社会效应与经济效益。在灌浆材料研制出干磨、超细、水泥湿磨、膏状浆液等材料时,极大的改善了施工效益。在加筋法中,它使用了老化速度慢、变形小的合成材料,具体如:塑料格栅、土工织物等,受力时具有良好的耐腐蚀性,所以常被埋设在土层。
我国是一个资源大国,土地辽阔,地质结构比较复杂,所以岩土工程中会经常见到软土地基,软土地基是一种不良地基,其直接影响着建筑物的质量和人们的安全,所以加强软土地基技术的研究是非常有必要,处理软土地基时濡要结合工程的实际情况,选择最怡当的方法进行处理,以满足工程项目的需求,确保工程的质量。
参考文献:
[1]兰正卿.解析岩土工程中软土地基处理技术的应用[J].江西建材,2014,18:56+60.
[2]叶如军,徐竭.试论公路施工中软土地基处理技术的应用[J].城市道桥与防洪,2013,04:136-138+14-15.
[3]廖深鹏.房屋建筑工程中软土地基处理技术的应用[J].门窗,2014,07:458.
【关键词】岩土工程;软土地基;处理技术;应用
1、软土地基的基本特征
依据相关规范中给出的概念可知,所谓的软土具体就是指从软塑至流塑状态的一种饱和土层,其土质类型相对较多,大体上可归纳为以下几大类:淤泥、粉质粘土、泥炭、粉土等等,几乎所有軟土的天然含水量都超过30%。虽然软土在自然状态下能够保持稳定,但是当土体本身受到外界扰动时,它的结构便会遭到破坏,这样一来土体就会出现流动,其稳定性便会下降。软土的种类虽然相对相对较多,但是它们均具有以下工程特征:
(1)天然含水量相对较高,通常都大于液限,最高时甚至会超过200%;
(2)天然孔隙比大,一般都>1.0;
(3)饱和度均高于100%;
(4)容重较小,约为1.5-1.9kN/m?;
(5)渗透系数比较小,其范围大多数都在10-6~10-8cm/s,同时,自然沉降固结的速度非常缓慢,而且时间相对较长;
(6)粘粒含量高,塑性指数较大,约为13-15左右;
(7)强度指标较小,抗剪强度低,流动变形特性非常显著。
2、软土的物理和工程特性
2.1、含水量高。一般而言软土的含水量往往在34%一72%之间淤泥和淤泥质土的含水量多为50%一70%而泥炭的含水量则可达到200%以上均大于液限指数。软土的含水量与土的抗剪强度和压缩性有着直接的关系软土的天然含水量越高就意味着其地基承载力越低。
2.2、松软。软土的孔隙比通常在1.0-2.0之间泥炭土和个别淤泥的孔隙比甚至可以达到6.0以上。此外,软土在天然状态下的孔隙比一般会比同样状态下的的重塑土高出大概0.2-0.4。
2.3、压缩性高。天然软土的压缩系数与土的液限系数和天然含水量呈正相关,土的液限和天然含水量越大其压缩性越高。一般而言厌然软土的压缩系数在0.7-1之间最高时可以达到4.5。对于沿海滩徐等新近沉积的欠固结软土在重力作用下还会发生持续的固结沉降。
2.4、抗剪强度低。软土的抗剪强度跟荷载的施加速度以及排水固结条件有着紧密的关联。根据三轴不排水试验,可知软土的抗剪强度非常小并且和侧压力的大小值没有关联也就是说其内摩擦角趋近于零粘聚力往往小于20Kpa。直剪快剪内摩擦角通常小于50度粘聚力在10Kpa左右。在排水条件下的抗剪强度与其固结度成线性正相关关系周结快剪的内摩擦角最低可达到80度,最高不大于120度,其粘聚力通常为20Kpa左右。
2.5、渗透性小。软土的渗透系数一般比较小其渗透系数值一般在十的负七次方至十的负八次方之间。在荷载作用下软土固结的很慢滩以有效的提高其强度。此外如果软土中含有较多的有机物质河能产生气泡古据土中的孔隙空间降低其渗透性能。对于夹有数量不等的薄层粉砂、细砂、粉土荷软土其水平渗透系数要相对高一些远强于竖直方向的渗透能力。
2.6、具有触变性。触变性也是软土的一个比较显著的特征。所谓触变性是指软土的总体强度在接触荷载的作用下降低然后在长时期静置后又有所恢复的特征。尤其是对于海相软土来说厂旦受到振动搅拌等作用其絮状结构就会产生相当程度的破坏导致土的强度急剧下降层至出现流动现象。
2.7、具有流变性。软土的抗剪强度与其塑性指数呈相性相关塑性指数越大,其抗剪强度越小。通常而言软土的长期抗剪强度只有一般抗剪强度的40%一80%。即使是在孔隙水压力完全消除以后,软土还会持续发生着沉降量可观的次固结沉降。
3、实例分析
某地受河流长时间的冲积,成了漫滩,水系较为发达,沟塘渠道纵横交错,地面的标高比常年河流洪水位要低。上部地层平坦开阔,水平层理显著,而局部呈现出斜层理,表明该地有明显的沉积特征,土质以粘土居多,自下而上为淤泥质粉质粘土、粉质粘土。今要在此处开展一个岩土工程项目,必须提前做好地基处理工作。
3.1、软土地基处理技术
①置换法
该方法多用于土层较浅的软土地基,所谓替换,即用强度承载力较强的地基代替原来地基,首先需要清除固有的软土地基,再用一些高强度材料,如卵石、砂砾等,进行回填。该方法在提升地基承载力的同时,还实现了均匀沉降,有效避免了路面不平整的状况,至于回填厚度,通常会选择80cm.
②桩基加固法
该方法比较适用于厚淤土,因为厚淤土难以大面积展开处理,多会选择利用桩基进行加固。一般说来,当淤土的厚度小于5m时,可使用石灰桩,因为生石灰在水化时,会发生一定的反应,致使体积不断膨胀,对土壤形成挤压力,使得原土体的密实度有所增强。因其膨胀挤密原理和排水固结作用有很大的联系,实际中通常会遵循小桩径、布密桩的原则,如果桩径设计为300mm,则桩距通常不会超过1200mm。当淤土的厚度大于5m而小于10m时,则可使用灌注桩直至硬土层;如果淤土的厚度在10m以上,则悬浮桩比较合适,通过相关公式可计算出桩距、桩径、稳定安全系数等参数。
③排水固结法
该方法则多用于淤泥质土和软粘土等,具备良好的水稳定性,如果含水过多或者水位较高,极有可能形成软土地基,对其进行处理时则以排水法为先。开挖低于原来地下水位的水沟,借助砂、石等透水性较强的材料进行填埋,为取得良好的效果,尽量采用反漏层结构技术进行铺设。然后可开始塑料排水板的安装,排水板具有诸多优势,如良好的耐水性,较高的强度,能够保证顺畅地排水,需注意的是,安装过程中,排水板外层应尽量以无纺土工织物滤层进行包裹,可避免因流砂深入管内造成的堵塞。
3.2、粉喷桩复合加固技术 该工程施工现场以淤泥质土和黏土居多,强度低,土质差,经综合考虑,选择使用粉喷桩复合加固技术进行处理,此技术施工时产生的噪音小,质量有所保证,且不会对周围环境造成很大的影响。
施工前应做好各项准备工作,将相关资料准備完善,包括土工实验报告、水泥粉喷桩的桩位布置图、粉喷桩的标高、加固处理深度等。然后要对施工现场进行彻底清理,清除地面表层土,用粘土回填低洼处,并碾压平整;土质较差的地方应设置碎石垫层或砂土;地表较软的地方采取相关措施防止机械沉陷。还有,各种原材料和机械的质量均应符合标准。
施工过程尤为重要,必须做好每一个环节,首先对钻机平台进行适当调整,保持导向架和搅拌轴相垂直,钻头中心对准孔位中心;然后启动钻机开始钻进,先缓慢钻进,待正常后保持转速30r/min,钻进速度为0.5m/min,应该保持匀速钻进。当钻进至超过设计桩底标高10~20cm时停止钻进;接着提升喷粉,一旦钻孔深度达到设计要求,便反转钻头。同时,粉体发送器开始喷粉并保证喷粉量。钻头提升必须与送粉同步,禁止先提升后喷粉。如果套管漏气堵管,应立即停止喷粉。停止喷粉后,缓缓取出钻杆,并对计量仪仔细进行检验。
4、软土地基的发展
从深层处理机械发展来看,深层搅拌机已经由传统的深层单轴搅拌机、双轴固定搅拌机与粉体喷射搅拌机,发展成可变距的深层双轴搅拌机,它能同时利用粉体喷射与浆液喷射。同时,高压的喷射注浆机械开始出现,具体如:液压替代井口传动,这样不仅改变了浆液、水汽轴送装置,同时也提高了喷射压力和地层搅拌冲切能力。在水平机械旋转增强的前提下,也拓展了高压喷射的注浆范围。另外,应用在固结排水中的带抽塑料排水,也大范围的提高了工作效率。从地基材料发展来看,无纺土工织物、土工织物、EVA、EP、PVC等各种新型材料产生,在GCL(粘土衬垫)、塑料排水板广泛应用的情况下,它对公路建设带来了很多社会效应与经济效益。在灌浆材料研制出干磨、超细、水泥湿磨、膏状浆液等材料时,极大的改善了施工效益。在加筋法中,它使用了老化速度慢、变形小的合成材料,具体如:塑料格栅、土工织物等,受力时具有良好的耐腐蚀性,所以常被埋设在土层。
我国是一个资源大国,土地辽阔,地质结构比较复杂,所以岩土工程中会经常见到软土地基,软土地基是一种不良地基,其直接影响着建筑物的质量和人们的安全,所以加强软土地基技术的研究是非常有必要,处理软土地基时濡要结合工程的实际情况,选择最怡当的方法进行处理,以满足工程项目的需求,确保工程的质量。
参考文献:
[1]兰正卿.解析岩土工程中软土地基处理技术的应用[J].江西建材,2014,18:56+60.
[2]叶如军,徐竭.试论公路施工中软土地基处理技术的应用[J].城市道桥与防洪,2013,04:136-138+14-15.
[3]廖深鹏.房屋建筑工程中软土地基处理技术的应用[J].门窗,2014,07:458.