建设发生土作为压密固结桩填充材料的渗透性

陈 兰，时 杰，崔海弘，崔丽丽

(哈尔滨商业大学能源与建筑工程学院，哈尔滨150076)

采用密实桩进行地基的加固处理，目前已经得到了广泛的应用，并取得了良好的效益.其基本加固机理就是挤密、置换、压密排水，其适用范围也非常的广泛，无论是砂性土地基还是黏性土地基都可采用［1－2］.近几年我国建筑用砂量以10%以上的速度增长，去年达75亿t，许多地方河道非法采砂现象愈演愈烈，造成环境破坏，安全事故频发.天然砂是不可再生资源，随着大规模的开采利用，已日渐走向枯竭.压密固结桩中所需要的填充材料优质砂的开采量也面临着逐年减少的趋势，砂资源的合理利用受到越来越广泛的关注.因此，今天对砂资源的匮乏应必须有更深刻的认识，这对于当前实现可持续发展战略具有十分重要的意义.

另一方面，随着我国经济建设的高速发展，基本建设的投资也越来越多，建筑物施工中开挖基础的基坑土、边坡土或碎石等建设发生土的数量也呈逐年递增趋势，如果把这些建设发生土用作填充材料，加以有效的利用，这将是我国建筑业要面临解决的重大课题之一，同时也将是减低环境负荷发展循环经济的重大措施之一［3］.

本研究是利用建设发生土作为压密固结密实桩法中砂桩的部分填充材料，对其性能进行分析研究，评价其适用性.

1 填充材料的性能及其要求

碎石桩、砂桩等地基处理方法中，对于填充材料性能，必须满足设计和施工2方面的要求.砂桩用于处理黏性土地基时，由于砂桩与周围的黏性土形成了复合地基，要求砂桩不仅自身要具有足够的强度，而且更要求砂桩对周边地基具有良好的排水减压机能.在密实状态下成桩后，砂桩自身抗剪强度和渗透系数是两个重要因素.本文仅为了评价填充材料的强度特性，对桩身强度要求排水剪切内摩擦角(Φd也称剪切抵抗角)应大于30°［4］.

在对填充材料的要求中，大部分土的材料特性是由颗粒组成决定的，尤其是仅根据细颗粒质量分数的多少来划分的.由于第一类建设发生土为几乎没有细颗粒的干净砂土，其剪切抵抗角大，透水性好，即使不做剪切试验和透水试验而只对它的细颗粒质量分数进行控制，就能保证满足基本的要求.但是像第3～6类的建设发生土，由于细颗粒高，呈现出中性土或黏性土的特征，为了判断其能否作为填充材料，就必须了解它们的材料性能、剪切强度及透水性之间的关系［5］.对于将含有更多细颗粒的建设发生土作为填充材料，为明确其适用性，经人工调整粒度后，进行了不同材料的试验.对于中性土、黏性土，塑性指数是一个重要指标，本研究的重点就是粒度特性，以外的另一个材料特性，即塑性指数.

2 根据室内试验研究适用土的工学特性

2.1 使用材料和实验概要

试验中采用的人工调制试料如表1所示，砂砾成分、粉土成分和黏土成分，分别按不同质量分数组成的12组不同粒组的试样.分4种(A～D)质量分数各不相同的黏土.其中黏土部分，主要采用的是含有黏土矿物成分的材料，并尽可能使其粒度相接近，混合均匀而制成的.含有不同矿物成分的4种黏土中，其细颗粒质量分数(粉土+黏土)基本相近，由于4种黏土中各自矿物成分的质量分数不同，活性也不相同，因此制成了塑性指数为大、中、小不同的试样.高中低塑性材料的塑性指数范围分别是28～47、12～18和2.6～6.

表1 材料的粒度及塑性指数

把这12种试料看成是建设发生土，进行试验.试验分2种情况，即密实填充状态和松散填充状态，密实填充状态即假想试验材料可以达到100%密实度;松散填充即假想试验材料可以达到80～85%密实度，拔管时，材料没有阻塞黏管的状态.把试料制成直径为50 mm，高为100 mm的园柱体试件，进行三轴不排水压缩试验进行强度试验.

2.2 试验结果

密实状态下进行了9种材料试验，疏松状态下进行了6种材料试验.剪切抵抗角和细颗粒质量分数之间的关系如图1所示.由图1中可知，剪切抵抗角和细颗粒质量分数之间不存在有意义的关系.图2所表示的是各种材料的塑性指数和剪切抵抗角之间的关系.从图2中可以看出，无论是密实填充还是疏松填充，剪切抵抗角都随塑性指数的增大而减小，塑性指数在30以下时，都能保证剪切抵抗角在30°以上.

图1 剪切内摩擦角和细颗粒质量分数的关系

图2 剪切内摩擦和塑性指数的关系

3 填充材料适用性评价

不同的地基条件对于填充材料性能的要求也不一样，有砂性土地基和黏性土地基之分.另外，考虑到施工的可行性，施工时填充材料状态(疏松状态)的工学特性也尤为重要.通过本研究对填充材料的适用性评价如下:塑性指数越大，抗剪强度越小，对于塑性指数在30以下的中、低塑性材料，能够保证排水剪切内摩擦角在30°以上.

4 结语

本文为了评价砂桩等地基处理方法中采用建设发生土(砂、粉土和黏土)作为再利用填充材料的适用性，经过人工调整后，制备了不同种类的试样，进行了室内试验，并且分析了影响强度的主要因素，研究了与强度塑性指数.得出以下结论，对于塑性指数在30以下的中、低塑性材料，即使细颗粒质量分数高，也适合作为填充材料，具有较大的内摩擦角.

由此可见，与以往对填充材料质量的要求规定细颗粒的质量分数小于等于5%的限制，不如说对于非塑性、中低塑性材料，如果塑性指数Ip≤30，与细颗粒含量无关，都可以考虑作为砂桩等密实桩法中的填充材料.就是说，填充材料再利用的适用性，从非塑性、中低塑性的砂性土到细颗粒土，有了更广泛的应用范围.

［1］ 杨顺安，马晓腊，张冲辰.软土理论与工程［M］.北京:地质出版社，2000.

［2］ 龚晓楠.21世纪岩土工程发展展望［J］.岩土工程学报，2000，22(2):238－242.

［3］ 阮广雄.环境岩土工程综合评价及建筑垃圾加固地基的应用研究［D］.广东:广东工业大学，2006.

［4］ 小桥秀俊，大下武志.建设发生土和建设污泥［J］.土和基础，2007(10):38－40.

［5］ 龚晓楠.软黏土地基土体抗剪强度若干问题［J］.岩土工程学报，2011，33(10):1596－1600.