排水压密挤实技术

在挡土墙饱和砂性淤泥土地基处理中的应用

张碧越

(贵州义信安能工程有限公司 安顺市561000



摘要:饱和砂性淤泥土地基处理在沿海地区已有相当成熟的技术,但在贵州高原地区使用这样的技术,则不具备相应的设备和专业工程公司,鉴于这种情况,针对饱和砂性淤泥土的特性,进行具体研究,因地制宜,使之满足工程地质要求。

关键词:排水 压密挤实 砂性淤泥 地基处理


概述

排水压密挤实技术是我在实际工作中开发出来的一种地基综合处理技术,该技术已经应用在织金中山35kV变电站挡土墙地基处理工程中。该挡土墙地面以上高9m,于2007年初建成,已经受了2007和2008年整个丰水期的考验,该挡土墙地基稳定,建成后沉降量较少,完全满足设计要求。下面,我将详细介绍排水压密挤实技术在织金中山35kV变电站挡土墙地基处理中的应用情况。

一.织金中山35kV变电站挡土墙地基土质情况

织金中山35kV变电站有一段长31m的挡土墙坐落在软塑地基上(分布位置见图1),该土层构造为软塑型饱和砂性淤泥质土,该土层的形成为冲积土和坡积土的混成体。在建设的软塑区域内还有一条排水沟经过,此排水沟主要汇集上游公路排洪沟内的水和山水,丰水期水量较大,水沟存水时间较长,经过土层渗透,导致挡土墙所处位置土层含水量较高,液性指数在0.85左右。

该土层受地表水和地下水的影响,软弱土层较深,经过现场进行压杆试验:用一根长8.5m,梢径为100mm的木柱从一个深3.5m的坑底压入,能轻松地将整根木材压入,当拨出木柱进行土质鉴定,发现土质较为均匀,即砂性淤泥,其软弱土层深度约15~20m之间。

排水 

二.软塑地基承载力

由于该土层液性指数较高,土壤含水量较为饱和,在开挖基槽的过程中,该土层出现管涌现象,有地下水不断涌出。该地基持力层承载力经过现场鉴定约0.04MPa,而且当有外部荷载加载时,土体中有地下水被挤压排出。

三.对以上土壤的鉴定结果

1.土层为软塑状态饱和砂性淤泥土,土壤天然含水量大于土壤塑限含水量。

2.土层为砂性淤泥,其透水性好于纯粘土淤泥。

3.砂性淤泥土由于具有较好的透水性,如果能将土体内的游离水排出土体,使沙粒之间重新排列组合,其土体结构最终能够达到稳定状态。

4.由于砂性淤泥不具备抗剪切能力,因此,在外加荷载作用下,要保证土体颗粒重新排列过程中,土体颗粒位移不能太大,否则将造成地基不稳。

5.在基础处理过程中,必须注意防止水进入基槽内。

四. 常用地基处理措施如下

根据上面鉴定结果,要处理好挡土墙地基,常用的有以下两种方式。

1. 采取大量换土的措施。

纯粹采用换土方法,存在以下不利因素:a.换土时要挖出需要换掉的土,其开挖深度不低于2.5m,则土坎高度将达到11m,放坡量较大,因淤泥不稳定,而且还有管涌现象,在开挖过程中很容易造成塌方,对人员安全施工极为不利;b.因大量换土和放坡,就会大量增加土方开挖和土方回填量,造成投资显著增加。c.因为放坡涉及向外围重新征地,这个工作很难开展,单价较高,每平方米达到45元,而挡土墙施工完成后,因放坡而多征的土地又处于围墙外,变电站本身并不能使用,造成征地浪费和资金浪费。

因此,在处理该挡土墙基础时,不能采用单纯的换土技术。

2. 采用预制桩基础。

此方法可行但不可取,因为在贵州采用预制桩施工,目前还很难找到这样的施工队,况且工程量并不很大,如果请这样的施工队进场,其间接费用和直接费用当可观,这对工程建设投资控制极为不利。

五.排水压密挤实技术处理地基

通过对以上两种方法的分析和比较,我经过对现场土壤的鉴定结果进行认真分析和研究,从土体的构造、结构和特性出发,结合可行的施工工艺和措施,研究出一套全新的综合处理技术——排水压密挤实技术,该技术能保证在基底附加应力逐步增加的过程中,能让土体空隙水通过砂桩逐步排出土体,使土体颗粒在抗剪强度允许的范围内位移重组,并最终达到密实的目的。

(一)挡土墙基础设计

  挡土墙基础及地基处理设计如下图,基础处理按以下顺序进行处理。

图中挡土墙为M7.5水泥砂浆砌筑Mu30毛石挡土墙,基础采用钢筋混凝土整体底板基础。

排水

1. 挡土墙基础基底反力0.0886MPa。

2. 在换土前先在地基中锚入D150木桩(采用钢管)@1000,锚入土中部分长度不小于3m,露出基底部分不少于0.9m。

3. 地基持力层作加强处理,强夯500mm厚毛石,并使软塑砂性淤泥土被挤压后嵌入毛石缝隙。

4. 拔出锚入图中木桩或钢管,然后在木桩原位留下的空洞内夯入级配砂石。

5. 局部少量换土,如图2所示,换土层为粗砂:碎石=1:2.5。

6. 施工要求:挡土墙每天施工高度不超过1.5m,且采取间断施工,即每施工1.5m高挡土墙后,次日随即停工一天。

7. 在挡土墙墙脚和墙背迎水面的自然地面修建排洪沟,以保证挡土墙地基和基础不受地面水的浸泡。

(二)以上设计及要求的作用

1. 在基槽内先锚入D150钢管,比把强夯毛石层施工完毕后再锚入钢管更容易。其次,预先锚入钢管,在强夯毛石时,能够增加土体在外力作用下的抗剪能力,保证土体结构相对稳定。

2. 挡土墙设计基底反力为0.0886MPa,而地基实际承载力仅仅为0.04MPa,经过强夯毛石层进行地基处理后,挡土墙基础基底基底承载力基本能达到0.09MPa左右,毛石层下表面地基承载力设计值为0.04MPa,基本满足挡土墙基本施工要求。同时,该强夯毛石层还可以对其下的软塑土壤进行封闭和固化。

3. 拔出钢管,然后立即夯填入级配砂石,该级配砂石桩具有如下作用:a.达到挤密地基土壤的作用。b.增强地基承载力的作用。c.该作用为级配砂桩的主要作用,即收集地下水并将水排出土体,使地基在挡土墙逐渐加载的情况下,达到一个排水压密挤实的作用,从而逐步增强地基的整体承载力。

4. 挡土墙基底增加粗砂与碎石的级配换土层,其作用主要是:a.增加基底粗糙度。b.吸收地基内砂桩排出的水,并将这些水扩散到基础以外的土壤。

六、 采用排水压密挤实技术处理地基的效果

1. 地基在排水过程中,使地基软土得到了逐步压密,在软土得到逐步压密的同时,软土地基中的地下水和土体颗粒的孔隙水在土体结构变化的过程中又被排出土体,从而形成一个良性循环,对地基逐渐加固和挡土墙的稳定具有积极的作用。其工作原理见下图:

排水

2. 实践证明,该处理技术是合符实际要求的。织金中山挡土墙在建成后,经过了2007和2008年整个丰水期的考验,结果证明,该技术的应用是成功的。

3. 该技术的应用和其它传统技术的应用相比较,针对该工程具有如下优点:a.避免了征地资金的浪费和征用施工面土地的浪费。b.节省了挡土墙工程造价。避免了大量土方开挖和回填。c.由于采用局部换土,基槽开挖深度有限,能最大限度保证安全施工。


七、 工程施工图片

排水

锚入软土地基中的钢管


排水

建成后的挡土墙


八、 工程经济分析

工程经济分析见下表

序号

地基处理技术

费用

备注

1

节省钻探设备进场费

0.18万元

现场试验,

自作土质鉴定

2

节省12个地质钻孔费用

3.36万元

3

少开挖土方2328立方米

5.4535万元

实际开挖2164.6立方米

4

少用砂垫层111.6立方米

0.614万元


5

少征用施工用地155平方米

0.6975万元

实际征用441.75平方米,每平方米45元。


合计

10.305万元


注:“排水压密挤实技术在挡土墙饱和砂性淤泥土地基处理中的应用”获安顺供电局2007年度科技推广成果  三等奖,发表于《贵州电力技术》




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