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摘 要:由于经济发展的需要,在沿海地区,利用吹填土进行建筑场地回填已在很多工程中应用,然而地基处理方法所能达到的效果必须经过可靠的检验,尤其是处理后的地基承载力对工程质量有着显著影响。某港口工程吹填及软基处理后,为检验地基承载力,根据土工试验结果分别采用土工试验物理指标两种方法计算地基承载力特征值。
关键词:吹填土 软基处理 地基承载力
中图分类号:TU4 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)04(a)-0132-02
1 引言
某工程是以吹填为主要方式填高场地至规划标高,以满足用地功能要求,使其纳入城市开发建设之中。吹填及软基处理工程采用“低位真空预壓软土地基加固法”进行吹填土的软基处理,该技术采用吹填泥作为密封层,排水系统为水平管网与垂直塑料排水板组成立体排水结构,加压系统采用水气分离的造压方式,通过管道直接传递负压,利用低位真空系统抽真空使得在泥封层下长期保持80～90kPa的真空负压,在真空负压引起的吸力和泥封层引起的附加预压荷载的联合作用下使软土中的大部分孔隙水较快的通过塑料排水板、水平滤管网排出,从而使软土发生压缩固结,同时泥封层也逐渐完成自身的固结,达到加固地基和抬高地面的两大目的。
2 场地工程地质条件
2.1 吹填前场地浅部地层情况
根据勘察报告显示,吹填前场地浅部地层结构较为简单,勘察范围内自上而下共分为4个工程地质层、2个亚层,简述如下:②粘土。灰黄色;软塑～可塑状,中～高压缩性,含铁锰质斑点、半碳化物。主要分布于道路堤岸地段,直接出露于地表,沟岔、养殖塘地段基本缺失,层厚1.10～2.40m,其承载力相对较高,为70～90kPa。③1含细砂淤泥。灰色、青灰色,流塑状,中～高压缩性,强度受淤泥控制;细细砂含量一般为10%～30%,呈薄层状、团块状分布,土质很不均匀,局部细砂较富集,含量可达40%以上,夹少量贝壳碎片;全场均有分布,沟叉、养殖塘内直接出露,层顶埋深0～2.40m,层厚3.70～11.50m,全场分布;该层土质软弱,其承载力在43kPa～50kPa。③2淤泥。灰色、青灰色,呈流塑,高压缩性;局部含少量粉细砂,夹贝壳碎片。全场均有分布,层顶埋深4.90～13.20m,层厚8.50～20.40m,全场均有分布;该层土质较软弱,承载力在50～65kPa。④淤泥质粘土。灰色,流塑～软塑状,高压缩性。含少量贝壳碎屑、半炭化物和粉细砂,局部粉细砂含量稍高;层顶埋深23.00～30.00m,层厚2.10～13.90m,全场均有分布;该层土质较软弱,其承载力在60～80kPa。
2.2 吹填后测试深度范围内的工程地质情况
本次测试深度6.00m,依据本次测试的钻探取芯成果,在测试深度范围内,土层如下:①吹填土。为吹填土,灰色;含少量腐殖质及粉砂,土试成果具淤泥质土特性,由于受地表各因素影响,该层性质在垂直方向均匀性很差,在水平方向上呈现层状性状;层厚1.10～2.80m,根据外业取芯情况,现将该层细分为以下两个亚层。①1吹填土。灰色,浅灰色;其厚度相当于设计方案中的泥封层,受地表居多因素影响,土质条件呈现硬壳层粘性土特性,龟裂严重,裂缝深度20～50cm,裂缝宽度一般在5～10cm,受雨水浸泡后强度有一定程度的软化,层厚0.40～0.70m。①2吹填土。灰色,浅灰色;其厚度相当于设计方案中的底泥层;受地表因素影响程度较小,土质条件呈现淤泥、淤泥质土特性特性,与其上亚层呈一定的过渡关系,层厚0.60～2.20m。②粘土。灰黄色;软塑～可塑状,中～高压缩性,含铁锰质斑点、半碳化物。主要分布于吹填前原始堤岸地段,层厚1.10～2.40m。③1含粉砂淤泥。灰色、青灰色,流塑状,局部软塑状,高压缩性,强度受淤泥控制;粉细砂含量一般为10～20%,呈薄层状分布,土质不均匀,局部砂较富集,含量可达40%以上,夹贝壳碎片;部分土样土工试验数据显示为粘质粉土;全场均有分布,揭露厚度2.80～4.50m。
3 地基处理方案说明
加固工程共分45个加固单元,加固单元面积一般不超过20000㎡,由于吹填淤泥的承载力极低,先铺设一层200g/㎡的土工布,再在其上铺设一层竹篱笆后进行人工打插排水板,排水板采用SPB-A型,正三角形布设,陆域部分板间距1.25m,路基上部区域板间距0.9m,排水板平均插设深度1.78m;水平管网系统主要由水平干管和支管组成,干管为φ110的PVC排水管,通过胶管与集水井密封连接,支管为φ60的PVC纹盲管,垂直干管分布于干管两侧,支管与干管相嵌接,同时要求每个真空预压分区内铺设的支管水平高差不大于10cm;真空集水井采用预制钢结构,修建在每个加固单元宽边的中部靠近围堰位置,机泵采用5.5kW的往复式真空泵和2.2kW的油浸式潜水泵,每个真空集水井均配备2台真空泵和1台潜水泵。地基处理后,工程竣工验收时地基承载力特征值要求0.00～1.50m深度内fak≥50kPa。
4 地基承载力检验工作
4.1 检验方案
4.1.1 土工试验。对0.00～1.50m采用现场取土样进行室内土工试验，取土点按75m×75m的网格布置，本次共布置取土孔45只，每个取土点采取原状土样3组，取土深度分别为0.30m、0.90m、1.50m，同时应保证样品在垂直方向的连续性；要求进行天然含水量、密度、比重、界限含水量、压缩、直剪固快试验。
4.1.2 载荷试验。采用浅层平板载荷试验确定地基承载力,载荷试验钢质载荷板置于地表,载荷板面积0.5㎡,按规范要求,试验前将龟裂缝中填满中砂,并采用中砂找平,砂垫层厚度在10～20mm,砂垫层每边超出载荷板宽度10～20cm,共布置平板载荷试验受检点13个,编号为ZH1～ZH13。
4.2 计算方法
通过土工试验结果分别采用土工试验物理指标按《港口工程地质勘察规范》(JTJ240-97)查表和按《工程地质手册》(第四版)临塑状态计算公式计算地基承载力特征值。
4.2.1 根据含水量、塑性指数查表得到地基承载力。根据含水量及塑性指数查《港口工程地质勘察规范》(JGJ240-97)表C.0.7.1得到淤泥、淤泥质粘土地基容许承载力,规范表格如表1。[1]
4.2.2 按临塑压力值计算地基承载力。根据《工程地质手册》(第四版),假设基础受中心荷载,将地基土刚开始出现剪切破坏时的临界压力,作为地基承载力值,按下列公式计算:[2]
fcr==Mdγmd+ Mcck
式中:fcr—— 临塑压力(kPa);
γm—— 基础底面以上土的加权平均重度,地下水位以下取有效重度(kN/m3);
d—— 基础埋置深度;
ck—— 基础下一倍基础宽度范围内的粘聚力标准值(kPa);
φk—— 基础下一倍基础宽度范围内的内摩擦角标准值(°);
Md、Mc—— 承载力系数,可根据φk值分别按下式计算;
Md=Mc=
4.3 试验结果
4.3.1 土工试验统计结果。单孔按不同方法得到的承载力值及代表值见表2,单孔地基承载力代表值各区段统计表见表3:
4.3.2 载荷试验统计结果。根据浅层平板载荷试验确定13个受检点地基土承载力特征值fa,如表4。
从上表结果判断,在13个受检点中,地基承载力特征值最大值75kPa,最小值55kPa,平均值68.5kPa,极差为20kPa,极差小于平均值的30%,取平均值68.5kPa作为浅部0.00～1.50m地基承载力特征值。
5 结论
计算结果显示采用《港口工程地质勘察规范》按土样的含水量内插确定地基土承载力普遍较采用《工程地质手册》中临塑压力公式计算的承载力数值大,且上部地基土在水平、垂直方向上均匀性均较差,表现在上部0.40～0.70m土质较好但龟裂严重,空隙率大,下部至吹填前地面土质呈淤泥性状,软弱,含水量较高,压缩性高,在表部受荷作用下,其短期变形及长期变形均将较大。
承载力数据显示,场地土经塑料排水板真空预压处理后,至本次检验时,检验范围内各土层物理力学性质和承载力均有了不同程度提高。但其本质上尚为软土,其承载能力有限、压缩性大,尚有部分地段地基承载力小于要求的承载力值,必要时,可采取深翻或加入固化剂等地基处理措施,改善其地基承载力。
参考文献
[1] JTJ240-97．港口工程地质勘察规范[s]．北京:人民交通出版社．1997．P63
关键词:吹填土 软基处理 地基承载力
中图分类号:TU4 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)04(a)-0132-02
1 引言
某工程是以吹填为主要方式填高场地至规划标高,以满足用地功能要求,使其纳入城市开发建设之中。吹填及软基处理工程采用“低位真空预壓软土地基加固法”进行吹填土的软基处理,该技术采用吹填泥作为密封层,排水系统为水平管网与垂直塑料排水板组成立体排水结构,加压系统采用水气分离的造压方式,通过管道直接传递负压,利用低位真空系统抽真空使得在泥封层下长期保持80～90kPa的真空负压,在真空负压引起的吸力和泥封层引起的附加预压荷载的联合作用下使软土中的大部分孔隙水较快的通过塑料排水板、水平滤管网排出,从而使软土发生压缩固结,同时泥封层也逐渐完成自身的固结,达到加固地基和抬高地面的两大目的。
2 场地工程地质条件
2.1 吹填前场地浅部地层情况
根据勘察报告显示,吹填前场地浅部地层结构较为简单,勘察范围内自上而下共分为4个工程地质层、2个亚层,简述如下:②粘土。灰黄色;软塑～可塑状,中～高压缩性,含铁锰质斑点、半碳化物。主要分布于道路堤岸地段,直接出露于地表,沟岔、养殖塘地段基本缺失,层厚1.10～2.40m,其承载力相对较高,为70～90kPa。③1含细砂淤泥。灰色、青灰色,流塑状,中～高压缩性,强度受淤泥控制;细细砂含量一般为10%～30%,呈薄层状、团块状分布,土质很不均匀,局部细砂较富集,含量可达40%以上,夹少量贝壳碎片;全场均有分布,沟叉、养殖塘内直接出露,层顶埋深0～2.40m,层厚3.70～11.50m,全场分布;该层土质软弱,其承载力在43kPa～50kPa。③2淤泥。灰色、青灰色,呈流塑,高压缩性;局部含少量粉细砂,夹贝壳碎片。全场均有分布,层顶埋深4.90～13.20m,层厚8.50～20.40m,全场均有分布;该层土质较软弱,承载力在50～65kPa。④淤泥质粘土。灰色,流塑～软塑状,高压缩性。含少量贝壳碎屑、半炭化物和粉细砂,局部粉细砂含量稍高;层顶埋深23.00～30.00m,层厚2.10～13.90m,全场均有分布;该层土质较软弱,其承载力在60～80kPa。
2.2 吹填后测试深度范围内的工程地质情况
本次测试深度6.00m,依据本次测试的钻探取芯成果,在测试深度范围内,土层如下:①吹填土。为吹填土,灰色;含少量腐殖质及粉砂,土试成果具淤泥质土特性,由于受地表各因素影响,该层性质在垂直方向均匀性很差,在水平方向上呈现层状性状;层厚1.10～2.80m,根据外业取芯情况,现将该层细分为以下两个亚层。①1吹填土。灰色,浅灰色;其厚度相当于设计方案中的泥封层,受地表居多因素影响,土质条件呈现硬壳层粘性土特性,龟裂严重,裂缝深度20～50cm,裂缝宽度一般在5～10cm,受雨水浸泡后强度有一定程度的软化,层厚0.40～0.70m。①2吹填土。灰色,浅灰色;其厚度相当于设计方案中的底泥层;受地表因素影响程度较小,土质条件呈现淤泥、淤泥质土特性特性,与其上亚层呈一定的过渡关系,层厚0.60～2.20m。②粘土。灰黄色;软塑～可塑状,中～高压缩性,含铁锰质斑点、半碳化物。主要分布于吹填前原始堤岸地段,层厚1.10～2.40m。③1含粉砂淤泥。灰色、青灰色,流塑状,局部软塑状,高压缩性,强度受淤泥控制;粉细砂含量一般为10～20%,呈薄层状分布,土质不均匀,局部砂较富集,含量可达40%以上,夹贝壳碎片;部分土样土工试验数据显示为粘质粉土;全场均有分布,揭露厚度2.80～4.50m。
3 地基处理方案说明
加固工程共分45个加固单元,加固单元面积一般不超过20000㎡,由于吹填淤泥的承载力极低,先铺设一层200g/㎡的土工布,再在其上铺设一层竹篱笆后进行人工打插排水板,排水板采用SPB-A型,正三角形布设,陆域部分板间距1.25m,路基上部区域板间距0.9m,排水板平均插设深度1.78m;水平管网系统主要由水平干管和支管组成,干管为φ110的PVC排水管,通过胶管与集水井密封连接,支管为φ60的PVC纹盲管,垂直干管分布于干管两侧,支管与干管相嵌接,同时要求每个真空预压分区内铺设的支管水平高差不大于10cm;真空集水井采用预制钢结构,修建在每个加固单元宽边的中部靠近围堰位置,机泵采用5.5kW的往复式真空泵和2.2kW的油浸式潜水泵,每个真空集水井均配备2台真空泵和1台潜水泵。地基处理后,工程竣工验收时地基承载力特征值要求0.00～1.50m深度内fak≥50kPa。
4 地基承载力检验工作
4.1 检验方案
4.1.1 土工试验。对0.00～1.50m采用现场取土样进行室内土工试验，取土点按75m×75m的网格布置，本次共布置取土孔45只，每个取土点采取原状土样3组，取土深度分别为0.30m、0.90m、1.50m，同时应保证样品在垂直方向的连续性；要求进行天然含水量、密度、比重、界限含水量、压缩、直剪固快试验。
4.1.2 载荷试验。采用浅层平板载荷试验确定地基承载力,载荷试验钢质载荷板置于地表,载荷板面积0.5㎡,按规范要求,试验前将龟裂缝中填满中砂,并采用中砂找平,砂垫层厚度在10～20mm,砂垫层每边超出载荷板宽度10～20cm,共布置平板载荷试验受检点13个,编号为ZH1～ZH13。
4.2 计算方法
通过土工试验结果分别采用土工试验物理指标按《港口工程地质勘察规范》(JTJ240-97)查表和按《工程地质手册》(第四版)临塑状态计算公式计算地基承载力特征值。
4.2.1 根据含水量、塑性指数查表得到地基承载力。根据含水量及塑性指数查《港口工程地质勘察规范》(JGJ240-97)表C.0.7.1得到淤泥、淤泥质粘土地基容许承载力,规范表格如表1。[1]
4.2.2 按临塑压力值计算地基承载力。根据《工程地质手册》(第四版),假设基础受中心荷载,将地基土刚开始出现剪切破坏时的临界压力,作为地基承载力值,按下列公式计算:[2]
fcr==Mdγmd+ Mcck
式中:fcr—— 临塑压力(kPa);
γm—— 基础底面以上土的加权平均重度,地下水位以下取有效重度(kN/m3);
d—— 基础埋置深度;
ck—— 基础下一倍基础宽度范围内的粘聚力标准值(kPa);
φk—— 基础下一倍基础宽度范围内的内摩擦角标准值(°);
Md、Mc—— 承载力系数,可根据φk值分别按下式计算;
Md=Mc=
4.3 试验结果
4.3.1 土工试验统计结果。单孔按不同方法得到的承载力值及代表值见表2,单孔地基承载力代表值各区段统计表见表3:
4.3.2 载荷试验统计结果。根据浅层平板载荷试验确定13个受检点地基土承载力特征值fa,如表4。
从上表结果判断,在13个受检点中,地基承载力特征值最大值75kPa,最小值55kPa,平均值68.5kPa,极差为20kPa,极差小于平均值的30%,取平均值68.5kPa作为浅部0.00～1.50m地基承载力特征值。
5 结论
计算结果显示采用《港口工程地质勘察规范》按土样的含水量内插确定地基土承载力普遍较采用《工程地质手册》中临塑压力公式计算的承载力数值大,且上部地基土在水平、垂直方向上均匀性均较差,表现在上部0.40～0.70m土质较好但龟裂严重,空隙率大,下部至吹填前地面土质呈淤泥性状,软弱,含水量较高,压缩性高,在表部受荷作用下,其短期变形及长期变形均将较大。
承载力数据显示,场地土经塑料排水板真空预压处理后,至本次检验时,检验范围内各土层物理力学性质和承载力均有了不同程度提高。但其本质上尚为软土,其承载能力有限、压缩性大,尚有部分地段地基承载力小于要求的承载力值,必要时,可采取深翻或加入固化剂等地基处理措施,改善其地基承载力。
参考文献
[1] JTJ240-97．港口工程地质勘察规范[s]．北京:人民交通出版社．1997．P63