排水固结法处理广州软土地基试验研究

排水固结法处理广州软土地基试验研究

广州位于珠江三角洲中部，毗邻珠江河口。广州软土的分布厚度从西北逐渐增大，从南到南逐渐增大。从旧城区的厚度应为5m左右，从南到南，再增大到约30m。广州的软土具有典型的三角洲形式。由于河流和潮汐的复杂交替，沉积物与薄砂和沉积物之间存在交错和积累。广州软土具有良好的气候条件、丰富的雨水、郁郁葱葱的植物和垂直的河网。近年广州市区面积扩大并采取“北优、南拓、西联、东进”的总体城市规划思想,大量的大型建设项目如:广州大学城、黄埔开发区、京珠高速公路广珠段、南沙开发区等建于广州南部软土地区.研究广州软土的工程特性及适宜的地基处理方法具有重要的理论意义和实用价值.1物理力学特性和工程特征的指标广州软土与其它成因类型的软土性质不同,与同为三角洲相成因的上海软土性质也不同,具有其典型的工程特性.(1)地基软土层广州地区岩层面起伏大,软土层由西北向东南逐渐加厚,厚度h在5～30m之间,分布很不均匀.软土层一般为:淤泥层、淤泥质土夹砂层、淤泥质粘土层.(2)液限及天然孔隙比广州地区软土的天然含水量ω多为50%～80%,有的高达100%,重度γ一般为15.2～18kN/m3,液限w一般为40%～60%,天然含水量随液限的增大而增大.天然孔隙比e一般为1.0～2.0,饱和度接近100%.(3)广州软土中粉砂颗粒的变化全国大部分地区淤泥和淤泥质土的渗透系数K般为10-7～10-8cm/s,而广州软土的渗透系数一般为10-6cm/s.这是由于广州软土中夹有较多的粉砂、细砂、粉土颗粒,其颗粒分析显示细砂粒(0.25～0.075mm)约占11%,粉粒(0.075～0.005mm)约占40%,粘粒(<0.005mm)约占49%,且软土层中夹有厚度不等的薄层粉、细砂、粉土层.广州软土较其它三角洲相成因的软土(如:上海软土)的渗透性要好.(4)高压缩性广州淤泥和淤泥质土压缩系数k般在1.1～2.5MPa-1之间.(5)快剪粘聚力计算广州软土天然状态十字板抗剪强度一般小于15kPa,快剪粘聚力C为4～15kPa,内摩擦角φ为4～12°,固结快剪粘聚力约为20kPa,内摩擦角为5～12°.(6)平均接触强度广州软土的灵敏度s一般为2～4,属中等灵敏度.(7)广州、广州软土理化指标通过大量的x衍射分析得出广州软土的矿物成分为大量的石英和斜长石,少量的钠长石、伊利石和高岭石,微量的蒙脱石.广州软土的有机质含量λ较高,一般为2%左右.由于蒙脱石和有机质的存在,使这类软土的含水量及液限值较高.选取广州有代表性的区域:广州市老城区、大学城、黄埔开发区、京珠高速公路广珠段(番禺)和南沙开发区,对其软土的各项物理、力学性质指标进行统计,并与同为三角洲相成因的上海软土进行对比,见表1.2软土地基处理方法比选对于建造在广州软土上的建、构筑物,荷载较大的重要建筑需采用桩基穿过软土地基,软土层较薄、埋藏较浅的需换填,其它的一般需结合广州软土的工程特性进行多方案比选,选择有针对性的、恰当的地基处理方法.由于广州软土的渗透性较好,排水固结法为地基处理首选方法.土工合成材料能提高地基稳定性、减小地基最终沉降量,可与其它方法结合使用.深层搅拌桩、振冲碎石桩等复合地基方法兼具置换、挤密软土的特点,且造价适中、加固快速,也为广州软土的有效处理方法.为选择适合的广州软土地基处理方法,对比各种地基处理方法的加固效果,在京珠高速公路广珠段(广州番禺)选取软土厚度大、填土高的一段作为试验段进行现场软土地基处理试验.2.1地基处理方案比选试验路段顶宽33.5m,全长333m,沿长度方向划分成A、B、C、D、E、F、G7个分段.A分段为大桥桥头与路堤过渡段,因桥台设置于桩基上,沉降量很小,而路堤位于软土地基上沉降量较大,建成通车后路与桥之间易产生差异沉降,造成“桥头跳车”现象,在桥头与路堤之间增设此过渡段进行深层搅拌桩处理,以达到提高路堤稳定性、缓解“桥头跳车”、缩短施工期的目的.B、C、D、E、F分段分别选用5种不同间距、长度的袋装砂井进行排水固结处理效果对比,以两层土工布提高路堤稳定性,利用路堤自身重量作预压荷载.F分段为跨线桥与路堤过渡段,采用振冲碎石桩处理.各分段地基处理方案见表2.场地地层自上而下依次为:耕植土层,厚1.0～1.5m,灰色～黄褐色,软塑,含有植物根茎.淤泥层,厚8.4～13.0m,灰黑色,流塑,含有机质.淤泥质粘土混大量细砂层,厚3.4～6.4m,灰黑色,流塑.淤泥质粘土层,厚约13m,灰黑色,流塑.粘土与粉细砂互层,可塑～硬塑.各层土的物理、力学性质指标见表1.2.2不同固结度与路基疫情间的沉降关系对A、B、C、D、E、F、G各分段路基中心点在填土过程中的沉降量进行观测.采用排水固结法处理的B、C、D、F分段在不同时期的固结度列于表3,各分段路基中心点荷载_沉降_时间关系如图1.2.3深层搅拌桩与f分段填土固结期相结合(1)在软土层厚度大、砂井无法穿透全部软土层时,砂井长度以穿透淤泥进入淤泥质土混细砂层为宜.B、F分段砂井间距同为1.0m,B分段砂井长10m,F分段砂井长15m,相同时间F分段固结度远大于B分段固结度.F分段填土固结期15个月固结度已达95%以上,比B分段填土固结期18个月的固结度还要高.(2)砂井间距不宜大于1.5m.F分段砂井间距1.0m.C、D分段砂井间距2.0m.F分段固结速度明显快于C、D分段.(3)深层搅拌桩处理后,地基的总沉降量为395mm;在加载结束时,沉降量为230mm;加载结束60d,沉降量为310mm;加载结束120d,沉降量为385mm,已基本稳定.(4)振冲碎石桩处理后,地基的总沉降量为1400mm;在加载结束时,沉降量为1150mm;加载结束60d时,沉降量为1300mm;加载结束120d时,沉降量为1350mm,已基本稳定.3软土固结法通过对广州软土的工程特性分析并结合地基处理现场对比试验研究,可得出以下结论:(1)广州软土具有厚度变化大、含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低等特性.特别是广州软土中夹有较多的粉、细砂,渗透性较好,固结速度快,与其它地区软土(如:同为三角洲相成因的上海软土)相比有显著区别.(2)广州软土采用排水固结法处理固结速度快、效果良好.填土固结期12个月(其中填土至设计标高9个月,预压3个月),固结度达到85%以上;填土固结期15个月,固结度达到90%以上;填土固结期18个月,固结度接近95%.(3)深层搅拌桩复合地基处理后,总沉降量明显减小(减小为原地基沉降量的20%左右),且沉降完成速度快,加载结束后