吹填盐渍土软弱地基处理技术研究

朱亮

(1. 海门南黄海建设发展有限公司,江苏海门226000)

吹填盐渍土软弱地基处理技术研究

朱亮

(1. 海门南黄海建设发展有限公司,江苏海门226000)

在吹填盐渍土软弱地基处理过程中,应充分考虑其吸湿性与溶陷性等工程特性,并对于地基处理方式的选择有较高的要求。现在分析软弱盐渍土地基基本物理性能基础上,系统地总结了目前常用的地基处理方案及其适用性,依托实体工程,提出适宜的地基处理方案。

吹填；盐渍土；软弱地基；处理技术

0 引言

滨海地区港区道路建设多位于软弱的吹填围垦地基之上,且港区范围内常有弱盐渍土广泛分布。比如,海门滨海新区东灶港区内“三横六纵”的区域性主干路的路网,道路沿线均为新近吹填的冲填土,未固结,强度极低；土质也多属于弱氯盐渍土,可能具有盐涨、溶陷、腐蚀等不良特性。特殊的工程环境和土质特性,对于该地基道路地基处理提出了更高的要求。

一方面,吹填土以液限粘质土、中液粘质土和中液粉质土为主,强度极低,采用常用的地基加固方法,例如强夯法,可能由于滨海地区吹填土地下水位较高,强夯过程中孔隙水压过大,从而导致加固效果不理想,且存在造价偏高的弊端；另一方面,不同工程区域的建设周期不尽相同,如均采用强夯或冲击碾压等地基加固方式往往也会造成建设资金的浪费。此外,吹填土具有的盐渍性也要求在建设过程中充分考虑其吸湿性与溶陷性等工程特性。因此,如何合理地选择地基处理方式已成为滨海港区道路建设迫切需要解决的问题。

本文以软弱盐渍土地基为研究对象,从盐渍土基础物理力学特性出发,分析常用地基处理方式的适用性,提出合理的地基处理方法。通过研究,为实体工程建设提供系统、可靠的技术依据,也为滨海地区类似工程的建设提供技术储备和借鉴示范。

1 软弱盐渍土特性分析

滨海软弱盐渍土最突出的特点就是它的吹填土特性。所谓吹填土,是用挖泥船和泥浆泵把江河和港口底部淤积的泥砂通过水力吹填而形成的沉积土。吹填土的性质具有三高一低的特点,即天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、渗透系数小,一般呈软塑到流塑状态。该种土质地基不能直接用于承载上部道路等构筑物。

此外,滨海软弱盐渍土的盐渍性也是在进行地基处理方式选择时应充分考虑的工程特性。盐渍土具有明显的吸湿性、溶陷性和一定的腐蚀性,盐分种类及含量不同其物理和力学性质也不同,必须根据地基结构的各项指标要求,采取合理的措施,达到控制路基中水分和盐分的稳定性的目的,以适应道路服务性能对地基的要求。

总体来讲,滨海软弱盐渍土有突出的软土特征,在作为地基时必须降低其含水量、孔隙比,提高渗透系数和抗剪强度；弱氯盐化虽不是地基处理方案的选择的主要影响因素,但方案设计时需考虑其影响。

2 地基处理常用方式及适用性分析

滨海地区软弱盐渍土是否需要处理和采用何种处理方法,取决于吹填土的工程性质中颗粒组成、土层厚度、均匀性和排水固结条件。很多软土的处理方法都适用于吹填土。对软土地基常用处理方法及适用范围归纳总结如表1所列。

考虑盐渍土的特性,由表1可知,对于软弱吹填盐渍土,较为适宜的地基处理方法大概可分为两类。一类是物理的方法,通过对土体进行冲击或者使土体内出现压差,以此排出孔隙水,比较典型的是强夯法、堆载预压法、真空预压法等；另一类是化学的方法,该方法就是在吹填土中添加外加剂,外加剂与土体中的物质成分发生反应,使土体固结。比较典型的方法是深层搅拌法、粉喷桩法等。在实际的过程中,应根据工程地质条件,考虑多种方法的组合。

表1 软土地基处理方法分类及其适用范围一览表

3 依托工程地基处理方案

3.1 工程地质条件

依托工程为海门东灶港上海路北延段,工程范围内土层分布及物理指标如表2和表3所列。经测试,吹填土中易溶盐的含量分别为0.54%～0.62%,其中c(CL-)/2c(SO2-4) 的比值分别为3.13、7.04,氯盐及亚氯盐的含量在0.3～1.0之间,为弱氯盐渍土。

表2 土层分布表

表3 各土层物理指标(平均值)一览表

3.2 地基处理方案及说明

根据对各种地基处理方法适用性的总结,以及已有实际工程经验,提出的地基处理方案如表4所列。

表4 地基处理方案一览表

方案选取考虑的因素及相关说明如下：

(1)强夯法处理地基必须保证地下水位在地面以下3 m才能直接进行,否则会导致夯坑积水,将严重影响施工质量并带来安全隐患。而低能强夯联合堆载预压法在水位不能满足直接强夯条件的情况下,进行快速降水,将地下水位降至3 m以下再进行强夯,确保夯坑干燥,不积水,进而确保施工质量和施工安全。其次,对于新近吹填的大面积粉细砂土地基,饱和的孔隙水将消耗大部分夯击能量,会大大影响强夯质量。通过堆载预压降低地下水位,可确保强夯夯击能充分作用到吹填土骨架上,以改善加固效果。

(2)而对于真空降水法,虽然可以大大缩短工期,但一方面地基的处理效果受到真空度控制的极大影响,参考实际工程成果,在保持真空度方面,很难做到完全符合要求,实际处理结果也大打折扣；另一方面,真空预压法降水的工程成本较大,除去真空泵的使用,欲保持真空度的相应措施也需较大成本。

故考虑允许工期足够长的情况下,尽量考虑降低造价,可减少真空预压的过程,采用堆载预压法。堆载方式采用就地开挖堆载,在规划道路范围两侧开挖,堆填到道路范围内,开挖部分形成排水沟,堆载可采用超载的方式。如果地下水位高、排水条件不利,应先打入排水板或者打砂井以形成更好的排水通道,进行降水。再结合低能量强夯提高地基排水效果,夯击前采用堆载预压降水,来降低地下水位、减小土体的含水量和饱和度,使地基受击后,地下水位以上土体可产生较大的压缩变形,地下水位以下土体可减小超孔隙水压力。夯击后再排水,以加速超孔隙水压力的消散和软土固结。夯击中先加固浅层软土,待浅层土体强度有所提高后,再逐渐加大能量,以加固深层软土。这样就可避免橡皮土的形成,达到大幅提高地基强度的目的。

(3)当工程建设周期较短时,堆载预压法显然不能满足要求,采用“山皮石+冲击碾压法”与“粉喷桩复合地基法”联合的方法来进行处理,一方面冲击碾压后的原地表能为后期粉喷桩的施工机械提供良好的工作平台；另一方面粉喷桩也能提高冲击碾压所不能触及到的原地表下较深范围内吹填土的承载力,并能有效地减少整体工后沉降。另外在其他条件受限,以及特殊区段也可应用复合地基法处置。粉喷桩方案水泥应选用抗腐蚀性较高的型号。

3.3 地基处理效果验证

本文基于现场实测沉降数据,对采用上述方法进行处理的吹填盐渍土软弱地基进行沉降预估,从工后沉降的角度评价地基处理效果。由于尚未有全过程现场监测数据,故采用泊松曲线法进行沉降预估,其公式为：

式中：t0i——第i级荷载下拟合曲线时间零点；

α、β、k——待定参数,可利用时间序列求解。

通过二次 Lagrange 插值转化为等时间间隔序列,计算公式为：

式中：t——插值时间；

S1——t对应的沉降值；

ti-1、ti、ti+1——实测沉降时间节点,其选取应满足与t最接近；

Si-1、Si、Si+1——ti-1、ti、ti+1时刻对应的沉降值。

按上述方法可计算出：

取满载阶段的三组沉降监测数据,计算得到的最终沉降量S∞及β值,见表5所列。

表5 泊松曲线法沉降预测参数计算一览表

对三组数据计算结果取平均值,得到S∞和β的值为：

利用上述S∞和β的值,取t=180 d、210 d、260 d的沉降监测数据,计算瞬时沉降Sd见表6所列。

表6 瞬时沉降预测结果一览表

瞬时沉降Sd取平均值：Sd=(3.980+2.172+1.125) /3=2.426

由瞬时沉降预测结果,结合现场地基处理实际情况可知,按上述方法处理的吹填盐渍土软弱地基效果良好,有效地保证了上海路北延段的使用性能与服务水平。

4 结论

本文从工程应用的角度出发,对滨海吹填盐渍土的地基处理方式进行了研究,得到的主要结论如下：

(1)吹填盐渍土地基既具有一般吹填土特性,又有盐渍性,在选择地基处理方式时,不仅需要充分考虑该类土软塑或流塑的特征,还需考虑盐分种类及含量对其物理和力学性质的影响。

(2)物理方法(如强夯法、堆载预压法、真空预压法等)和化学的方法(如深层搅拌法、粉喷桩法等),是较好的吹填盐渍土地基处理方法。

(3)在依托工程中,根据不同路段特点采用低能强夯联合堆载预压法、山皮石+冲击碾压法和粉喷桩法处理吹填弱氯盐渍土地基,取得了良好的效果,可为类似工程提供借鉴与示范。

U416.1

B

1009-7716(2015)09-0068-03

2015-05-20

朱亮(1979-),男,江苏南通人,工程师,研究方向：公路工程路桥专业。