抛石挤淤在软土地基处理中的应用.docx

抛石挤淤在软土地基处理中的应用3平 1 ,陈利群 2李( 1. 益阳市金城建筑工程公司 ,湖南 益阳 413000; 2. 益阳市城市建筑设计有限公司 ,湖南 益阳 413000 )摘 要 :抛石挤淤是工程中对淤泥质软土地基进行加强处理常采用的一种方法 。它具有工艺简单 、施工方便 、加强效果明显 、经济效益显著等特点 。通过工程实例 ,介绍了采用抛石挤淤进行软土地基处理的过程 ,并分析了处理效果 。关键词 :软土 ;地基处理 ;抛石挤淤 ;挤密置换中图分类号 : tu471. 8文献标识码 : a文章编号 : 1671 - 0231 ( 2009) 02 - 0103 - 04软土是指在静态或缓慢的流水环境中沉积 ,具有含水率大 、孔隙比大 、压缩性高 、强度低等特点的黏性土 1 ,其地基承载力较低 ,一般都需要采取地基加强措施进行处理才能满足工程建设的需要 。 软土地基加强处理的理论和手段在不断发展 。按其加强性质大致可分为浅层处理法 、排水固结法 、复合地基法和动力固结法 4种 2 。地基加强措施应根据地貌特征 、软土特性及成层情况 、软土底面横坡 、现 场条件及工期等实际情况 ,进行技术与经济的比较 ,然后确定处理方案 。抛石挤淤法属于排水固结法中的一种 ,一般适用于厚为 34 m 的软土层和常年积水且不易抽干的湖 、塘 、河流等积水洼地 ,以及表层无硬 壳 、软土的液性指数大的情况 3 ,它具有工艺简单 、施工方便 、加强效果明显 、经济效益显著等特点 ,是工程中进行软土地基加强处理常采用的方法 。1 抛石挤淤地基处理原理抛石挤淤是对含水量高 、孔隙比大 、透水性弱 、抗剪强度低的软土地基 ,利用振动碾压机器 ,加入片石 , 对片石进行振动碾压 ,淤泥质粘土由于受振动 、挤压 、扰动等原因 ,土的结构产生破坏 ,当片石被挤入后 ,土 粒颗粒重新调整 ,孔隙水通过片石排出 ,孔隙压力逐渐消散 ,使下卧层的淤泥质粘土的性质得到改善 。通 过片石的置换挤密作用 ,使片石充分挤填到软土中 ,形成片石地基层 ,以提高地基承载力 ,减少沉降 ,片石 地基层的淤泥质粘土结构经重新调整 ,且片石本身具有良好的透水性 ,因此可加速地基固结 ,使淤泥质粘 土的结构强度得到恢复及提高 。2 工程实例2. 1 概况长沙市某别墅小区 ,其三组团西侧为农田 ,农田比小区绿化带标高约低 4. 0 m ,根据总图设计 ,该部位 设置了毛石挡土墙 ,解决农田与小区绿化带之间的高差 ,设计要求挡土墙以下地基承载力的标准值 fak为130 kpa以上 。经湖南省某地质工程勘察公司对该场地地质情况进行钻探勘察 ,其结果显示该场地内地层自上而下 共分为 5层 (如图 1 所示 ) : ( 1 )耕植土 ,深灰色 ,可塑 ,湿 - 很湿 ,见少量砾石及植物根系 ,层厚 0. 5 m 1. 2m; ( 2 )淤泥质土 , 灰 黑 色 , 软 塑 - 可 塑 , 湿 - 饱 水 , 具 异 味 , 摇 震 反 应 不 明 显 , 干 强 度 、韧 性 中 等 , 层 厚3. 1 m 4. 5 m; ( 3 )粉质粘土 ,黄褐色夹红色 ,可塑 - 硬塑 ,含灰白色高岭土条带及黑色铁锰质核 ,局部少 量砾石 ,干强度 、韧性中等 。该层在场地内分布均匀 ,层厚 1. 8 m 5. 5 m; ( 4 )粉质粘土 ,黄褐色 - 黑褐色 ,3收稿日期 : 2009 - 03 - 29作者简介 : 李 平 ( 1972 - ) ,男 ,湖南郴州人 ,工程师 ,研究方向 : 砌体结构理论研究 。103硬塑 ,无摇震反应 ,局部含板岩碎块 ,是下伏基岩风化残积而成 ,干强度 、韧性中等 。该层在场地内分布均匀 ,层厚 0. 8 m 3. 5 m; ( 5 )板岩强风化 ,褐红色 ,灰白色 ,淤泥结构 ,碎块状构造 ,节理 、裂隙发育 ,岩心破 碎 ,质软 ,用手可捏碎 ,遇水软化 ,岩体基本质量等级为 级 。该层在本场地内分布均匀 , 控制厚度大于617 m。地下水位于地面以下 0. 5 m 处 。图 1 土层分布图2. 2 抛石挤淤地基处理方法及要求基于以上情况 ,该挡土墙基础将大部分都处于淤泥质粘土层内 ,该层的承载力特征值为 50 kpa,工程 地质条件差 ,不能满足设计要求 。笔者作为施工方与其他相关的单位人员在综合分析了工程造价 、施工进度及处理效果等因素后 ,决定采用抛石挤淤方案进行地基加强处理 ,以提高地基承载力 。2. 2. 1 施工方法 抛石挤淤施工方法可按以下步骤进行 :( 1 )根据挡土墙基础设计宽度每边加 1. 5 m 的尺寸进行基坑放线 ,确保片石地基的顶面宽度大于挡土墙的基础设计宽度每边 1. 0 m;( 2 )根据施工放样位置开挖出边沟基坑 ,并超挖 80 cm 100 cm;( 3 )向基坑依次抛入粒径不同的片石 ,使小片石充分填充大片石的孔隙 ,用人工配合泥浆泵排除基坑 的淤泥质和积水 ,边抛片石边排淤泥质 ,并人工平整填塞片石 ;( 4 )抛入一定量的片石后 ,用履带式推土机进行稳压 ,再抛入一层片石并稳压 ,依次重复直至无沉降或无明显沉降为止 ;( 5 )当抛入片石的顶面标高超过设计标高的 5 cm 10 cm 后 ,在片石的上方加铺一层 10 cm 15 cm 厚的级配砂砾石 ,然后进行人工平整 、推土机稳压 、振动压路机反复碾压等工序 ,直至碾压稳定 ,无沉降或 无明显沉降为止 。2. 2. 2 质量控制( 1 )开挖时基坑不宜残留塑性粘性土 ,避免塑性粘性土与片石一起挤入淤泥质粘土时 ,淤泥质粘土含 水量减少 ,易形成浅层的“硬土层 ”。( 2 )片石材料应使用块径不小于 30 cm 的坚硬片石 ,当片石露出水面时 ,改用块径较小的片石 ,抛填 片石尺寸大小应有搭配 ,才能增加抛石体的密实性 。( 3 )每次填料不宜过厚 ,如果过厚 ,容易造成振动能量减弱 ,对淤泥质粘土起不到振动破坏作用 ,片石难于挤入 。2. 3 处理效果根据建筑地基基础设计规范 ( gb 50007 - 2002 ) 4 和建筑地基处理技术规范 ( j gj79 - 2002 ) 5 的 有关规定 ,应进行地基承载力验算 、软弱下卧层承载力验算 、挡土结构的抗滑移和抗倾覆验算 。本文仅对 该挡土墙工程的地基承载力和软弱下卧承载力进行验算 。经现场开挖确定片石挤入厚度达 2. 6 m ,取长度 1. 0 m 的挡土墙对其地基承载力及软弱下卧层承载 力验算如下 (图 2 ) 。104图 2 挡土墙受力分析图( 1 )计算挡土墙自重 :gk = c v。式中 , gk 为单位长度内的挡土墙自重标准值 ;c 为挡土墙的重度 , 取 c墙的体积 , 计算得 v = 6. 08 m3 。 经计算得 : gk = 151. 9 kn。( 2 ) 计算主动土压力 :( 1 )= 25 kn /m; v为单位长度内的挡土 12ea = c h ka ,( 2 )2= ea co s ( - ) ,= ea sin ( - ) 。( 3 )( 4 )eazeax式中 , ea 为主动土压力 ; eaz 为主动土压力的竖直分量 ; eax 为主动土压力的水平分量 ;c 为挡土墙的填土压3力增大系数 , 取 c = 1. 0;为填土的重度 , 取 = 18. 0 kn /m ; h为挡土结构的高度 , 取 h = 5. 3 m; ka 为主动土压力系数 , 查表得 ka = 0. 3;为挡土墙墙背的倾角 , 取 = 79 ;为土对挡土墙墙背的摩擦角 , 取 = 15。经计算得 : ea = 75. 8 kn; eaz = 33. 4 kn; eax = 68. 0 kn。( 3 ) 基础底面处的地基承载力验算 。根据地勘单位对地基加强处理后的地基承载力的建议取值 ,现取2片石地基的承载力为= 150 kn /m 。fck gk + eazpk =,( 5 )b( 6 )m = gk x0 + eax zf+ eaz xf ,m( 7 )e =,gk + eaz 2 gk + eaz 。( 8 )pkm ax=3 la式中 , pk 为相应于荷载效应标准组合时 , 基础底面处的平均压力值 ; b为基础宽度 , b = 2. 56 m; m 为偏心力105矩 ; e为偏心距 ; w 为基础底面的抵抗矩 , w = 1. 1 m3 ; x 为挡土墙自重作用线到基础底面中心的距离 , x =000. 12 m; zf 为主动土压力的水平分量 eax 到基础底面中心的距离 , zf = 1. 4 m; xf 为主动土压力的竖直分量eaz 到基础底面中心的距离 , xf = 0. 94 m; pkm ax 为基础底面的最大压力 ; l为垂直于力矩作用方向的基础底b面边长 , 取 l = 1. 0 m; a 为合力作用点至基础底面积最大压力边缘的距离 a =- e。2 b b经计算 : pk = 42. 7 kpa; m = 82. 0 kn. m;= 0. 64 m e = 0. 45 m = 0. 43 m;46pkm ax= 153 kpa 1. 2 fck = 180 kpa。由此可见 ,地基承载力满足要求 。( 4 ) 下卧软弱层承载力验算 。因本软土地基的处理是在原淤泥质土中抛入片石并经压实 ,故下卧软弱 层的顶面的压应力需作调整 ,即需考虑片石垫层对软弱层的附加应力 。pz + pcz faz ,= fak +dm ( d + z - 0. 5 )b ( pk - pc )( 9 )( 10 )faz,pz=b + 2 z tan,( 11 )= m h。( 12 )pcz式中 , pc 为基础底面处土的自重压力值 ; pcz 为软弱下卧层顶面处土的自重压力值 ; pz 为相应于荷载效应标准组合时 , 软弱下卧层顶面处的附加压力值 ; fak 为淤泥质粘土承载力标准值 , 取为 60. 0 kpa; faz 为垫层底 面处的淤泥质粘土经深度修正后的地基承载力特征值 ;d 为淤泥质粘土埋深的承载力修正系数 , 取为3110;m 为软弱层顶面到自然地面土层的加权平均重度 ,地下水位以上取 20. 0 kn /m ,地下水位以下取浮重度为 11. 0 kn /m3 ; h为自然地面到软弱层顶面的距离 ,取为 3. 4 m;为垫层的压力扩散角 , 取为 30 ; d为 基础埋置深度 , 本工程为 1. 3 m; z为基础底面下垫层的厚度 , 本工程为 2. 6 m。按上述公式进行计算得 : pc = 14. 4 kpa; pcz = 37. 4 kpa; pz = 13. 0 kpa; faz = 112. 2 kpa; pz + pcz = 5014 kpa faz = 112. 2 kpa。由此可见 ,软弱下卧层承载力满足要求 。长沙市某别墅小区工程已于 2006年 10月竣工并投入使用 ,历时已两年多 ,笔者作为该工程的施工方曾多次去现场察看工程的质量 ,该挡土墙基础及墙身运行良好 ,均未发现明显的沉降和变形等现象 ,且这 次的地基加强处理仅用 15 d就已完成 ,耗资总计约 12 万元 。如果采用人工挖孔桩 、预应力管桩 、地基深层搅拌固结等其它的地基处理方法 ,经济效益都不明显 。该项目采用抛石挤淤地基处理效果显著 ,又经济 省时 ,地基承载力得到有效提高 ,不均匀沉降隐患消除 ,并且随时间推移 ,孔隙水压逐渐消散 ,下卧层软土 承载力可进一步提高 。抛石挤淤法提高了地基承载力 ,速度快 ,无污染且工程造价低 ,施工周期短 ,是比较理想的一种地基处 理方式 ,可结合具体情况进一步推广使用 。参考文献 : 1 曹国照