湿陷性黄土地基处理的依据及方法
2015-10-19 20:19:59   来源:   评论:0 点击:

湿陷性黄土路基,容易出现不均匀沉陷现象,尤其在桥头处 容易形成跳车防治的话应该合理选择即按工程设计和施工中合理选择处治方案、材料及
湿陷性黄土路基,容易出现不均匀沉陷现象,尤其在桥头处 容易形成跳车
防治的话应该合理选择即按工程设计和施工中合理选择处治方案、材料及施工工艺
1、路堤填筑施工过程中首先应严格按照分层法进行施工,即分层摊铺,分层碾压,分层检测的程序进行,尤其是碾压厚度和含水量(当然没层都叫你测含水量不太可能,但多晒晒在碾压是好的,别晒太干了太干也压不实)
2、换填砂砾或灰土(这老方法了,不用解释了吧)
3、高强度塑料土工格栅(现在都在用,效果不错)
4、土工筋带(现在一种新型材料,以高强度复合材料为骨架,外部覆盖了高分子聚合塑料而制成的一种复合拉筋,带土工筋带的断裂强度可达220Mpa,完全满足路基工程施工要求)
5、压浆(这个很好用,但就是费钱,几百吨水泥浆都能压下去,除非你是施工方,监理和业主都不懂,这个变更下来就赚死了)
湿陷性黄土地基是西北地区常见的一种工程地基。湿陷性黄土地区路基如果处理方法不当,将会引起地基不均匀沉降,危害结构物安全、稳定。本文就强夯法处理湿陷性黄土地基进行了论述。  
  1概述 
  黄土在一定压力作用下,受水浸湿后结构迅速破坏而发生的显著下沉的现象,称之为湿陷。具有湿陷性的黄土称为湿陷性黄土。湿陷性黄土又分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土。《湿陷性黄土地区建筑规范》从工程角度作了明确划分:将湿陷系数δs≥0.015的黄土定义为湿陷性黄土;将实测或计算自重湿陷量>7cm的湿陷性黄土定义为自重湿陷性黄土;将实测或计算自重湿陷量≤7cm的湿陷性黄土定义为非自重湿陷性黄土。 
  2 黄土湿陷性的判定 
  湿陷性黄土的判定可用室内浸水侧压缩试验来判定,把保持天然含水量和结构的黄土土样,逐步加压,达到规定的压力,土样压缩稳定后,进行浸水,使含水量接近饱和,土样就迅速下沉,达到稳定后,得到土样的高度h?p,计算土的湿陷系数:
  δs=(hp-h'p)/h0 
  式中: h0--土样的原始高度; 
  hp--土样在规定压力p下,压缩稳定后的高度;
  h'p--土样在压力p作用下浸水,达到湿陷稳定后的高度。
  《规范》规定δs≥0.015时为湿陷性黄土,否则为非湿陷性黄土。一般认为δs<0.03为弱湿陷性黄土,0.03<δs≤0.07为中等湿陷性黄土,δs>0.07为强湿陷性黄土。
  3 常见的处理方法 
  根据湿陷性黄土的湿陷等级及湿陷层的厚度选用不同的处理方法:挖除换填和化学加固(一般有效处理深度1-2m,适用于面积不大的较浅土层);躲过或直接传力与持力层,常用的方法是:桩基础,以灌注桩为主,但处理费用一般较高;从结构上改变湿陷性黄土,从而消除黄土的湿陷性,对于不厚度的湿陷性土层则采用不同的处理方法。常见的处理方法有:冲击碾压(一般有效处理深度在4m以内)、强夯(一般有效处理深度可达到5-7m)、孔内强夯和孔内超强夯(一般有效处理深度可达到10m至10m以上);对于深厚大面积的湿陷性黄土层,则有采用预浸水法或大直径空心薄壁灌注桩法,其处理深度可达30m。
  本文就结构上改变湿陷性黄土中的强夯法简单谈一下。 
  4 强夯处理 
  4.1 强夯的工作原理 
  强夯法又称动力固结法,是以10t~40t的锤重从3~40m的高处自由落下冲击路基,使路基在巨大的冲击能作用下,产生很大的动应力和冲击波,致使土中空隙压缩,土体局部液化,在夯击点周围一定深度(10~40m)内产生裂隙,形成良好的排水、排气通道,使土中空隙水、气顺利溢出,土体随之固结,从而在有效影响范围内提高土基强度,消除黄土湿陷性。
  4.2强夯处理的要求 
  强夯前施工参数的选择和确定是通过理论或经验公式计算,再根据单点和小区域试夯结果综合确定,主要包括:每击夯击能量(夯锤重与提升高度之积)、夯点中心距离、每点夯击击数(单点饱和夯击能量)、夯击遍数及间歇时间(两遍夯击之间)、夯坑总深度和最后两击平均夯沉量。
  强夯加固深度根据实行土层厚度和湿陷等级确定。强夯的单位夯击能量,应根据地基土类别、结构类型荷载大小和要求处理的深度等综合考虑,并通过现场试夯确定。在一般情况下,对于粗颗粒土可取1000~3000KN·m/m2;细颗粒土可取1500~4000KN·m/m2。夯点的夯击次数,应按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定,且应同时满足下列条件:
  最后两击的平均夯沉量不大于50mm 。夯坑周围地面不发生过大的隆起。不因夯坑过深而发生起锤困难。
  夯击遍数应根据地基土的性质确定,一般情况下,可采用2~3遍,最后再以低能量夯击一遍。两遍夯击之间应有一定的时间间隔。间隔时间取决于土中超静孔隙水压力的消散时间。对于渗透性较差的黏性土地基的间隔时间,应不少于3~4周;对于渗透性好的地基土可连续夯击。夯击点位置可根据处理的宽度和深度及结构物的类型,采用等边三角形、等腰三角形或正方形布置。第一遍夯击点间距可取5~9m,以后各遍夯击点间距可与第一遍相同,也可适当减小。对于处理深度较大或单击夯击能较大的工程,第一遍夯击点间距宜适当增大。 强夯处理范围应大于建筑物基础范围。每边超出基础外缘的宽度宜为设计处理深度的1/2~2/3。并不宜<3m。根据初步确定的强夯参数,提出强夯试验方案,进行现场试夯。根据不同土质条件待试夯结束至数周后,对试夯场地进行测试,并与夯前测试数据进行对比,检验强夯效果,确定工程采用的各项强夯参数。
4.3施工工艺
  4.3.1施工设备
  一般情况下夯锤重可取10t~20t。其底面形式宜采用圆形。锤底面积宜按土的性质确定,锤底静压力值可取25KPa~40KPa,对于细颗粒土锤底静压力宜取小值。锤的底面宜对称设若干个与其顶面贯通的排气孔,孔径可取250~300mm。 
  强夯施工宜采用带自动脱钩装置的履带式起重机或其它专用设备。采用履带式起重机时,可在臂杆端部设置辅助门架,或采取其它安全措施,防止落锤时机架倾覆。
  4.3.2施工准备 
  推土机清理草皮及杂物,进行场地平整。 
  当地下水位较高,夯坑底积水影响施工时,宜采用人工降低地下水位或铺填一定厚度的松散性材料。确保重型机械在场地行进和夯实效果。
  强夯施工前,应查明场地内范围的地下构筑物和各种地下管线的位置及标高等,并采取必要的措施,以免因强夯施工而造成破坏。
  当强夯施工所产生的振动,对邻近建筑物或设备产生产生有害的影响时,应采取防振或隔振措施。夯击点定位,用石灰打方格网,确定夯点的准确位置。进行强夯试夯,确定施工参数。
  4.3.3施工要点 
  待场地清理平整后,标出第一遍夯点位置,并测量场地高程;强夯机就位进行强夯。根据定位放样的结果,按照跳点夯击即梅花型顺序夯击,可分段进行夯实。对每个夯点的每一击沉降量进行观测,以最后二击平均夯沉量作为控制指标,对于土质条件差的区域,增加夯击次数或抛填片石补夯。第一遍夯后进行场地平整压实。根据夯前试验确定的施工参数,确定夯后间歇时间。以确保孔隙,水、气有充分的时间消散。检测地基强夯的效果,一般作地基密实度和承载力试验或委托相关单位作温陷性黄土试验。在规定的时间间隔后,按上述步骤逐次完成全部夯击遍数,最后用低能量满夯,将场地表层松土夯实,并测量夯后场地高程。并修整好排水设施,不使场地积水。 强夯施工过程中应有专人负责下列监测工作:施工过程中应对各项参数及施工情况进行详细记录。根据设计要求和试验结果,进行第二遍及以后遍数的夯击,重复⑶~⑸步骤,最后一遍夯完后。
  4.3.4施工质量检验 
  检查强夯施工过程中的各项测试数据和施工记录,不符合设计要求时应补夯和采取其它有效措施。
  强夯施工结束后应间隔一定时间方能对地基质量进行检验。对于碎石土和砂土地基,其间隔可取1~2周;低饱和度的粉土和黏性土地基可取2~4周。
  质量检验的方法,宜根据土性选用原位测试和室内土工试验。对于一般工程应采取两种或两种以上的方法进行检验;对于重要工程项目应增加检验项目,也可做现场大压板载荷试验。
  质量检验的数量,应根据场地复杂程度确定。一般地基的检验点不应少于3处;对于重要部位应增加检验点数。检验深度应不小于设计处理的深度。
  湿陷性黄土在西北地区分布较广,其处理方法也在不断的工程实践中得到充颖与提高,但对于不同的工程实际有具有其单独的各异性与代表性,对于湿陷性黄土地基处理,还有许多未知的领域需要我们在工程实践中不断去研究和探索。
湿陷性黄土地基湿陷机理及地基处理方法
  湿陷性黄土泛指饱和的结构不稳定的黄色土,在自重压力或自重压力与附加压力作用下,受水浸湿后,土的结构迅速破坏,发生显著下沉的现象。它的这种特性,会对结构物带来不同程度的危害,使路基及结构物大幅度沉降、折裂、倾斜,严重影响其安全和使用。
  2黄土的湿陷机理
  湿陷性黄土按其湿陷机理可分为高可溶盐的湿陷性黄土和高空隙率的湿陷性黄土,由于这两类湿陷性黄土的湿陷性机理不同,因此应对湿陷性黄土地基有可靠的鉴定和正确的认识,并采取必要的工程措施防止或消除它的湿陷性。
  湿陷性黄土除了具备黄土的一般特征外,粒度成份以粉土颗粒为主,约占50%以上,具有肉眼可见的孔隙,它呈松散、多孔结构状态,孔隙比很大,天然剖面上具有垂直节理,含可溶盐(碳酸盐、硫酸盐类等)较多。垂直大孔性、松散多孔结构和遇水即降低或消失的土颗粒间的加固凝聚力是它发生湿陷的内部因素,而压力及水是外部条件。关于黄土湿陷性的鉴别,地基湿陷程度的判别,可以室内压缩实验为主,并以此提出工程上评价湿陷性的定量指标。湿陷系数δs。如图1
  图1黄土压缩实验曲线
式中:h0—土样的原始高度(m);
hp—土样在无侧向膨胀条件下,在规定实验压力P的作用下压缩稳定后的高度(m);
hp′—对在压力作用下的土样进行浸水到达湿陷稳定后的土样高度(m)。
湿陷系数δs为单位厚度土层由于浸水在规定压力产生的湿陷量,它定量地表示了土样所代表黄土层的湿陷程度,所以规范规定,在一定压力作用下,δs≥0.015时应定为湿陷性黄土,否则应定为非湿陷性黄土。另外,黄土的湿陷性与所受的压力大小有关,使黄土产生湿陷临界压力称为湿陷起始压力Ps不同的黄土其Ps不同。若Ps小于上覆土的饱和自重时,则该土层在上覆土层自重压力的作用下受水即刻发生湿陷,称为自重湿陷性黄土。如果土的Ps大于上覆土的饱和自重,则土层在上覆土自重压力作用下,并不发生湿陷,称为非自重湿陷性黄土。自重湿陷性黄土受水浸湿后,湿陷现象比较明显且严重,在自重湿陷地区发生的结构物事故较多,特别是我省陇东、陇西地区。
  为了正确反映湿陷性黄土地层的湿陷程度,并联系结构物和地基实际,合理地采用有效的防护措施,可用地基内各土层的湿陷系数,求得地基的计算湿陷量△s。
△s=∑δsi﹕i·hi
式中:δsi﹕i—地基内第I层湿陷性黄土的湿陷系数;
hi—第I层湿陷性黄土的厚度(m)。
湿陷性黄土地基的湿陷等级如表1。
表1湿陷性黄土地基的湿陷等
级地基的计算湿陷量(m) 湿陷等级
0.05<△s≤0.15 Ⅰ
0.15<△s≤0.35 Ⅱ
△s>0.35 Ⅲ
  △s只是湿陷性黄土地基的定性指标,它并不代表地基的真实湿陷量。由于我国黄土上部土层的湿陷性比下部土层大,而地基上部土层受水浸湿的可能性又较大,因此在上式中地基的计算湿陷土层厚度一般定为从基底算起至其下5m为止。由于被地下水浸泡的那部分黄土层一般不具有湿陷性,当5m内已见地下水,则算至平均年地下水位为至。在5m深度内如有非湿陷性黄土层,则不将此层土的湿陷量累计在内。湿陷性黄土地基的湿陷等级越高浸水后可能产生的湿陷量就越大,对结构物的危害也越大,因此TRANBBS设计措施要求也越高。
  另外,我国建筑规范还规定当基底下面土层包含有自重湿陷性黄土,可按下式判别是否属自重湿陷性地基。
△zs=∑δ2si·hi
式中:△zs—地基的计算自重湿陷量(m);
﹝si—第I层土在上覆土的饱和自重压力下,测得自重湿陷系数;
hi—第I层土的厚度(m)。
上式计算深度可自基础底面算至基下10m为止。但其中△zs﹝s<0.015的土层不累计。
  根据大量的室内外试验对比确定,当△zs≤0.07m时可定为非自重湿陷性黄土地基;△zs>0.11m时为自重湿陷性黄土地基;△zs为0.07—0.11m时,可结合当地实践经验确定。
  在黄土地区修建结构物,应首先考虑选用非湿陷性黄土地基,它较经济可靠,如确定基础位于湿陷性黄土上,则应尽量利用非自重湿陷性黄土地基,因为这种地基的处理与自重湿陷性黄土地基相比,要求较低。
  3湿陷性黄土地基的处理方法
  湿陷性黄土地基处理的方法很多,在不同的地区,根据不同的地基土质和不同的结构物,地基处理应选用不同的处理方法。在勘察阶段,经过现场取样,以试验数据进行分析,判定属于自重湿陷性黄土还是非自重湿陷性黄土,以及湿陷性黄土层的厚度、湿陷等级、类别后,通过经济分析比较,综合考虑工艺环境、工期等诸多方面的因素。最后选择一个最合适的地基处理方法,经过优化设计后,确保满足处理后的地基具有足够的承载力和变形条件的要求。所采用的有垫层法、强夯法、灰土桩挤密法、深层搅拌桩法、振冲碎石桩法等。本文根据近几年在公路建设中所见所闻,浅述一些自己的看法和建议与同行共同讨论。
  3.1灰土和素土垫层法
  3.1.1将基底以下湿陷性土层全部挖除或挖至预计的深度,然后以灰土或素土分层回填夯实。垫层厚度一般为1.0~3.0m。它消除了垫层范围内的湿陷性,减轻或避免了地基因附加压力产生的湿陷,可以使地基的自重湿陷表现不出来。这种方法施工简易,效果显著,是一种常用的地基浅层处理或部分湿陷性处理方法,经这种方法处理的灰土垫层的地基承载力可达到300KPa(素土垫层可达200KPa)且有良好的均匀性。
  3.1.2施工中应注意的问题:(1)地基土的含水量,对于含水量较大,或曾局部基坑进水者,要采取相应的措施(如凉晒等),严格控制灰土(或素土)的最佳含水量,对接近最佳含水量时,宁小勿大,偏大时土体强度则显著下降,变形明显增大。(2)垫层处理的宽度要达到规范要求,使碾压设备能充分碾压到位,还使形成的垫层压实度产生差异。(3)严把质量关,施工中碾压分层的厚度不宜大于30cm,并逐层检测压实度,达到设计规范要求。
  3.2强夯法
  3.2.1强夯法亦称动力固结法,通过重锤的自由落下,对土体进行强力夯实,以提高其强度,降低其压缩性,该法设备简单,原理直观,适用广泛,特别是对非饱和土加固效果显著。这种方法加固地基速度快,效果好,投资省,是当前最经济简便的地基加固方法之一。
  3.2.2施工中注意的问题
  (1)首先在设计阶段,应考虑湿陷性黄土处于哪一种类别、等级,以及场地等因素,因为强夯的夯击能量,夯点布置,夯击深度,夯击次数和遍数等因场地而异,土的含水量、孔隙比及夯击的单位面积夯击能对湿陷性黄土的强夯有效加固深度起着重要的作用。在经过试夯后确定出设计参数,确定施工设计方案,因此不经试夯确定施工参数往往会给工程造成后患。
  (2)由于强夯影响深度内土的含水量差异,会导致局部处理效果不佳,对于此种情况必须采取土的增湿或减湿措施,以免出现橡皮土情况。如有此种情况,应立即停止夯击,当凉晒一定时间后,在夯击坑内加入碎石类的粗骨料,继续夯击。
  (3)施工中在控制关键工序上严把质量关,因为一份设计提供后,锤重、落距、夯点布置等是没有随意性的,而唯一可能被人为改变的是夯击次数,因在试夯时根据最后夯击的沉降量来确定夯击次数的,当别的参数已确定后,它就成为影响处理的唯一因素,所以施工中应以它为质量控制的关键工序管理点。
  (4)强夯结束后,检测的重点是判定它的有效加固深度是否达到设计要求,因为有效加固深度的第一标准应是消除湿陷性,也就是以δs<0.015作为判别指标。所以检验手段应采用探井取不扰动土试样进行检测。当这一指标达到要求后,一般情况下对承载力的要求等也均可满足。
  3.3深层搅拌桩法
  3.3.1探层搅拌桩是复合地基的一种,近几年在黄土地区应用比较广泛,可用于处理含水量较高的湿陷性弱的黄土。它具有施工简便、快捷、无振动,基本不挤土,低噪音等特点。
  深层搅拌桩的固化材料有石灰、水泥等,一般都采用后者作固化材料。其加固机理是将水泥掺入粘土后,与粘土中的水分发生水解和水化反应,进而与具有一定活性的粘土颗粒反应生成不溶于水的稳定的结晶化合物,这些新生成的化合物在水中或空气中发生凝硬反应,使水泥有一定的强度,从而使地基土达到承载的要求。
  深层搅拌桩的施工方法有干法施工和湿法施工两种,干法施工就是“粉喷桩”,其工艺是用压缩空气将固化材料通过深层搅拌机械喷入土中并搅拌而成。因为输入的是水泥干粉,因此必然对土的天然含水量有一定的要求,如果土的含水量较低时,很容易出现桩体中心固化不充分、强度低的现象,严重的甚至根本没有强度。在某些含水量较高的土层中也会出现类似的情况。因此,应用粉喷桩的土层中含水量应超过30%,在饱和土层或地下水位以下的土层中应用更好。
  湿法施工是将水泥搅拌成浆后注入土中的方法。水泥浆通过柱塞式泥浆泵强制注入,除非特殊情况很少断浆,施工中一般采用预搅下沉时就喷浆的工艺,因此桩体的均匀性比干法施工好。但喷浆增加了水泥土的含水量,强度会受到一定影响,实际应用时需根据土的工程性质,尤其是含水量情况作出适当的选择。
3.3.2施工中应注意的问题
  (1)必须在设计或施工中采取有效措施来保证搅拌桩复合地基各参数能达到各自的设计值,否则设计的可靠度会降低,如桩端为硬土,或桩长超过临界桩长时, (桩间土承载力拆减系数)取值高于规定,就必须采取设置褥垫层或其他方法使桩间土发挥较高的强度,选用较高的桩体强度时,就必须采取增加水泥用量、掺加外加剂、复搅等措施,才能保证设计与预期的实际结果比较一致。
  (2)施工中为达到强度要求,有必要进行复搅。复搅是在桩的一部分或桩的全长重复搅拌一次,其作用是:①改善桩体的均匀性,如第一次注浆不均匀时,可通过复搅调节,提高桩长方向上的均匀程度,同时,也使桩截面内的均匀性得到改善。②现场不同桩段有不同的水泥掺入比,使不同桩段有不同的桩身强度。
  (3)加强施工管理,因为桩体的固化材料需由压缩空气作载体,而气体流速、流量受土层情况的影响,人工难以调节,所以施工机械应采用带有自动控制喷浆、喷粉的装置,以消除施工中一些人为因素,便于监督检查,避免由于喷浆和喷粉不均匀或者喷浆量、喷粉量未达到设计要求而发生断桩问题。
  (4)现场施工中应勤于检查,严格监督。深层搅拌桩属于一种柔性桩,桩身检测较困难,施工时质量有疏忽,就可能发生断桩现象。目前用低应变动测法检测搅拌桩的质量得到了肯定,可用此法或结合抽芯取样检测法控制质量。
4 结语
  上述几种湿陷性黄土地基的处理方法,近年来在公路建设中被广泛使用,都取得了良好的效果。随着科学TRANBBS技术的迅速发展,对新型材料的研究使用,对湿陷性黄土地基的处理方法越来越多,也有了一定的施工经验。在近十几年开始采用的有孔内深层强夯法CFG(水泥粉煤灰碎石桩)法、夯坑置换法、压力灌浆法等,都不失为好方法。但不管是采用那种方法,只要有严密的质量控制手段,都可能经济而有效地获得期望的效果。笔者在本文中的一些看法是基于几年公路建设中的见闻积累,文中有不妥之处,望行业同仁指正。

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