昆明集装箱中心站软土地基勘察及处理方法

昆明集装箱中心站软土地基勘察及处理方法张显明【摘要】通过对昆明集装箱中心站站场范围软土地基勘察及处理方法的总结，阐述了该地区的软土特性，探讨了对沉降要求很高的全刚性基础下软土地基勘探点的布置原则、钻进、取样、试验方法及软土地基的处理措施.【期刊名称】《铁道勘察》【年(卷)，期】2006(032)004【总页数】3页(P51-52,72)【关键词】软土;勘察;处理;全刚性基础;沉降【作者】张显明【作者单位】中铁工程设计咨询集团有限公司，北京,100020【正文语种】中文【中图分类】U2昆明铁路集装箱中心站为国内在建的第一个铁路集装箱中心站，其设置地点在昆明铁路枢纽内南昆铁路线上的昆明南站。该站地处昆明市呈贡县王家营地区，距昆明市20km，距呈贡县7.5km，地理位置优越，交通方便，附近有昆玉、安石等高速公路通过。站区地处昆明滇池断陷盆地边缘，属洪积平原及残丘区，地形略有起伏，低洼地带均被垦为农田及果林。经勘察发现集装箱堆放区范围有软土分布。集装箱中心站要求地基为全刚性结构设计，对地面沉降要求很高(不得大于30mm)，彻底查清区内软土并提出有效的处理方法显得尤为重要。1软土特性1.1软土一般特性软土一般系指天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、透水性小、承载力低的软塑状态粉质黏土和黏土，颜色为黑、灰黑、灰绿、青灰、灰白等，其中含有机质、腐植质，多具臭味。1.2集装箱中心站内软土特性较高的含水量其天然含水量为28.2%-68.8%，且超过液限含水量，塑性指数Ip=17.9~35.9,液性指数IL=0.94~1.51,呈软塑及流塑状态，地下水埋藏浅，水量较丰富，水质矿化度较高。土体颗粒粒径小富含粉粒及黏粒，透水性很差，渗透系数很低，k值一般介于1.86-4.9x10-8m/d，甚至于不透水，因而地下水在土中长期滞留，排泄困难。孔隙比大e=0.843-1.993，大于1或接近于1,土体中有较大的孔隙水压力，呈海棉状结构，具高压缩性。高压缩性压缩系数a0.1~0.2=0.52~1.45MPa-1，压缩模量Es=1.44~2.8MPa，属于高压缩性土，在上部荷载作用下会产生大的压缩沉降，而且这种沉降长期难以消失。⑸抗剪强度低黏聚力C值一般为12.6-35.4kPa，内摩擦角中=5~11.7°。软土体抗剪切变形差，容易使铁路路堤失稳而产生滑移。(6)固结系数小Cu平均值为0.31-1.28x10-3cm/s，土体完成固结时间较长，路堤稳定要有一定的时间做保证。为使路基稳定，施工时必须严加控制填土的厚度及加载的快慢，使土体沉降速率和侧向变形速率均在允许范围内，以保证稳定安全。灵敏度高St为2~8,土的原生结构遭到破坏时触变大。原位测试静力触探单桥Ps=200~700kPa。2勘察方法2.1勘察内容勘察中着重查明场区内地质构造、地层结构(特别是硬壳层、软土层和下卧层，以及土层中砂层、夹杂物的分布情况)、地貌特征和软土分布范围、成因类型、沉积年代、埋藏条件、物理力学性质以及地下水的特性，同时查明周围已有类似工程建筑物对地基强度和稳定性产生的影响，为本工程勘察提供参考。2.2勘探点取样及试验综合利用各种勘察方法，包括钻孔、静力触探点、试坑，在纵向横向间距10~50m左右布置1个勘探点。钻进工艺采用回转或冲击钻进，以全孔取样为好，操作时应快钻慢提，防止真空引起孔壁收缩和塌孔。取样以钻孔试坑相结合的方法，宜用压入法，钻孔取土器宜采用薄壁长口活塞式取土器，取样间距一般为1~2m。试验方法除室内试验外，原位测试方法有：静力触探和十字板剪切试验。静力触探可以获得每层软土的主要力学指标和沿深度变化的力学剖面，测试应在钻探及挖试坑前进行，以其结果确定钻探的深度和取样的位置。十字板试验在勘探孔内可直接测定软土天然抗剪强度随深度分布的情况，是获得稳定计算参数的重要手段。一般在软土厚度大于3m时做十字板剪切试验。本工程重点考虑计算沉降问题，因此特别强调了取土的数量、质量，并加强了土工试验中压缩系数、弹性模量等项目的精确性操作，以便为后续设计提供最接近实际的地基设计参数。3软土地基的评价软土地基的评价，应着重于软土的变形和强度特征以及作为天然地基的可能性。当采用人工地基时，还需提出地基处理或加固措施的建议。3.1软土分布及结构根据勘察资料，结合地形、地貌特点，阐明软土分布及变化特点，分析软土各结构层，如硬壳层、排水层的厚度及其特性。3.2测试结果分析根据钻探原始记录和土样描述，结合当地经验数据和原位测试资料，评价分析不同测试方法对各种参数的影响。3.3受力分析地基主要受力层中有薄砂夹层或砂土互层时，要根据其排水固结条件，判定其对地基的影响。当地基主要受力层内有坡度大于10%的倾斜基岩面或其他软硬地层接触面时，要判定地基产生滑移和不均匀沉降的可能性。3.4容许承载力计算按抗剪强度指标计算地基土的容许承载力时，要根据加荷速率与地基土的排水固结条件，合理选择抗剪强度值。3.5水文地质条件评价过量抽取地下水会引起承压水头的改变而导致局部或大面积的地面沉降。软土地基的评价应考虑上述因素和软土地基承载力与变形因素相互之间的关系，进行综合比较。4软土处理方法4.1一般的软土处理方法换填措施或抛填片石一般厚1~3m的浅层软土处理可采取此方法，适用于路基工程。堆载预压法当快速填筑路堤时，地基会发生剪切破坏，此种方法是在填筑路堤时分层分级施加荷载，从而控制加载速率，避免地基发生破坏，达到地基强度慢慢提高的效果。这种方法不需要特殊的施工机械和材料，但需要很长的时间，在当前尚难普遍推广。当工期紧、投资大，项目未批准前不能征地，资金也无着落的情况下，无法采用此种方法。反压护道法在路堤的两侧填筑一定高度和宽度的护道，以达到路堤稳定的方法，起平衡抗滑的作用。此种方法有效且经济合理，不需控制填土的速度，能采用机械化快速完成路基填筑；但土方量大，占地多，更重要的是沉降期延长，特别是后期的沉降量较大，对于铁路竣工后路基的最终沉降控制不能满足要求，故此法要因地制宜的采用。真空排水预压法先在需要加固的软基上设一定间距的砂井，然后铺上砂垫层，再将不透气的薄膜铺设在砂垫层上，借助于埋设在砂垫层中的管道，通过射流泵，将膜下软土层中的空气和水抽出，使土体排水固结。此法缺点也是工期较长，不适用于本工程。袋状砂井处理法袋状砂井的布置一般采用梅花形，砂井的间距为1.0-1.5m,深度视软土埋置深度而定。一般不单独使用，常与砂垫层、加载法、压重法并用，对厚层软土地基效果最好，地基中夹有砂层和泥炭质土层时效果差一些。(6)石灰桩与粉喷桩石灰桩法是用生石灰在地基内形成桩柱，靠生石灰的吸水作用使地基疏干，靠化合作用使地基凝固，从而减少沉降，提高地基强度，与此类似的方法有水泥桩、碎石桩等。粉喷桩是石灰桩的发展，此法在土中钻进时，利用压缩空气喷射生石灰粉或水泥干粉，与软土强制搅拌。利用软土中所含水分，使粉料与软土产生物理、化学变化，以达到提高地基承载力，减少地基沉降量的目的。这种方法与灌注水泥浆液的深层搅拌法类似，但其原理不同，适用对象亦不同。对软黏土而言，石灰较水泥效果好，但对砾砂层而言，用水泥形成强度较大的混凝土，明显优于石灰。因此水泥粉适用于含砂量较大的软土中，而石灰粉适用于纯软土或含砂量低的的软土。⑺其他方法主要有塑料板排水法、电渗法等软土地基加固方法。4.2本工程选用的软土处理方法综合考虑该场地内软土的分布规模、厚度，以及软土的各项土工化验结果，结合以往南方地区处理软土的实际成果和经验教训，最终选择了粉喷桩作为本工程的软土地基处理方法。粉喷桩具有工期短、质量可控性较强的优点。本地区的软土具有较高的含水量，土体颗粒粒径小，富含粉粒及黏粒，透水性很差，渗透系数很低，孔隙比大，土体中有较大的孔隙水压力，呈海棉状结构，具高压缩性，抗剪强度低，用粉喷桩处理此类软土具有较强的针对性，比较适合本地区的软土处理。同时选择砂料作为填料可增强排水效果，减轻不均匀沉降。经过多方面比较，采用粉喷桩作为本工程的软土地基处理方法在技术层面上是有保证的。5沉降问题软土地基的沉降控制，是工程中的一个重要环节，工后总沉降量一般包括瞬时沉降量、固结沉降量和次固结沉降量三部分。掌握沉降量的性质，进一步研究软土的特性，对沉降控制将起到良好的作用。沉降量的计算一般采用e-p曲线计算，目的在于保证运营期间路基不产生不均匀沉降。设计时应对沉降量加以控制，使之符合规范规定要求。6结论软土是南方地区工程建设中经常遇到的特殊土，我们应该积极总结和吸取各工程中最成功和有效的软土勘察和处理措施，注意从失败的软土勘察和处理事故中分析原因，吸取教训，更好地指导处理今后的类似工程问题。昆明集装箱中心站是国内第一个开工建设的集装箱中心站，对许多相关专业提出了新的技术要求。在南方软土和其他特殊岩土发育地区，沉降问题尤为突出，软土勘察方法以及软土的各项土工指标要求更为严格。必须高度重视软土的勘察方法及对试验精度的要求，进行合理分析和选择相应的处理措施。参考文献TB10012—2001铁路工程地质勘察规范