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吹填土地基处理详解

379 2020-06-09 08:56:32


     【摘要改革开放以来,随着东部沿海城市的开放,经济迅猛发展,土地需求日益增加,土地资源相对紧缺成了东部沿海城市不可忽视的一个问题。于是,填海造陆成为沿海城市解决土地资源短缺问题的必由之路。本文将主要介绍几种吹填土地基的方法。
     【关键字吹填土;地基;方法
       中图分类号: TU441 文献标识码: A

    
   一、前言
吹填土又名冲填土,是在整治和疏通江河行道时,用挖泥船和泥浆泵把江河和港口底部的泥砂通过水力吹填而形成的沉积土。在吹填过程中,泥沙结构遭到破坏,以细小颗粒的形式缓慢沉积,因而具有塑性指数大、天然含水量和孔隙比大、重度小、高压缩性、渗透性小等特点。由吹填土构成的地基,强度很差,一般不能直接用于工程建设,需要进行地基处理

吹填土

      二、吹填土地基处理方法概述
      吹填材料最理想的就是中粗砂,已有相应的处理方案,取得了一定的成绩。然而在很多地方,由于砂源紧缺和建设深港口的需要,不得不采用近海新近沉积的海底软土(粘性土)作为吹填料,由于吹填土是由水力吹填形成的,因此其成分和分布规律与所吹填的泥砂来源及吹填时的水力条件有着密切的关系。现在国内外出现了很多适用于吹填土的处理方法,这些方法主要从物理和化学两个方面来改善吹填土的工程性质。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。为了改善吹填土的工程性质,提高吹填土的承载力,有效降低吹填土的含水量是关键,吹填土的物质成分通常较为复杂,在大多数情况下,吹填的物质是粘土和粉土。以粘性土为主的吹填土,土中含有大量的水分,且排水困难,强度要经过一段时问后才能提高。吹填土的工程性。质与颗粒组成密切相关:含砂量较多的吹填土,其固结情况和力学性质较好;含粘土颗粒较多的吹填土,则多属于强度较低和压缩性较高的欠压密土,其强度和压缩性指标都比同类天然沉积土差。

       三、吹填土几种常见处理方法及应用

       1、强夯法
       强夯(动力固结)法具有经济易行、造价低廉、施工工期短、加固效果显著、适用土类广等众多优点,在世界各地的地基处理工程中得到了广泛应用。然而,工程实践中发现,应用强夯法处理地基时常常出现以下问题:场地地下水位过高,易造成地表严重液化、夯坑积水等问题,影响加固质量和安全生产;对于粘性土或夹淤质层砂土,由于强夯扰破坏了土体结构,导致土体渗透性降低,超静孔隙水压力难以消散,会出现“橡皮土”现象,难以实现真正的土体加固。
       1)低能量强夯法
       真空井点降水适合砂质土类的低能量强夯施工,通过降低水位可减少土体含水量,便于强夯施工和加快土体固结,提高强夯效果。低能量强夯对 0~6m 深土体均能起到不同程度的加固作用,但是表层 1.0m 范围内土层加固效果有限。静置 28d 后强度会有所增长,能够满足设计要求。第 1 遍比贯入阻力的增加幅度一般大于第 2 遍。因此第 1 遍强夯的质量控制尤为重要。低能量强夯对表层吹填土和砂质粉土均能提高其强度。对表层吹填土,主要是因为饱和土触变恢复作用;对砂质粉土,主要是由于饱和砂性土的局部液化作用。

低能量强夯法

       2)真空降水强夯法
       真空降水强夯法结合强夯法和真空井点降水的技术优点,有效地解决了强夯施工中的地下水问题。真空降水强夯法区别于强夯法及其他动力排水固结法的显著特点是:通过设置真空井点降水系统实现主动排水阻,快速消散超静孔隙水压力,避免强夯施工中的“地表液化”和“橡皮土”问题。同时,该法将真空降水和强夯穿插进行,使土体在重锤夯击、真空吸力及自身重力等动、静力共同作用下,短时间实现快速固结,促使饱和软粘土产生预变形和预沉降,土体强度得到显著提高。
       通过夯前降水,突破了规范中直接强夯应保证地下水位低于夯坑底 2m 的规定,扩大了强夯的应用范围。通过井点降水,解决了软粘性土中土体渗透性差的问题,保证夯击引起的超静孔隙水压力能够及时消散,避免“橡皮土”的出现。与传统动力排水固结法相比,该工法通过真空井点降水,实现主动排水,使超静孔隙水压力消散更快,从而显著节省工期。处理后的场地土体的天然地基承载力得到显著提高,并能有效消除负摩阻力和砂土液化。
       2、高真空击密法
       高真空击密法是软地基处理的一种新方法,它是将高真空排水与强夯击密两道工序相结合,对软士地基进行交替、多遍处理的一种方法。在两道工序交替、多遍处理过程中,高真空排水强制主动地排出孔隙水,为强夯击密创造条件;强夯击密激发出超孔隙水压力与高真空排水的高真空形成较高的压力差,从而促进了高真空排水效果。高真空击密法适合粘粒土含量低于 50%、塑性指数小于 10的粉质粘土、砂性土,对于粘粒土含量大于 50%的粘性土和淤泥质土工效较低。
      3、真空预压法
      真空预压法是在需要加固的软土地基表面先铺设砂垫层,然后埋设垂直排水管道,再用不透气的封闭膜使其与大气隔绝,薄膜四周埋入土中,通过砂垫层内埋设的吸水管道,用真空装置进行抽气,使其形成真空,增加地基的有效应力。
      当抽真空时,先后在地表砂垫层及竖向排水通道内逐步形成负压,使土体内部与排水通道、垫层之间形成压差。在此压差作用下,土体中的孔隙水不断由排水通道排出,从而使土体固结。主要反映在以下几个方面:薄膜上面承受等于薄膜内外压差的荷载;地下水位降低,相应增加附加应力;封闭气泡排出,土的渗透性加大。
      真空预压是通过覆盖于地面的密封膜下抽真空,使膜内外形成气压差,使粘土层产生固结压力。即是在总应力不变的情况下,通过减小孔隙水压力来增加有效应力的方法。真空预压和降水预压是在负超静水压力下排水固结,称为负压固结。真空预压施工前,应充分作好施工准备工作,制定施工技术措施。检验沙袋、聚氯乙烯薄膜及中粗砂是否符合技术标准及设计要求,并将检验报告提交监理工程师审核批准。在取得监理工程师批准后,开始进行真空预压的下一步施工。
      4、真空动力固结加固法
      真空动力固结法将强夯技术和真空降水结合起来,利用真空降水加速强夯过程中超静孔隙水压力消散和孔隙水排出,提高强度、降低压缩性、改善沙土抗液化条件。
      真空动力固结加固吹填土地基,关键要解决好超静孔隙水压力消散和孔隙水的排出问题,使夯击能有效作用于吹填土颗粒骨架上起到最优加固效果。单击夯击能不宜过大也不能太小,过大容易造成原状土结构过分扰动且不经济,过小不能有效加固深层土体。
      5、换填法换填法又称换土法。
     所谓换土法是指将路基范围内的软土清除,用稳定性好的土、石回填并压实或夯实。在公路施工中,一般采用的是开挖换填天然砂砾,即在一定范围内,把影响路基稳定性的淤泥软土用挖掘机挖除,用天然砂砾进行换置,开挖换填深度在 2m 以内,采用分层填筑、分层压实、分层检测压实度的方法施工。从而改变地基的承载力特性,提高抗变形和稳定能力。在换填过程中,对于换填的天然沙砾中石头的粒径、含量和级配也应充分考虑,最好做试验检测,避免无法压实而引起沉降。

   
 四、结束语
    随着经济的发展和城市基本建设的蓬勃开展,因而对土地资源的要求日益迫切,将疏浚出来的淤泥用来填海造陆,已成为沿海城市缓解土地资源紧张的有效途径。然而,不同的吹填土处理方法都有其自身的不足,我们应在现有的基础上更加努力,更好地完善现有技术。 

 

 参考文献
[1] 刘莹,王 清.江苏连云港地区吹填土室内沉积试验研究[J].地质通报,2006,25(6):763~765.
[2]叶书麟,叶观宝.地基处理[M].中国建筑工业出版社,1997.
[3]朱文宇,殷诗宝.强夯处理在大面积吹填土中的应用[J].粮食与食品工业,1997,(4):36~38.
[4]于志强,朱耀庭.喻志发.真空预压法加固软土地基的影响区分析[J].中国港湾建设,2001(01):26-30




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本文原始作者:河北建设勘察研究院有限公司 段勇凯