邓超+严军
摘 要:受山区场地条件限制,十堰城区建设用地稀缺。近年来,政府大力推进开山回填整地工程,开山形成的片岩岩块、岩渣就近回填至沟谷中,平整出大面积半挖半填地基,部分填土区厚度甚至高达上百米。由于填土区与开山区平面上呈不规则形状接触,地基承载力、压缩性和均匀性差异极大,因此,需要根据不同使用情况和使用目的对填土区进行地基处理。常用地基处理方案有分层碾压法、强夯及强夯置换法、碎石桩法等。本文根据当地积累的大量工程实践经验分别对上述地基处理方案进行了分析整理,以期对今后类似工程起到借鉴作用。
关键词:十堰市城区 深厚填土区 地基处理 分层碾压法
1.十堰市城区深厚填土区工程地质特征及地基处理的必要性分析
1.1工程地质特征
十堰市城区属地山丘陵地貌,地势起伏较大,沟谷地貌发育,工程施工时需要将开山碎石土回填,厚度在0米到80米不等,回填后的土质松散,密实性分布极不均匀,其自身压密固结作用很难完成,存在较大的后期沉降隐患。
十堰市碎石填土属于假斑状构造状态,碎石以开山片岩为主,粗碎屑相互接触,组成骨架结构,细粒物质充填在空隙之间。粗大的碎石颗粒,表面积较大,颗粒间无静电引力连接,在发生沉降时,主要靠自身重力相互粘结,很难保持稳定。细粒碎石本身比较密实,当土体受较大冲击力时,细粒碎石会从紧密土体中挤出,颗粒间的孔隙度进一步变大,土体会变得松散,稳定性降低。
综合来说,十堰市城区深厚填土区地基具有孔隙率大、透水性强、颗粒联接力弱、压缩性高及承载能力低等工程地质特点,在其之上进行工程施工时,需要采取一定的预处理措施。
1.2地基处理的必要性分析
十堰市地处山区,建筑用地常常采用开山填土的方式进行开发。开山填土区的地质条件复杂,本节笔者从深厚填土区地质方面存在的问题出发,对地基处理的必要性作出详细解答。
(1)土层性质不均匀、厚度变化大
由于开山填土堆积时间、堆积条件及颗粒大小的差异,造成深厚填土区的填土性质很不均匀,孔隙大小不等,粘结性弱,变形抗压能力低,土体往往呈刚性状态。此外,因受原始地貌条件的限制,填土的厚度分布往往存在很大差异,横向分布极不均匀,人为随意性较大,在很小的范围内常常出现很大的变化,工程性质难以控制。因此,对填土区地基进行压实加固等一系列工程预处理很有必要。
(2)具较强的湿陷性,变形程度大
十堰市山区填土是一种欠压密土,土质较为松软,孔隙度高,在受到外力作用下时,其形变程度往往较大,常常出现非正常下沉现象。其次,雨水对填土区的沉积作用影响尤为明显,常常表现出较高的湿陷性,这对工程施工是极其不利的,需要对其进行一定的地基预处理,才能投入使用。
(3)压缩性大、强度较低
深厚填土区的土质成分较为复杂,十堰市区以片岩为主,混杂其他杂岩,不同物质成分对工程性质的影响不一,但多种成分的混合往往会造成土层强度的降低,进而影响地基的稳定性。
(4)自重压密性
在自身重力和大气降水的影响下,填土常常出现自重压密的现象。自重压密所需的时间长短不一,十堰市区填土多为开山片岩,自然压密时间长达1~3年,如果不对其进行人工处理,将严重影响施工周期,造成不必要的损失。
2.深厚填土区地基处理方案比较分析
深厚填土区地基处理方法有很多,本文结合十堰市填土性质及该地区工程施工条件等实地情况,分别介绍分层碾压法、强夯及强夯置换法及碎石桩法三种地基处理方法的具体应用。
2.1分层碾压法
在施工过程中,采用分层碾压法对深填土区进行压实处理,最大松铺厚度要限制在30cm以内,如果填筑地基要求不高,最大厚度可控制在50cm内。在填筑地基时,需进行分层填筑而不能采取倾填的方式。回填时,将其分成水平层次,而后再逐层向上填筑,填一层碾压一层。
分层碾压法与其他地基处理方法相比,处理费用较高,工作量较大,每层都需要进行详细碾压,且在填方高度较大时,地基很容易失稳。与强夯法相比,分层碾压法施工速度较慢,适用性较低,只有在满足分层碾压法施工条件的情况下才能选择该方法进行地基处理。具体特点如下:
(1)工艺较为简单,压实效果良好,在压实施工过程中振动频率小,噪音较低,不会产生对环境污染的污染物。
(2)对回填土的要求较高,含水量必须接近工程最优值,雨季时施工困难,无法使用分层碾压法。
(3)碾压分层较多,工程造价较高。
2.2强夯法
强夯法开始施工前,需要提前5~7天时间的预降水,将地下水位降低至含砾层,并建立地下排水网络,将场地内的积水统一排至指定地点。根据实地情况,在填土区四周挖开深浅不一的减震沟,减少冲击波沿水平传递而对周围环境造成的破坏。采用三遍夯施工的方法进行施工,两遍点夯,一遍满夯,点夯敲击次数不少于13次,满夯需相互搭夯。需要注意的是,点夯施工必须采用隔行隔点跳打法,这样才能更好地将夯击能传递到地层深处。
(1)分层强夯
十堰市填土填料以开山片岩为主,填土深度不一,最深可达50m以上。因此,在对其进行强夯处理时,分层强夯法能很好地避免局部漏夯的问题。分层强夯工艺操作简单,可以有效地提高工程施工的速度,适当地减少整个地基处理工程的施工费用,且适用于任何填土区地形,适用性较高。此外,采用分层强夯的处理方法进行地基处理,可以显著提高地基的稳定性,且抗滑性较高。
(2)表层强夯
土方填筑地基时,可一次性填土到位,采用抛填法。土石混合料填筑采用分层堆填的方法,通过爆破、装车、堆卸、整平的顺序,使得土料混合均匀、级配合理。
表层强夯的夯击能较大,远远超过分层碾压的压实能,夯点常常处于超压密状态,对滑动面起到切割作用。表层强夯要求上层土的夯点压实墩切入下层,呈交错状态,进而加强层面简单锁紧作用。与分层强夯法相比,其优点包括:endprint
①适用于较多类型的土层,对回填土要求较低;
②因表层强夯法不需要对填土进行分层,可一次性对填土区进行处理,工作效率高,造价相对较低;
③对周围建筑物影响较小。
表层强夯法的局限性:填土厚度较大时,底部填土难以密实;填土厚度不均匀场地易造成后期地基的不均匀沉降。
2.3碎石桩法
碎石桩法加固砂土地基的主要机理是通过提高地基土的承载力,减少填土变形和增强地基湿陷性性,改变填土区的性质。
碎石桩法对填土区地基的加固作用体现在两个方面——置换作用及排水作用。
(1)置换作用
碎石桩法主要机理是置换作用,就是利用性能良好的碎石替代原本不良地基填土,进而达到增强地基强度的目的。由于碎石桩的刚性强度较填土的刚性强度大,而地基中应力分布常常按材料形变模量进行分配,因此,大部分载荷压力需要碎石桩来承担。
(2)排水作用
深厚填土区土体渗透性较差,抗剪能力低,设置滤透性和反滤性能好的碎石桩,能很好地加强土体性能。十堰市地处南方,雨水丰富,碎石桩法能有效改善填土固结排水路径,加快固结速度。
与其他地基处理方法相比,碎石桩法适用于堆积松散的砂土、粉土、粘土及杂填土等地基,可提高地基的承载能力,降低其压缩性。另外,碎石桩法还能处理液化地基,这是其他地基处理方法所不及的。
碎石桩的局限性主要是处理深度有限,一般在4至6米范围,最深一般不超过10米。
3.结语
本文结合十堰市具体工程地质情况,充分分析了地基处理的必要性后,针对不同要求,给出了符合十堰市工程特性的三种地基处理方案。以下为具体总结:
(1)分层碾压法。操作工艺简单,压实效果良好,环保,但工程造价较高,且在含水量较大的工程环境中不宜使用。
(2)强夯法。可进一步分为表层强夯法和分层强夯法两种,其工程造价较低,且适用于多种填土类型,适用性高。表层强夯法可一次性对填土区进行处理,施工效率高,且效果明显,是山区地基处理较为实用的方法。
(3)碎石桩法。其工程造价是这三种方法中最为便宜的,且由于其对地基处理的特殊作用,能被应用于液化地基处理中。作为对承载力要求不高,变形适应能力强的轻型建筑地基使用时,经济优势明显,碎石桩法是地基处理的首选之法。
参考文献:
[1]夏长华.深厚杂填土地基处理应用研究[D].中国地质大学(北京),2008.
[2]安明,韩云山.强夯法与分层碾压法处理高填方地基稳定性分析[J].施工技术, 2011,40(10):71-73.
[3]江立群.强夯置换碎石法在深厚杂填土地基处理中的试验研究[J].水电能源科学, 2012, (9).
[4]刘永红.碎石桩加固地基的机理研究[D].西南交通大学,2004.endprint