碱渣地基处理效果研究

摘 要：在采用氨碱法制碱时，会伴随产生大量的废渣废液，需要在渣场加以堆存。碱渣层属于软弱地基，渣池内碱渣力学强度较低，且碱渣颗粒极细，采用真空预压的方式，碱渣颗粒很容易堵塞塑料排水板，导致地基处理失败。选择合适的地基处理方式，处理碱渣地基，就是本次研究的重点。

关键词：地基处理;堆载法;沉降;水平位移

1 研究目的

本工程所属企业是世界上最大氨碱生产企业，目前产能已达到280万吨/年。虽然氨碱法具有产品纯度高、生产成本低、劳动效率高等优点，但该方法的主要缺点是排放大量的废渣废液，每产一吨纯碱约产生10m3的废渣废液。常规采用渣场加以堆存，随着废渣废液的排放越来越多以及土地成本越来越高，有必要通过渣场筑坝提高渣场储存量。

碱渣层属于软弱地基，渣池内碱渣力学强度较低，难以满足加高坝体对其的承载力要求，须对其先行加固处理。由于碱渣颗粒极细，采用传统的真空预压的方法，风险极大，且曾有试验区失败的先例，故考虑选用堆载法进行加固处理。

由于工程建设周期长、投入高、风险大，因此有必要先进行试验区的建立，研究堆载法进行地基处理是否可行，并达到以下几个目的：

（1）通过试验区工作，掌握堆载区碱渣层的形变情况，用以指导堆载，以确保堆载过程安全;

（2）通过坝基加固施工期全程监测来分析坝基碱渣在排水固结过程中的固结程度、强度增长和沉降变化规律，评价处理效果;

（3）通过坝基加固施工期全程监测来总结坝基碱渣在堆载预压过程中的变化规律及特点，为相关科学研究及工程设计提供数据支撑。

2 研究方法

本工程试验区通过进行加固区加固过程监测的方法，对加固效果进行评价，并论证堆载法对碱渣地基进行处理是否可行。在施工过程中，首先对预压区打入塑料排水板，然后进行逐层堆载。

2.1 碱渣地基地表沉降观测

在碱渣地基堆载过程中，对堆载区进行地表沉降观测。为确保研究数据有足够高的精度，能够满足研究需要，本试验区采用进口莱卡水准仪进行地表沉降观测。

根据现场情况，将沉降观测路线布设成网状形式，以便进行平差处理，提高观测精度，求得各点高程。在地基加固过程中测出各观测点高程为Hn，则高差ΔH=H0-Hn即为沉降值。外业观测结束后，及时整理每次测量观测点的高程，进而计算出各观测点的累计沉降值。

监测工作全部完成后，根据现场监测数据，采用“经验双曲线法”计算固结度，推算工后沉降，判断碱渣地基土体固结情况，从而对堆载法处理碱渣地基做出初步评价。

2.2 碱渣地基深层土体水平位移观测

为掌握堆载过程中碱渣内部水平位移随地基土层的变化情况，依据现场情况采用钻孔埋入法布设测斜管。在试验区施工之前完成测斜管的埋设工作，按设计要求布设，测斜管底部须埋入相对稳定的土层中。

通过观测碱渣地基在打板期以及堆载施工期间深层水平方向基础变化情况，判断碱渣地基处理效果，并根据监测数据指导堆载施工强度，防止坝基失稳滑坡。

监测深层土体水平位移可掌握土体的运动规律及施工区域周边土体位移变化规律，据以研究减小施工扰动的相关措施。先用地质钻机成孔，孔径应等于或大于89mm。然后将预先连接好的测斜管放入孔中。管底标高位于硬土层内。测斜管应竖直，埋置时应确保其中一组导向槽垂直于边线，测斜管就位后，采用中粗砂对测斜管与钻孔孔壁之间的空隙进行封堵，保证测斜管与周边土体形成整体，最后在管口装配保护盖。

通过观测土体侧向位移可掌握土体的运动规律及预测地基处理施工区周边土体位移变化规律，据以研究减小施工扰动的相关措施。

深层水平位移观测每次量测后应绘制深层土体水平位移随时间变化曲线，并绘制深层土体最大水平位移随时间变化曲线图。水平位移速率突然增大是一种报警信号，收到报警信号后，应立即对各种量测信息进行综合分析，判断施工中是否出现异常状况，并及时采取措施保证施工安全的对策。

测斜管埋设完毕后，测定导管的初始位置值，当土层发生侧向位移时，测斜管也会相应的产生形变。将测斜仪探头沿测斜管导槽底部自下而上每隔50cm测得读数并提拉而上，直至孔口测完各个读数X0，然后将探头取出旋转180°按照同样的方法测得X180，X0-X180为X方向在各部位的读数差。通过比较各位置的读数差与初始值，可求得各位置的相对位移变化量，即差数。对差数求和求得位移量，最后对同一位置的位移矢量合成，可求得沿深度的位移量。

3 研究数据结果

3.1 地表沉降监测数据

北侧坝体，共布置地表沉降4个断面12个测点，截至2021年8月21日各监测点在施工过程中沉降量统计见表1，现有荷载下加固体固结度推算值见表2。

各测点沉降数据与加载量之间的关系见下图所示。

根据各点位的沉降监测数据，采用“经验双曲线法”推算各沉降测点处的固结度。

采用“经验双曲线法时”，根据已拟合的实测S-t曲线，按照下式进行推算。

其中：S0—满载时，即t=0（假定）時的地基沉降量（mm）;

St—t时刻的地基沉降量（mm）;

α、β—与地基及荷载有关的常数，根据下图用图解法求出;

t—从满载开始的时间。

根据沉降数推算的固结度按下列公式计算：

其中：Ut—t时刻的固结度;

St—t时刻的地基沉降量（mm）;

S∞—地基的最终沉降量（mm）。

3.2 碱渣地基深层水平位移监测数据

北侧坝体，深层水平位移，共布设4个断面8个监测点，截至2021年8月21日各深层水平位移监测点数据统计见下表3。

4 分析评估

（1）通过本工程沉降监测数据及沉降与时间关系曲线分析，在坝体堆载施工期内，坝体存在明显的沉降，且沉降不均匀，坝基同一断面处，由外侧至内侧沉降递增，堆载施工期结束后坝体局部沉降未见收敛。

（2）通过本工程内部水平位移监测数据及随深度变化曲线分析，在坝体堆载施工期内，各监测断面存在较大水平位移，浅层土体偏向坝体外侧，下部土体由于固结收缩整体偏向于坝体方向，施工期间位移速率处于受控状态。

（3）结合本工程沉降、内部水平位移监测数据及固结度推算结果分析，本工程在坝体堆载施工期，坝基排水固结，反映出塑料排水板联合堆载法加固具有效果。

（4）本工程堆载施工过程中，根据监测数据及时提出建议，严控施工堆载强度，避免了坝基因施工堆载过快发生土体破坏的情况，充分体现了监测指导施工的重要作用。

5 结论

（1）本工程堆载期结束后，坝基固结过程持续进行，坝基整体沉降、内部水平位移监测数据未明显收敛，为确保坝基安全，防止坝基后期存在失稳滑坡现象，后续大面积施工期间，岸坡监测工作需要伴随地基处理全过程，在碱渣地基固结过程中，加强观测与日常巡视，直至各监测数据稳定可控。

（2）在后续大面积施工过程中，需要根据监测数据合理安排施工强度及施工工序，在作业影响区域现场必须加强边坡及构筑物变形监测。

（3）结合类似工程经验及本试验项目监测数据，建议对后续碱渣坝基（地基）处理时，可优先选用塑料排水板联合堆载法。

（4）坝基固结完成后，建议对加固体进行加固后检测，验证加固效果是否满足预期要求，为后续项目正式设计提供参考依据。

参考文献：

[1]陈少青，张吉.高含水量深厚碱渣地基处理及效果评价[J].山西建筑，2017，43（18）：52-53.

[2]李婧，贺海.滨海新区中央大道工程的碱渣地基处理设计[J].天津建设科技，2007（S1）：248-250.

[3]孙开妍，张吉.不同工艺处理深厚碱渣效果研究[J].天津建设科技，2021，31（4）：28-30.

[4]庄岗，董钢，付庭玉.唐山碱渣场蒸发池项目软基处理[J].水利规划与设计，2018（12）：156-159，202.

[5]陳运涛，尚德志，刘宝发.真空预压加固碱渣地基的应用与效果分析[J].河北工业大学学报，2012，41（1）：85-88.

作者简介：钟洲（1987— ），男，汉族，山东潍坊人，本科，工程师，研究方向：岩土工程勘察、地基基桩检测。