[南京園林綠化]水利堤防工程：軟土地基處理

2017-05-19 瀏覽319次

 軟土地基是指壓縮層主要為淤泥，淤泥質(zhì)土或其他高壓縮性土構(gòu)成的地基。承載能力很低，一般不超過50kN/m2,。軟粘土中最常見的工程地質(zhì)最差的要數(shù)淤泥質(zhì)土。通常工程上把天然孔隙比大于或等于1.5的粘性土稱為淤泥，而把孔隙比大于1.0小于1.5的稱為淤泥質(zhì)土。其主要特性有以下幾點(diǎn)： 

    1.軟土地基的特性 

    1.1孔隙比和天然含水量大 

    我國(guó)軟土的天然孔隙比一般e=1~2之間，淤泥和淤泥質(zhì)土的天然含水量w=50~70%,一般大于液限，高的可達(dá)200%。 

    1.2壓縮性高 

    我國(guó)淤泥和淤泥質(zhì)土的壓縮系數(shù)一般大于0.5MPa-1,建造在這種軟土上的建筑物將發(fā)生較大的沉降，尤其是沉降的不均性，會(huì)造成建筑物的開裂和損壞。 

    1.3透水性弱 

    軟土含水量大，可是透水性卻很小，滲透系數(shù)k≤1(mm/d),由于透水性如此微小，土體受荷載作用后，往往呈現(xiàn)很高的孔隙水壓力，影響地基的壓密固結(jié)。 

    1.4抗剪強(qiáng)度低 

    軟土通常呈軟塑~流塑狀態(tài)，在外部荷載作用下，抗剪性能極差，根據(jù)部分資料統(tǒng)計(jì)。我國(guó)軟土無側(cè)限抗剪強(qiáng)度一般小于30kN/cm2（當(dāng)于0.3kg/cm2），不排水剪時(shí)，其內(nèi)摩擦角∮幾乎等于零，抗剪強(qiáng)度僅取決于凝聚力C,C<30kN/m2,固結(jié)快剪時(shí)，∮一般為5~15°，因此，提高軟土地基強(qiáng)度的關(guān)鍵是排水。如果土層有排水出路，它將隨著有效壓力的增加而逐步固結(jié)。反之，若沒有良好的排水出路，隨著荷載的增大，它的強(qiáng)度可能衰減。在這類軟土上的建筑物盡量采用“輕型薄壁”，減輕建筑荷重。 

    1.5靈敏度高 

    軟粘土上尤其是海洋沉積的軟粘土，在結(jié)構(gòu)未破壞時(shí)具有一定的抗剪強(qiáng)度，但一經(jīng)擾動(dòng)，抗剪強(qiáng)度將顯著降低。軟粘土受到振動(dòng)后強(qiáng)度降低的特性可用靈敏度（在含水量不變的條件下，原狀土與重塑土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度之比）來表示，軟粘土的靈敏度一般在3~4之間，也有更高的情況。因此，在高靈敏度的軟土地基上筑堤時(shí)應(yīng)盡量避免對(duì)地基土的擾動(dòng)。沖填土是水力沖填形成的產(chǎn)物。含砂量較高的沖填土，其固結(jié)情況和力學(xué)性質(zhì)較好，含粘粒較多的沖填土往往強(qiáng)度較低，壓縮性較高，具有欠固結(jié)性。 

    雜填土大多由建筑垃圾，生活垃圾和工業(yè)廢料堆填而成，因此在結(jié)構(gòu)上具有無規(guī)律性。以生活垃圾為主的雜填上，腐殖質(zhì)含量較高，強(qiáng)度較低，壓強(qiáng)性較大。以工業(yè)殘?jiān)鼮橹鞯碾s填上，可能含有水化物，遇水后容易發(fā)生膨脹和崩解，使填土強(qiáng)度降低。 

    2.軟土地基上堤防失穩(wěn)的破壞機(jī)理 

    引起軟土地基上堤防滑動(dòng)破壞的根本原因，在于軟弱地基中某個(gè)面上的剪應(yīng)力超過了它的抗剪強(qiáng)度，穩(wěn)定平衡遭到破壞。主要有兩方面因素：1.由于剪應(yīng)力的增加，例如大堤施工中上部填土荷重的增加；降雨使土體容重增加；水位降落產(chǎn)生滲流力。地震、打樁等引起的動(dòng)荷載等。2.由于軟土地基本身抗剪強(qiáng)度的減小。例如孔隙水應(yīng)力的升高；氣候變化產(chǎn)生的干裂，凍融，粘土夾層因浸水而軟化以及粘性土的蠕變等。 

    對(duì)堤防工程進(jìn)行穩(wěn)定分析時(shí)，通常是將假想滑動(dòng)面以上土體看作剛體，并以它為脫離體，分析在極限平衡條件下其上各種作用力，并以整個(gè)滑動(dòng)面上的平均抗剪強(qiáng)度與平均剪應(yīng)力之比來定義它的安全系數(shù)，即： 

    Tf/T=Fn 

    式中:Fn——堤防穩(wěn)定安全系數(shù); 

    Tf——滑動(dòng)面各土體的平均抗剪強(qiáng)度; 

    T——作用于滑動(dòng)面上的平均剪應(yīng)力. 

    Fn>1土體處于穩(wěn)定狀態(tài); 

    Fn<1土體處于滑動(dòng)狀態(tài)或有滑動(dòng)的趨勢(shì); 

    Fn=1土體處于臨界狀態(tài).因此,要使處于滑動(dòng)狀態(tài)或有滑動(dòng)趨勢(shì)的土體達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),必須Fn>1(堤防工程等級(jí)不同,取值也不同,通常在1.05~1.30之間),通常有兩種方法:①提高土體的抗剪強(qiáng)度,使孔隙水應(yīng)力充分消散,如對(duì)地基進(jìn)行加固等;②減小作用在土體上的剪應(yīng)力,如減小堤防的橫斷面積,盡量避免對(duì)堤防的擾動(dòng)等.第一種方法在工程中被廣泛采用. 

    3.軟土地基上筑堤常用的地基處理方法及適用條件 

    3.1堤身自重?cái)D淤法 

    堤身自重?cái)D淤法就是通過逐步加高的堤身自重將處于流塑態(tài)的淤泥或淤泥質(zhì)土外擠,并在堤身自重作用下使淤泥或淤泥質(zhì)土中的孔隙水應(yīng)力充分消散和有效應(yīng)力增加,從而提高地基抗剪強(qiáng)度的方法.在擠淤過程中為了不致產(chǎn)生不均勻沉陷,應(yīng)放緩堤坡,減慢堤身填筑速度,分期加高.其優(yōu)點(diǎn)可節(jié)約投資.缺點(diǎn)是施工期長(zhǎng).此法適合于地基呈流塑態(tài)的淤泥或淤泥質(zhì)土,且工期不太緊的情況下采用. 

    3.2拋石擠淤法 

    拋石擠淤法就是把一定量和粒徑的塊石拋在需進(jìn)行處理的淤泥或淤泥質(zhì)土地基中,將原基礎(chǔ)處的淤泥或淤泥質(zhì)土擠走,從面達(dá)到加固地基的目的.一般按以下要求進(jìn)行:將不易風(fēng)化的石料(尺寸一般不宜小于30cm)拋填于被處理堤基中,拋填方向根據(jù)軟土下臥地層橫坡而定.橫坡平坦時(shí)自地基中部漸次向兩側(cè)擴(kuò)展;橫坡陡于1:10時(shí),自高側(cè)向低側(cè)拋填.最后在上面鋪設(shè)反濾層.這種方法施工技術(shù)簡(jiǎn)單,投資較省,常用于處理流塑態(tài)的淤泥或淤泥質(zhì)土地基. 

    3.3墊層法 

    墊層法就是把靠近堤防基底的不能滿足設(shè)計(jì)要求的軟土挖除,代以人工回填的砂.碎石,石渣等強(qiáng)度高,壓縮性低,透水性好,易壓實(shí)的材料作為持力層.可以就地取材,價(jià)格便宜,施工工藝較為簡(jiǎn)單,該法在軟土埋深較淺,開挖方量不大的場(chǎng)地較常采用. 

    3.4壓砂井法 

    預(yù)壓法是在排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)的相互配合作用下,使地基土中的孔隙水排出.常用的排水系統(tǒng)有水平排水墊層,排水砂溝或其它水平排水體和豎直方向的排水砂井或塑料排水板;加壓系統(tǒng)有堆載預(yù)壓,真空預(yù)壓或降低地下水位等.當(dāng)堆載預(yù)壓和真空預(yù)壓聯(lián)合使用時(shí)又稱真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法. 

    基本做法如下:先將擬加固范圍內(nèi)的植被和表土清除,上鋪砂墊層,然后垂直下插塑料排水板,砂墊層中橫向布置排水管,用以改善加固地基的排水條件,再在砂墊層鋪設(shè)密封膜,用真空泵將密土膜以內(nèi)的地基氣壓抽至80kpa以上. 

    該方法往往加固時(shí)間過長(zhǎng),抽真空處理范圍有限,適用于工期要求較寬的淤泥或淤泥質(zhì)土地基處理.流變特性很強(qiáng)的軟粘土,泥炭土,不宜采用此法. 

    3.5振動(dòng)水沖法 

    振沖法是利用一類似插入式混凝土振搗器的機(jī)具,稱為振沖器,有上.下兩個(gè)噴水口,在振動(dòng)和沖擊荷載的作用下,先在地基中成孔,再在孔內(nèi)分別填入砂.碎石等材料,并分層振實(shí)或夯實(shí),使地基得以加固. 

    用砂樁,碎石樁加固初始強(qiáng)度不能太低(初始不排水抗剪強(qiáng)度一般要求大于20KPa),對(duì)太軟的淤泥或液位泥質(zhì)上不宜采用. 

    石灰樁,二灰樁是在樁孔中灌入新鮮生石灰,或在生石灰中摻入適量粉煤灰,火山灰(簡(jiǎn)稱為二灰),并分層擊實(shí)而成樁.它通過生石灰的高吸水性,膨脹后對(duì)樁周土的擠密作用,離子交換作用和空氣中的CO與水發(fā)生酸化反應(yīng)使被加固地基強(qiáng)度提高. 

    3.6旋噴法 

    旋噴法是利用旋噴機(jī)具造成旋噴樁以提高地基的承載能力，也可以作連鎖樁施工或定向噴射成連續(xù)墻用于地基防滲。旋噴樁是將帶有特殊噴嘴的注漿管置于土層預(yù)定深度后提升，噴嘴同時(shí)以一定速度旋轉(zhuǎn)，高壓噴射水泥固化漿液與土體混合并凝固硬化而成樁。所成樁與被加固土體相比，壓縮性小。 

    該方法適用于沖填土、軟粘土和粉細(xì)砂地基的加固。對(duì)有機(jī)質(zhì)成分較高的地基土加固效果較差，宜慎重對(duì)待。而對(duì)于塘泥土，泥炭土等有機(jī)質(zhì)成分極高的土層應(yīng)禁用。 

    3.7強(qiáng)夯法 

    強(qiáng)力夯實(shí)是將80KN就是相當(dāng)于8t以上的夯錘，起吊到很高的地方（一般6-30m),讓錘自由落下，對(duì)土進(jìn)行夯實(shí)。經(jīng)夯實(shí)后的土體孔隙壓縮，同時(shí)，夯點(diǎn)周圍產(chǎn)生的裂隙為孔隙水的出逸提供了方便的通道，有利于土的固結(jié)，從而提高了土的承載能力，而且夯后地基由建筑荷載所引起的壓縮變形將大為減小。強(qiáng)夯法適用于河流沖積層黃土、粉土、泥炭、雜填土等各種地基。 

    3.8土工合成材料加筋加固法 

    將土工合成材料平鋪于堤防地基表面進(jìn)行地基加大，能使堤防荷載均勻分散到地基中。當(dāng)?shù)鼗赡艹霈F(xiàn)塑性剪切破壞時(shí)，土工合成材料將起到阻止破壞面形成破壞發(fā)展范圍的作用，從而達(dá)到提高地基承載力的目的。此外，土工合成材料與地基土之間的相互摩擦將限制地基土的側(cè)向變形，從而增加地基的穩(wěn)定性。 

    

    4.結(jié)束語 

    南京園林工程提醒以上這幾個(gè)問題是針對(duì)堤防工程軟土基處理工程必須要掌握的方法，一定要加強(qiáng)注意，這也是影響工程質(zhì)量的關(guān)鍵。