软弱粘土地基处理方案的分析（精选10篇）
（河北省电力勘测设计研究院，河北石家庄050031）
[摘 要] 文章论述了沧州等地变电站设计过程中所遇到的软土地基处理施工方案，对软基加固方法进行综合评价，并提出了适合该区域软基处理的最佳方案，从而达到优化设计、保证建筑结构的安全可靠、减小工程投资的目的。
关键词：软弱地基
处理方案
加固
1、前 言
就河北省南部电网而言，沧州等地变电站，属于软土地基。它是由海洋变陆地和陆地变海洋多次反复而成。其间黄河入海口由天津逐渐南迁，从黄河及其它河流上游携带大量泥沙，入海时沉积造陆，使陆地向海区延伸，构成了这一特殊的复杂陆域。由大量工程地质勘察资料证实，从地表至地下20 m 范围内均属近代海陆交替互相沉积的软弱土层，在-5 m～-15 m高程范围内多由淤泥质土组成，其含水量高，孔隙比大，天然容重低，土质很软。本文就沧州等地变电站的软土工程状况，提出一个较全面的评估和介绍，并就软基处理施工方案的选择做出分析比较，以供参考。
2、软土地基处理的方案选择
习惯上，把淤泥、淤泥质土以及天然强度低、压缩性高、透水性小的粘性土总称为软土。软土地基处理的目的在于使低强度的土体达到稳定，并满足一定的沉降要求。在地基处理中，由于建筑物的种类很多。故需要进行地基处理的因素很多，而地基处理的方法也很多，主要包括换填、预压、挤密、固化及桩基础等处理方法。地基处理方案的选择，不但要考虑到地基的土质及其变化情况，还要考虑建筑物的重要性、上部结构形式、荷载分布情况、基础类型、场地环境以及施工方法及周期等。所有的地基处理方法从总体上分为2类，即浅基处理与深基处理。由于使用天然地基是较为节省的方法，因此在决定对地基进行处理之前，应对上述诸多因素加以考虑，并优先考虑选用能充分利用天然地基的处理方案，以降低造价。
对于较低层建筑，比如3、4层的变电站主控楼及综合楼，尽管软土地基的强度很低，地基承载力仅有60 kPa，仍可充分发挥其潜力，可选用浅基础。提高该类地基强度的方法以垫层、预压为首选。对8层以上的屋内变电站来说，使用较多且效果较好当属桩基础，属深基础范畴。但是，对5～7层的配电楼基础的选择，则是人们争论的焦点。另外，在处理方案确定之前，既要考虑建筑物自身的安全，还要从经济角度出发对工程进行可行性评估。
2.1换填法
换填法也称为垫层法，就是把地基上部一定范围内不符合要求的软弱土挖去，换填强度较大，压缩性较小的材料，如砂、碎石、矿渣或土等材料并加工夯实做成垫层，也有用灰土、素土等作为垫层的。
秦皇岛五里台变电站主控楼基坑进行轻便触探时，发现基坑的西端极软，承载力不足40 kPa，据调查该区原是回填后的污水排放坑。当时采用了将该处淤泥清净，然后回填素土进行夯实的做法。在清除过程中，发现该处淤泥分布在-1.5 m～-4.0 m范围内，但由于场地十分狭小，不适于大开挖，经计算决定挖至-3.0 m，改做砂垫层至-2.0 m处，又做素土垫层至基底，并对基础稍做变更。该工程完工至今完好无恙。
位于天津大港的小王庄变电所，所址地区地层为第四系全新统滨海相冲积物，岩性以粉土和粘性土为主，表层为杂填土、粉质粘土，下层为淤泥质粉土，承载力为70 kPa，现场对各个生产建筑物包括配电室、中央控制室以及电气设备所处位置、荷载进行计算分析，对重要的设备基础、各个生产建筑物以及对变形要求较高的设备基础采用砂垫层处理，砂垫层采用中、粗砂填料，各基础侧壁也采用中砂分层回填，从而确保了设备的安全运行。
该方法的最大优点就是简便易行，但是挖除原地基软弱土的深度小于3 m是可行的。如果挖土深度过大则不经济。在这种情况下考虑采用其他方法或是结合其他方法对软土地基进行处理是比较明智的。
回填材料多种多样，也可用回收的工业废渣。近年来，有些工程采用轻质材料比如粉煤灰作为回填物，其特点在于“轻”。用这种材料可同时解决承载力及沉降问题。
2.2 预压法
预压法是在修造建筑物之前，用与设计相同或略大的荷载亦称为预压荷重如土、砂、石料等，也可利用大气压力作为预压荷载，使地基强迫压密沉陷，以提高地基的强度，减少建筑物的后期沉降量。待强度变形达到设计要求后，将预压荷载搬走，而后在经预压过的地基上修建建筑物。如地质条件适用，也可用布设砂井或降低地下水位的方法，使所得效果更佳。预压法适用于软弱的正常固结或轻度超固结的粉土、粘土或有机土地基。
加载预压法为常用方法，值得提出的是真空井点预压法。该法自五十年代提出后，由于密封、工艺设备问题没有解决好，很长时间未能在工程中得到成功应用，直到八十年代初才对该法的预压机理及工程实践进行了深入研究，使之在生产中得以推广应用，我国沿海地区的港口码头软基加固大多采用该法。但是，该方法加固软基所需时间较长，按传统的加固方式施工周期为4～5个月，又由于砂井阻力的存在，使得加固效果随深度的增加而逐渐降低。为研究如何改善真空预压效果而进行的室内模型实验表明：负压源下移后，可有效改善预压效果，显著缩短加固周期，并证实了在砂井底抽真空可有效减轻砂井阻力的影响。当然，这一结论的得出还仅限于室内模型实验上。
2.3 挤密法
挤密顾名思义即为增加其密实度，用密实方法使基土的孔隙减小。在工程中常见的有重锤夯实法、强夯法、挤密砂柱法和碎石桩法。前两者系冲击功法，后两者为振动功法。
重锤夯实法是利用起重机械将锤提到一定高度，然后自然落下，多次反复夯击对地基进行加固。传统的重锤夯实法只适应于软基的浅层压密，其加固效果远不如强夯法。强夯法是一种快速加固软基的方法，亦名动力固结法。是利用高冲击功使基土产生液化或触变后变密。
河北南部电网的兆通变电站就是使用的这种方法。此变电站地处滹沱河南岸的二级阶地上，阶地上部一、二土层为近代Q4冲洪积层，下部三层及以下为Q3沉积。所区7.0 m以上均为压缩性较高的新近堆积非自重湿陷性黄土，-2.6～7.0 m一层轻亚粘土在7度地震时要发生液化，经强夯后的振动测试分析报告得知：场地地基土可作为天然地基使用，各层土均可作为建筑物基础的持力层。地基土强夯后，经取80个厚状土试样浸水实验，其相对湿陷系数均小于0.002，土的性质已发生变化，湿陷性已被消除。7度地震时也不会发生液化。
由于强夯法在工程中要考虑噪音及震动影响，使得这种方法在应用时受到很多限制，当人们不得不选用挤密法时，往往将方案偏向于挤密砂桩或碎石桩。但是，长期的工程实践表明，在沿海软土地区采用碎石桩不仅不经济，也没有多大效果。秦皇岛的涉外办公楼采用碎石桩进行地基处理，竣工数月后的检测结果很不理想。桩身具有一定强度，而桩间土的强度仍停留在原来水平上，挤密效果无从谈起。在对天津小王庄变电所附近区域地基处理的调研中得知：沧州某炼油厂设备装置采用碎石桩基，桩距1 m，桩径600 mm,桩长10 m，按梅花形布置。处理前原地基承载力为100～140 kPa，平均值125 kPa，处理后复合地基承载力为115～185 kPa，平均值150 kPa，承载力增长了20%，效果并不明显。
挤密桩处理一般的5～7层屋内配电装置地基比较适宜，但由于土质与场地环境等因素的制约，使得这些方法不能充分发挥其作用。有鉴于此，一种新技术“重锤冲击建筑垃圾加固软土地基技术”诞生了。这种技术采用重锤，将其提到一定高度使之自由落下，锤击原地基，数击后冲成一深达2 m左右的短孔，用铲车向孔中抛填适量稍加粉碎的建筑垃圾，提锤并锤击填料，将之击入土中，击数以能托住重锤为度。然后，再次填料、锤击，直至添满短孔形成一泡状锤击体为止。锤击体在场区内可按矩形、三角形、梅花形布置。按一定顺序完成各锤击体后，地基便得到加固，可使上部荷载均匀传至处理后的地基上，使锤击体与土共同作用，形成复合地基。日前,该法已在沧州、衡水、保定、天津大港等地区广泛应用。采用该技术处理的地基承载力提高50％～100%。经观测，建筑物的沉降与沉降差均符合规范要求。该项技术具有施工快、费用低、低振动及效果好等特点。对处理5～7层屋内配电装置软基来说不失为一推荐方案。由于施工过程中充分利用了建筑垃圾，既解决了城市污染问题，又解决了建筑物推荐承载力不足的问题，具有很好的经济效益和社会效益。
2.4 固化法
利用化学溶液或胶结剂，采用灌入或拌合加固技术可达到土固化之目的。其主要加固原理是土粒间增加粘结力，胶结材料（如水泥、水玻璃、丙烯酸氨或纸浆液等）充填于孔隙体中。用这些方法加固的地基具有高强度和低透水性。其主要方法有压力灌浆法、旋喷法及深层搅拌法。
在沧州地区的软基处理中粉体喷射搅拌桩（简称粉喷桩）法被广泛应用。该法是以生石灰粉或者水泥粉等粉体材料作加固料，用空压机作风源，使加固料呈雾状喷入地基内部，用特制的搅拌钻头使之与原位的地基土进行强制性搅拌，使软土与加固料发生物理—化学反应，硬结后形成一种具有整体性、水稳性和一定强度的柱状加固体。但是，采用该项技术必须保证将原位地基土搅拌均匀，否则将严重影响软基加固效果。另外，若地基中有不明障碍物，如较大直径的石块、未清除干净的建筑基脚及地下设有地道等，则不适宜采用该法，采用该技术进行软基加固，成功的实例很多，但失败的教训也不少。最近，由中国建筑科学研究院所倡导的石灰—粉煤灰桩及水泥—粉煤灰—碎石桩施工技术也已得到应用，并积累了大量成功经验。
2.5 桩基础
桩基础是由基桩和连接于桩顶的承台共同组成。对于8层以上的屋内变电站来说，无疑采用桩基础是行之有效的方法。它由埋设在地基中多根细长具有一定刚性的结构物（统称桩群）和把桩群联合起来共同工作的承台2个部分组成，通过它们与地基土的相互作用，把桩基础所承担的荷载传给基土。在建筑物荷载巨大，地基软弱土层深厚的情况下使用桩基础，常常是一种既经济合理又安全可靠的方法。
桩的种类很多，通常简单分为预制桩和灌注桩（也可按其传递荷载的方式分为摩擦桩和端承桩）。预制桩常见的有混凝土桩、木质桩、钢桩及预应力混凝土桩。预制桩属于排土桩，其施工方式分打入、静压、冲入及震入等，由于预制桩的施工过程伴有较大的噪音和震动，故在建筑物密集区极少应用。灌注桩又可分为钻孔、挖孔及沉拔管式灌注桩，由于沧州等地变电站地下水位较高，一般只采用水下钻孔及沉拔管式灌注桩。沉拔管式灌注桩具有许多优点，但其致命的弱点是极易造成缩颈，尽管有些地区采用“复打”工艺，因有关指标及工艺技术难以控制，故不宜采用。近年来，秦皇岛、黄骅一带的高层楼基大多采用水下钻孔灌注桩，又由于采用了孔底压力注浆新技术，解决了灌注桩在软弱基层可能产生缩颈或断桩以及孔底虚土难以清除干净致使桩的端承力不能发挥的两大难题，给钻孔灌注桩法注入了新的生命力。1991年做沧州某炼油厂配电楼设计过程中了解到该厂18层住宅楼即采用了该技术，桩合格率达到100％。
3、结 语
以上所述为地处沧州等地变电站软基处理的概述，就目前状况而言，对5～7层屋内配电楼地基处理采用较多的仍属重锤夯实法。目前应对该种方式的加固机理、计算理论以及动力特性等进行深入研究。
参考文献
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拟建唐山市大官庄平改楼工程第一期, 建筑场地位于唐山市路北区凤凰新城, 东临大里路, 南临龙富南道, 交通便利, 建筑物类型为一般民用建筑, 地基拟采用CFG桩方案处理。
2 工程地层
根据勘察报告将场地地基土划分为9个工程地质主层, 包含三个工程地质亚层, 从上至下分别为: (1) 层粉质粘土、 (2) 层细砂、 (3) 层细砂、 (4) 层粘土、 (5) 层细砂、 (6) 层粘土、 (7) 层卵石、 (7) -1层细砂、 (8) 层粘土、 (9) 层细砂。本文中桩身进入的地层主要为: (3) 层细砂、 (4) 层粘土。详见图1。
3 两种方案情况介绍
拟建楼房22层, 基础为筏基埋深6.5m, 地基处理后不小于450kpa, 沉降不应大于40mm。
方案1以1.5*1.5矩形布桩, 桩长为10m。
方案2以1.6*1.8矩形布桩, 桩长为18m。
4 两种方案的沉降分析
本文分析方法是通过理正软件对两种方案的沉降进行计算分析的:
方案1
沉降计算
压缩模量的当量值:14.976 (MPa)
沉降计算经验系数:0.400
总沉降量:0.400*89.28=35.71 (mm)
方案2
沉降计算
压缩模量的当量值:15.956 (MPa)
沉降计算经验系数:0.400
总沉降量:0.400*83.80=33.52 (mm)
***Z1——基础底面至本计算分层顶面的距离
***Z2——基础底面至本计算分层底面的距离
5 结论
在满足设计要求的情况下相同地层条件对方案以1.5*1.5矩形布桩, 桩长为10m桩端不穿透砂层, 与方案以1.6*1.8矩形布桩, 桩长为18m桩端穿透砂层进行沉降对比分析。可知两者的沉降量相差不大且均能满足要求。但实际工程中方案2的施工难度与工作量远远大于方案1。.鉴于此, 在以后的CFG桩设计中应针对不同地层进行不同的方案设计再进行对比分析最后选取最优方案。
参考文献
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摘要：在现有研究基础上，结合临坡条形基础双层粘土地基临近边坡的非对称性特征和层状地基特征，构建出临坡条形基础双层粘土地基的多滑块组合单侧滑移破坏模式；根据速度相容关系和速度三角形闭合条件，确定出多滑块离散模式相对应的机动允许速度场；引入上限极限分析理论，导出临坡条形基础双层粘土地基极限承载力计算模型，在此模型上采用序列二次规划算法进行优化求解，建立了临坡条形基础双层粘土地基极限承载力确定方法.利用Matlab的符号运算功能和优化函数编程计算进行实例分析，并与有限元数值计算结果进行对比分析，表明了本文研究方法的可行性与合理性.
关键词：临坡地基；双层粘土地基；上限分析；条形基础；极限承载能力
中图分类号： U416.14文献标识码：A
Abstract：Combined with the characteristics of the asymmetry failure mode of the twolayer clay foundation near slope and layered properties， the unilateral sliding failure mode of twolayer foundation under strip footing adjacent to slope was built on the basis of the existing relevant researches. The failure mechanism was formed by many sliders. According to speed compatible relationships and triangle closed condition， the corresponding planar kinematically admissible velocity field was constructed. By introducing the upper limit analysis theory， the ultimate bearing capacity calculation model of strip footings over twolayer foundation soil was derived. A new approach for determining the ultimate bearing capacity of twolayer foundation under strip footing adjacent to slope was put forward by using sequential quadratic programming optimization algorithm. By the use of Matlab symbolic operation function and optimization function， the finite element numerical analysis results were analyzed and compared with programmed calculation. The feasibility and rationality of the proposed approach was shown.
Key words：ground foundation adjacent to slope； twolayer soils； upper limit analysis； strip footing； ultimate bearing capacity
目前，均质浅基础地基的承载力问题已经有了较深入研究，但实际上工程大部分地基都是非均质层状地基，土层之间的力学指标差别较大，使得成层土地基与均质土地基在破坏机理和破坏模式上有着显著不同，其相应地基极限承载力也必然存在较大差别，因此，开展成层土地基承载力确定方法的研究有着重要的工程意义，这也正是本文研究的出发点.
由于受到土层厚度和力学强度指标等的影响，成层土地基的破坏模式更加复杂，给成层土地基承载力确定方法的研究造成了较大困难，尽管如此，不少学者通过长期研究，在成层土地基承载力确定方法方面取得了长足的进步，形成了包括极限平衡法、滑移线法、极限分析法和数值分析法等多种研究方法[1-11].然而，已有成层土地基承载力确定方法的研究仍然存在一定程度的问题和不足，如Hasen[1]加权平均法取有效深度范围内不同土层厚度的加权平均强度后直接用于均质土的Hasen公式，其方法由于简单实用得到了较为广泛的运用，但仍然只是一种半经验方法；Meyerhof和Hanna[2]提出的剪切理论认为上部土层发生冲剪破坏，下部土层发生整体剪切破坏，经过大量模型试验检验该理论运用于成层土地基极限承载力计算具有一定合理性，但只能解决硬土层下卧软土层地基承载力问题；杨永新[3]等基于滑移线场理论，研究了极限平衡区中上层粉土和下层砂土的地基承载能力，其研究方法的适应性仍受到一定限制；Zhu[4]等及Burd和Frydman[5]等采用数值分析方法能有效解决复杂边界问题和非均质土层问题，但由于土体强度参数选择的困难，也并没有在实际工程应用中被广泛接受；Florkiewxicz[6]等基于极限分析上限理论，采用多滑块组合破坏模式研究双层和三层非水平分层地基的极限承载力，经过与其它理论研究方法结果和实验结果的对比分析，验证了其正确性和有效性；Michalowski[7]等采用折线间断面形式构建了无粘性土下卧饱和软粘土双层地基的机动速度场，对比分析了多种破坏模式的适用性，但是上述两者确定的机动速度场实际应用到临坡地基当中仍有待进一步改进.
近年来，临近斜坡浅基础下层状粘土地基广泛出现在各类岩土工程结构中，但就目前来说，从临坡地基出发开展临坡层状粘土地基破坏模式和承载力性状的研究还不够深入.已有的临坡均质粘土地基破坏模式大多假定滑动面为圆弧或对数螺旋线[12]，但现实情况下，由于斜坡的存在和层状构造土的性质各异，临坡层状粘土地基应力应变分布极为复杂，使得其在地基破坏模式上与临坡均质粘土地基相比已发生了很大改变，层状地基越不均质，真正的最危险滑动面偏离圆弧滑动面越远，而且也并非对数螺旋线就能逼近真实滑动面，因此，临坡层状粘土地基的任意滑动面形状的确定尤为重要.采用多滑块组合破坏模式的上限极限分析方法，无需事先对极限状态下的连续滑动面形状做出各种假设，能有效结合地基临近斜坡和层状构造的特征，真实反映层状地基粘土重度、粘聚力、土层厚度、埋深和坡角等不同影响因素作用下的破坏模式，而且，上限极限分析方法能避免对滑块间作用力过多假设，不需考虑土体复杂的应力应变关系且理论严谨，这就为临坡成层土地基承载力确定方法的研究提供了一条有效的研究途径，这也正是本文研究的重要内容之一.
为此，本文将从临坡条形基础双层粘土地基破坏模式研究入手，在考虑基础埋深和临坡距离等影响的基础上，采用多滑块组合破坏模式，利用上限极限分析方法，构建临坡条形基础双层粘土地基机动允许的速度场，建立新的临坡条形基础双层粘土地基极限承载力分析模型，以期完善临坡地基承载力分析的理论与方法.
1临坡双层粘土地基破坏模式
2机动允许速度场的建立
临坡双层粘土地基破坏机构机动允许速度场的构建是采用极限上限分析方法确定临坡地基承载力必须解决的关键问题，为了确定允许速度场，首先做如下假定：
1）临坡地基为水平层状地基，持力层范围内有两层饱和粘土，采用不排水剪有效粘聚力，内摩擦角φ1=φ2=0.
2）条形基础基底与地基土间允许产生相对滑动，基础以速度VP垂直向下运动.
3）临坡粘土地基服从MohrCoulomb屈服准则和相关联流动法则.
在上述假设基础上，根据速度相容的闭合三角形几何关系，可得到如图 2所示速度关系和图3所示破坏机构的机动允许速度场[16]，再由矢量分析原理及速度相容性要求可以推导出各速度间断面上速度.
本文采用多滑块组合分析模型，一般来说块体划分越小，刚性滑块的数量越多，结果越接近于真实解，取20个滑块时能够获得较好的上限解.根据本文方法计算该临坡条形基础双层粘性地基工程算例，得到临坡地基极限承载力Qu=128.6 kPa，结果表明本文方法计算结果与有限元数值分析结果相差较小，本文上限解是较好的上限解，验证了本文上限分析方法的可行性与适用性.同时绘制本文分析方法对应极限状态下的破坏模式如图6所示，与数值模拟分析所得潜在滑裂面接近，说明了本文临坡双层地基多滑块组合破坏模型的有效性.
5.2理论计算与其他上限方法的对比
为了进一步验证本文承载力公式和优化算法的正确性与优越性，采用以下算例，上下粘土层参数取相同值，研究问题变为单层土的临坡地基承载力问题，与同样采用单侧滑移破坏模式，引入上限极限理论计算临坡地基极限承载力的文献[13-15]进行比较.某临坡条形基础地基，基础宽度b=2 m，基础距坡顶距离与基础宽度比a=0，基础埋深H=2 m，地基土体重度γ=18 kN/m3，土体内摩擦角φ=30°，地基土粘聚力c=20 kPa，边坡角η=20°.计算得到临坡条形基础地基极限承载力Qu，并与文献[13-15]的计算结果进行比较分析，如表1所示.
本文与以上3种文献都利用了上限极限分析理论和优化方法对临坡地基极限承载力进行求解，通过比较计算结果可以看出：本文计算所得的地基极限承载力Qu数值略小，是较优的上限解，在工程实际应用中偏于安全；同时几种方法的结果较接近，这也进一步说明了本文承载力公式和优化算法的正确性和合理性.
6结论
1）本文从临坡地基出发，结合临坡成层土地基临近边坡的非对称性特征和层状地基特征，开展临坡条形基础双层粘土地基承载力性状的研究，构建了临坡地基多滑块组合单侧滑移破坏模式，为临坡成层土地基承载力确定奠定了坚实的理论基础.
2）在临坡条形基础双层粘土地基多滑块破坏模式的基础上构建对应机动允许速度场，引入上限极限分析理论和优化方法建立了可考虑地基破坏模式非对称性、地基土成层性状、基础埋深和基础与坡顶距离等影响的临坡地基极限承载力的确定方法.
3）结合工程算例，通过与有限元数值分析方法及其他上限极限分析方法的对比分析，验证了本文临坡双层粘土地基极限承载力上限解是较好的上限解，其滑动破坏面接近数值模拟潜在滑动面，表明本文方法的可行性与合理性.
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粉喷桩在软弱地基处理中的应用
主要介绍了软基的`判断方法和粉喷桩加固软基的原理,从设计方法和施工质量管理两个方面阐述了保证其质量的措施、方法,为类似工程提供参考.
作 者：赵学民 作者单位：陕西交通职业技术学院公路工程系,陕西,西安,710018刊 名：黑龙江科技信息英文刊名：HEILONGJIANG SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION年，卷(期)：2009“”(3)分类号：U4关键词：粉喷桩 软基处理 设计 施工
摘要：深层搅拌法是利用水泥作为固化剂的主挤，通过特制的深层搅拌机械子地基深部就地将软土和固化剂强制拌和，使软土硬结而提高地基强度，在公路软弱地基处理中得到广泛应用。本文主要介绍了深层搅拌法在公路软弱地基处理中的具体施工技术。
关键词：深层搅拌法 公路工程 地基 处理技术
深层搅拌法是利用水泥系作为固化剂通过特殊的深层搅拌机在地基深处就地将软黏土与水泥浆强制拌和后，首先发生水泥分解，水花反应生成水化物，然后水化物胶结与颗粒发生粒子交换，因粒化作用，以及硬凝反应，形成具有一定强度和稳定性水泥加固土，从而提高地基承载力及改变地基土物理力学性能，达到加固软土地基效果。因而深层搅拌法适用于饱和软黏土、淤泥质亚黏土、新吹填土、沼泽地带炭土、沉积粉土等土层的基础加固。由于这种方法特别适用于理软土，处理效果显著，处理后可很快投入使用，因此在公路软弱低级处、处理在中得到广泛应用。本文主要介绍了深层搅拌桩在公路工程软弱地基处理中的具体施工技术。
1处理作业准备条件 1.1材料准备
（1）深层搅拌法加固软黏土，宜选用425﹟以上普()水泥作为固化剂，水泥掺量据加固强度，一般为加固土重的7%～15%，每一立方米掺加水泥量约为110～160kg用公示表示为：掺入比(%)=水泥重/被加固的软土重X100%。
（2）改善水泥土性质和桩(墙)体强度，可选用木质素磺酸钙、石膏、氯化钠、氯化钙、硫酸钠等外加剂，还可掺入不同比例的粉煤灰。
（3）深层搅拌以水泥最为固化剂，其配合比为水泥：砂=1：1～1：2，为增加水泥砂浆和易性能，利于泵送，宜加入减水剂(本质素磺酸钙)，掺入量为水泥用量的0.2%～0.25%，并加入硫酸钠，产水量为水泥用量的1%，以及加入石膏，掺入量为水泥用量的2%，水灰比为0.41～0.50，水泥浆稠度为1～14cm，能起到速凝早强作用。1.2 处理作业条件
（1）依据地质勘察资料进行室内配合比实验，结合设计要求，选择最佳水泥加固掺入比，确定搅拌工艺。
（2）依据设计图纸，编制施工方案，做好现场平面布置，安排施工进度，布置水泥浆制备的灰浆池，有条件时将制备系统安装在流动挂车上，便于流动供应，采用泵送浇筑时，泵送距离小于50m为宜。
（3）清理现场地下、地面及空中障碍物，以利施工安全。（4）测量放线，定出每一个桩为。
（5）机械设备配置：深层搅拌机、起重机及导向、量测、固化剂制备等系统。（6）劳动组织：每台深层搅拌机械组由8～12人组成。
（7）如施工现场表土坚硬，需要注水搅拌时，现场四周设排水沟及集水井。2 加固处理工艺流程 2.1 工艺特点
根据上部结构的要求，可布置成柱状、壁状和块状三种加固形式。柱(桩)状加固形式：每间隔一定的距离打设一根搅拌桩。壁状加固形式：将相邻搅拌桩部分重叠搭接而成。块状加固形式：纵横两个方向的相邻桩搭接而成。2.2 工艺流程
深层搅拌法的施工工艺流程为：定位对中→预搅下沉→制备固话挤浆液→喷浆搅拌提升→重复搅拌→移位。对于壁状加固施工工艺的流程：按柱状加固工艺，将相邻两桩纵向相垂搭接成行施工，相邻两桩搭距按设计需要确认。形状如“8”字型；块状加固施工工艺流程：按深层搅拌施工工艺将相邻的桩纵横搭接施工，即组成块状加固体，两行桩之间搭接距可按设计需要确定。施工安全质量主要技术 3.1 施工质量技术要求
（1）深层搅拌桩使用的水泥品种、标号、水泥浆的水灰比，水泥加固土的掺入比和外加剂的品种掺量，必须符合设计要求。深层搅拌桩的深度、断面尺寸、搭接情况整体稳定和墙体、桩身强度必须符合设计要求。
（2）现场载荷试验：用此法进行工程加固效果检验，因为搅拌桩的质量与成桩工艺、施工技术密切相关，用现场载荷试验所得到的承载力完全符合实际情况。
（3）定期进行沉降观测，对正式采用深层搅拌加固地基工程，定期进行沉降观测、侧向为移观测，是直观检查加固效果的理想方法。
（4）深层就搅拌桩的质量允许偏差和检验方法应符合规范的要求。检查数量，按墙(柱)体数量抽查5%。3.2 施工质量注意事项
（1）深层搅拌机应基本保持垂直，要注意平整度和导向架垂直度。（2）深层搅拌叶下沉到一定深度后，即开始按设计配合比拌制水泥浆。水泥浆不能离析，水泥浆要严格按照设计的配合比配置，谁你要过筛，为防止水泥浆离析，可在灰浆机中不断搅动，待压浆前才浆水泥浆倒入料斗中。
（3）要根据加固强度和均匀性搅拌，软土应完全预搅切碎，以利于水泥浆均匀搅拌：压浆阶段不允许发生断浆现象，输浆管不能发生堵塞；严格按设计确定数据，控制喷浆、搅拌和提升速度；控制重复搅拌时的下沉和提升速度，以保证加固范围每一深度内，得到允许搅拌。
（4）在成桩过程中，凡是由于电压过低或其他原因造成停机，使成桩工艺中断的，为防止断桩，在搅拌机重新启动后，将深层搅拌叶下沉半米后再继续成桩。相邻两桩施工间隔时间不得超过24小时(壁状)。
（5）考虑到拌桩与上部结构的基础或承台接触部分受力较大，因此通常还可以对桩顶板-1.5m范围内再增加一次输浆，以提高其强度。
（6）在搅拌桩施工中，根据摩擦型搅拌受力特点，可采用变掺量的施工工艺，即用不同的提升速度和注浆速度来满足水泥浆的掺入比要求。在定量泵条件下，在软土中掺入不同水泥浆量，只有改变提升速度，通过提升速度检测仪检测。3.3 施工安全技术要求
（1）深层搅拌机冷却循环水在整个施工过程中不能中断，应经常检查进水和回水温度，回水温度不应过高。
（2）深层搅拌机的入土切削和提升搅拌，负载荷太大及电机工作电流超过额定值时，应减慢提升速度或补给清水，一旦发生卡钻或停钻现象，应切断电源，将搅拌机强制提起之后，才能重启动电机。深层搅拌机电网电压低于380V应暂停施工，以保护电机。
（3）灰浆泵及输浆管路：泵送水泥浆前管路应保持湿润，以利输浆；水泥浆内不得有硬结块，以免吸入泵内损坏缸体，每日完工后，需彻底清洗一次，喷浆搅拌施工过程中，如果发生故障停机超过半小时宜见拆卸管路，排除灰浆，妥为清洗；灰浆泵应定期拆开清洗，注意保持齿轮减速器内润滑油清洁。
（4）深层搅拌机械及重启设备，再地面土质松软环境下施工时，场地要铺填石块、碎石，平整压实，根据土层情况，铺垫枕木、钢板或特制路轨箱。4 结语
1 工程及其基础方案的概况
郑州某办公楼是一个“一”字形的建筑, 它的建筑面积约为9000平方米, 其中包括地下1层, 地上9层, 框架结构震设防烈度为7度, 框架为二级抗震等级, 乙级地基基础设计。有3种基础设计方案可供选择:
1.1 天然地基柱下条形基础设计。
此种方案要求室内与室外的高相差0.6米, 基础地标初步设为-5米, 地下室的底标高为-3.3米, 从室外的地面算起建筑物的基础埋深应为4.4米, 并且采用C35混凝土。
1.2 挤扩支盘桩基础设计。
此种方案的设计要求从室外的地面算起, 建筑的基础埋深应为4.4米, 初步将基础底标高设定为-5.0米。 (1) 关于挤扩支盘桩的设计。这种设计一般有两种桩型可供选择。第一种桩型的设计为:桩长要求为10.3米, 桩径要达到600毫米, 装底标高应为-15.3米, 桩顶标高应为-5.0米, 每盘直径应为1600毫米, 一共要设4盘。单桩竖向的承载力设定为Ra等于4100kN的特征值。第二种桩型的设计与第一种桩型的不同是:用支来代替中间盘, 这样就成了2盘2支。单桩竖向承载力设定为Ra等于3300kN的特征值。桩身混凝土采用C45的强度等级。 (2) 关于承台的设计。桩的间距要设定为2.5米, 将基础拉梁设在承台间, 拉梁的混凝土采用C30的强度等级。
1.3 CFG桩复合地基柱下独立基础设计。
此种方案要求从室外的地面算起, 建筑的基础埋深要达到4.4米, 初步将基础底标高设为-5.0米。 (1) 关于CFG桩的设计。桩长要达到12米, 桩径400毫米, 桩底标高-17.3米, 桩顶标高为-5.3米, 单桩的竖向承载力的特征值Ra等于589kN, 混凝土在桩身的等级应为C15级。 (2) 关于柱下独立的基础设计。这里的混凝土强度应为C30级, 基础间应设基础拉梁, 承载力选择Ra等于320kN的特征值。
2 对方案进行技术经济对比
2.1 技术比较。
(1) 对沉降特性进行比较。计算这3种方案的沉降量可以得出:这3种方案中沉降量最大的是天然地基下的条形基础, 而CFG桩复合地基下的独立基础沉降量大约为百分之三十到百分之四十, 挤扩支盘桩由于在当地的施工经验不足, 所以没有对它的沉降量进行计算, 但根据理论, 它的沉降量应当没有前两者大。如果从差异沉降进行对比, 三种方案的差别并不是很大, 都可以使规范要求得到满足, 但相对而言, 整体性比较好的是天然地基下的条形基础。 (2) 对施工进行比较。天然地基的施工周期最短, 施工最为方便, 最重要的是很容易保证施工的质量。挤扩支盘桩以及CFG桩复合地基的施工周期非常长, 而且都需要进行载荷的试验, 但它们的优点是施工的技术较为成熟。
2.2 经济比较。
通过表1, 表2、表3这3个表格的对比可以发现:最经济的基础方案应是CFG桩复合地基, 它的造价大约是挤扩支盘桩方案的65%, 是天然地基方案的74%。
3 比较的结论
3.1 对地基变形的要求3种方案均能满足。
天然地基基础方案有很好的整体性, 但其沉降量过大。挤扩支盘桩和CFG桩复合地基柱下独立基础的整体性都稍微差一些, 但它们的沉降量很小, 所以差异沉降也很小。
3.2 在造价方面CFG桩复合地基有很大优势。
由于天然地基柱下独立基础和挤扩支盘桩使用的钢筋混凝土量很大, 水泥、钢材等材料价格不断上涨, 因此, 造价不断升高。而CFG桩的布桩很灵活, 它可以很好的将桩、桩间土的承载力进行充分的利用, 具有极高的经济性。提高地基承载力可以降低钢筋混凝土的使用量, 因此, 与其它两个方案相比, 它的造价较低。
4 方案的选择
4.1
由于挤扩支盘桩施工复杂、造价高、工期长, 因此没有推荐使用它的价值。
4.2
天然地基条形基础极易保证质量、施工也简单、工期很短, 但是它的造价比CFG桩复合地基柱下独立基础高了34%, 其经济性比较差, 若工期紧张, 可以选择此方案。
4.3
由于CFG桩造价低、取材容易、成桩的质量稳定且沉降较小, 因此, 通常应将CFG桩复合地基柱下独立基础列为首选的方案。
参考文献
[1]王小杰.软弱地基条件下涵洞基础的设计[J].科学之友.2010 (20) .
[2]阮景文.工业厂房软弱地基基础特性分析及对策[J].铁道勘察.2008 (6) .
[3]谭正清, 夏念恩.软弱地基基础设计选型分析[J].河南建材.2010 (2) .
关键词：粘土心墙土石坝；基础处理；施工技术
（一）施工工程的相关概述
1.工程的特点
工程基础的处理与大坝运行期的安全有着密不可分的联系，因此，如何加强基础处理工程质量的控制便成为施工工程中的一大关键。对于施工工程而言，防渗墙开挖与混凝土浇筑是施工质量的重要影响因素，但基于施工工序繁琐复杂、隐蔽性较强等特点，要保证施工施工的质量控制，就需要从施工设备、施工方法等各个环节进行加强管理[1]。
2.施工的方案
为保证施工过程的供水循环，可在附近坝头山顶建立高位水池，并引至施工作业处。同时防渗墙需在旱地进行施工，可于防渗墙上下游区域设置井点降水、排水沟与截水沟。根据实际施工条件而定，可利用冲击钻机来对每个槽段的主孔进行钻击，直至达到预期的深度，随后抓除两孔之间的副孔，该方案可称为“两钻一抓法”。
（二）施工流程及操作要点分析
1.防渗墙施工平台施工
（1）首先采用推土机进行施工平台的开挖，随后采用平台开挖的部分可用土料进行平台分层的填筑，并将每层铺筑的厚度控制在0.5m之内，并依照压实度的要求进行碾压。最后为保证施工设备的正常运送，于各个施工平台进行临时道路修筑[2]。
（2）进行混凝土导向墙施工。经过开挖或填筑将导向墙进行基础施工，合格后即可进行导向墙混凝土施工，导向墙的长度根据防渗墙轴线而定，长度取超出防渗墙两端各0.5m的距离，高度取超出防渗墙顶0.5m的点即可。为防止导向墙底部被污水等物渗入，可采用土料填于导向墙两侧，并进行紧密的碾压。待平台形成后，利用碎石对导向墙上游进行反复填充，并进行紧密的碾压，并以导向墙下游宽8m处为范围，进行混凝土板浇筑。
2.混凝土防渗墙
（1）槽段施工。采用“两钻一抓法”进行槽段开挖，操作步骤如下：于导向墙上一区域选定导孔孔位彬进行造孔，直至达到预期设定的深度后抓走两体间的土体。随后采用冲击钻对基岩部分进行钻击，直至预期设定的深度。施工过程中，如出现泥浆漏失现象则应立即采用堵漏及补浆措施进行补救[3]。
（2）槽段连接。待接头孔在已浇混凝土终凝后，利用冲击钻机于槽端孔孔位重新进行钻孔，接头套接孔的孔位中心深度需控制在墙厚的三分之一范围内。
（3）固壁泥浆。建立相应的泥浆系统，采用高速搅拌机对膨润土泥浆进行搅拌，并通过24小时的水化溶涨后才能够投入使用，且槽段内不可注入清水，如出现泥浆污染严重现象，则立即进行废弃处理，不再投入使用。
（4）清孔换浆。采用“泵吸法”对验收合格的槽孔进行清孔工作，利用下设潜水排污泵陪振动筛清孔，同时不间断地填入新鲜泥浆直至达到设计标准。
（5）槽孔混凝土浇筑。①利用混凝土搅拌车将混凝土运至浇筑槽孔内，采用直升导管法进行槽孔浇筑，浇筑前需定期对导管进行密闭承压试验，确定单根导管与连接质量与下设孔深相适应后方可进行槽孔浇筑[4]。②进行导管连接，具体连接操作视槽底形状、混凝土扩散的半径及预埋件的位置等因素而定。导管间距应控制在3.5m的范围之内，导管底部与槽孔底板间的距离应控制在25cm之内，且当槽底高差超出25cm时，应将导管放置于最低处。③在进行浇筑之前，应首先进行过球试验，将适量的混凝土砂浆注于导管内，为使导管底端在管口皮球挤出后能够埋入混凝土内1m处，应当通过计算准备好足够的混凝土。④在将槽内混凝土面上升速度控制在2m/h的前提下，不间断地连续浇筑混凝土。为防止空气被混凝土压入导管内，在混凝土尚未将导管填满时，应将后续的混凝土以缓慢的速度注入受料斗中，随后再灌入导管内。⑤定期测量混凝土面的深度，以30min/1次左右的间隔为宜，同时根据混凝土面的上升情况来决定导管的提升速度，在保证导管埋入混凝土的距离大于1m小于6m的前提下，利用钻机等设备将导管进行提升，并拆除顶部部分导管。⑥采用砂石泵，待混凝土面上升至槽孔后，将浓浆抽除，同时将导管提升，待混凝土面高于设计墙顶标高0.5m处时将导管拔出。
（6）防渗墙顶处理。待防渗墙浇筑2周后，实施防渗墙顶处理，利用空压机、风镐等设备，将墙顶部分质量不佳的混凝土凿除。
3.截水槽开挖基坑降水施工
（1）取截水槽开挖线上下游侧3m远的区域，作为降水井设置点，降水井的间距、直径分别为2m、0.3m，深度以截水槽开挖底线3m以下为准。
（2）采用套管进行孔径为300mm的降水井开挖，并于孔中放入井点管，直至达到一定深度后便进行固定，在孔壁与井点管间灌入滤料，在滤料灌入的同时以缓慢的速度将管套拔出，使滤料将过滤管完整地包住。
4.凿除导向墙
待防渗墙施工结束后，检查施工是否合格，合格后便对导向墙进行开挖，直至导向墙暴露而出后将其凿除，并利用风镐等工具将墙顶0.5m范围的混凝土进行人工凿除[5]。
5.防渗墙混凝土浇筑
于截水槽地面放置防渗墙轴线、边线等，将水铜片在墙轴线上进行固定后即开始进行混凝土浇筑。取3×2cm的高密笨板镶嵌，待混凝土施工即将封顶时，置于轴线两侧的中心点，作为双道键槽。混凝土浇筑的过程中，需定期检查有无变形现象发生。
6.帷幕灌浆
采用地质钻机进行孔径为65mm的造孔，钻孔采用防渗墙体内预埋管的方式，以预防由于钻孔偏斜出现防渗墙搭接质量受到影响的情况出现。采用双层立式拌浆桶进行拌桨，灌浆泵的排浆量以大于每分钟100L为标准，并以匀速的搅拌速度进行拌桨。进行帷幕灌漿时，应将灌浆压力控制在引起的地面抬动不超过允许值的范围内，表层在1.5倍水头以上，底部在2～3倍水头左右。通常情况下，灌浆孔下部的压力较之上部更大，后序孔的压力较之前序孔更大，中排孔的压力较之边排孔更大。在帷幕灌浆中较为常用的是一次升压法，意指将压力以较快的速度升至设计压力值，如灌入浆量较大，可采用分级升压法进行灌浆，可有效对浆液的扩散范围进行限制。
（三）进行安全施工的相关措施
1.建立健全的安全生产管理机构，并在每个操作环节设立相关的负责人，以保证安全管理制度的有效实施，从而在安全的前提下开展各项安全生产工作。
2.严格遵循“安全第一；预防为主”的原则，依照相关的法律法规将制度落实到实处，对于违规违法的行为不予以姑息纵容。
3.施工人员上岗前需接受专业的培训，加强施工人员的安全意识，并做到每一位施工人员均属于持证上岗，以避免由于施工人员出现技术失误而导致施工安全事故的发生。
4.定期开展全方位的安全检查，对施工前、施工后的工程质量均进行严格的检查，检查的过程避免形式化主义，不将检查工作视为走流程，使安全生产监督工作发挥其最大的应用价值。
5.在施工作业开始前，对施工环境的不安全因素进行严密的排查，并根据实际情况而定设定相关的安全技术保障措施，并落实到实际施工操作中来。
6.设置相关奖罚制度，对不按照施工要求进行操作的施工人员给予一定的惩罚，建立起奖罚制度的严肃性与执行性，杜绝投机取巧现象的发生。
参考文献：
[1]黎明，遇柏成，陈乃平.粘土心墙土石坝基础处理施工技术[J].中国高新技术企业，2011（23）：97-99.
[2]郭伟，薛香臣.糯扎渡水电站大坝粘土心墙雨季施工技术[J].水利水电技术，2014，45（03）：42-47.
1.1 淤泥及淤泥质土。
它是在净水或缓慢流水环境中沉积的、经生物化学作用形成的、天然含水量高的、承载力 (抗剪强度) 低的、软塑到流塑状态的饱和粘性土。其含水量一般大于液限 (40%~90%) ;天然孔隙比一般大于1.0或等于1.0;当土由生物化学作用形成, 并含有机质, 其天然孔隙比大于1.5时为淤泥;天然孔隙比小于1.5而大于1.0时称为淤泥质土, 淤泥和淤泥质土总成软 (粘) 土。其工程特性主要是具有触变性、高压缩性、低透水性、不均匀性以及流变性等。在荷载作用下, 地基承载能力低, 地基沉降变形大, 不均匀沉降也大, 而且沉降稳定时间比较长。
1.2 冲填土。
系由水力冲填泥沙沉积形成的填土。常见于沿海地带和江河两岸。冲填土的特性与其颗粒组成有关, 此类土含水量较大, 压缩性较高, 强度低, 具有软土性质。它的工程性质随土的颗粒组成、均匀性和排水固结条件不同而异, 当含砂量较多时, 其性质基本上合粉细砂相同或类似, 就不属于软弱土;当粘土颗粒含量较多时, 往往欠固结, 其强度和压缩性指标都比天然沉积土差, 则应进行地基处理。
1.3 杂填土。
系含有大量建筑垃圾、工业废料及生活垃圾等杂物的填土。常见于一些较古老城市和工矿区。它的成因没有规律, 成分复杂, 分布极不均匀, 厚度变化大, 有机质含量较多, 性质也不相同, 且无规律性。它的主要特性是土质结构比较松散, 均匀性差, 变形大, 承载力低, 压缩性高, 有浸水湿陷性, 就是在同一建筑物场地的不同位置, 地基承载力和压缩性也有较大的差异, 一般需要经处理才能作建筑物地基。对有机质含量较多的生活垃圾和对基础油侵蚀性的工业废料等杂填土地基, 未经处理, 不宜做持力层。
1.4 其他高压缩性土。
饱和的松散粉细沙 (含部分粉质粘土) , 亦属于软弱地基的范畴。当受到机械振动和地震荷载重复作用时, 将产生液化现象;基坑开挖时会产生流砂或管涌, 再由于建筑物的荷重及地下水的下降, 也会促使砂土下沉。其它特殊土如湿陷性黄土、膨胀土、盐渍土、红粘土以及季节性冻土等特殊土的不良地基现象, 亦属于需要地基处理的软弱地基范畴。
2 粉煤灰的基本路用性质
2.1 基本理化性能。
2.1.1 粉煤灰的化学成分。
粉煤灰属烧粘土质人工火山灰材料, 其化学成分和煤的组成有关, 随煤质的变化而变化。
2.1.2 粉煤灰的物理性能。
根据岩相分析, 粉煤灰由石英、莫来石、赤铁矿、磁铁矿、磁粒等结晶矿物和更多的硅铝成分为主的玻璃体——非晶态物质组成。粉煤灰的粒度成分与燃煤的性质有关, 并与它的路用性能有一定关系, 国内外对于粉煤灰作为加固或掺入料对其细料含量有一定要求, 以利强度发展, 但作为填料, 对粉煤灰的颗粒组成并无特殊要求。从压实角度看, 较多颗粒含量的粉煤灰内磨阻角增大有一定作用, 但亦有报告认为颗粒不利于压实。
粉煤灰具有较大的渗透系数与发达的毛细现象, 渗透系数随密实度变化介于5×10-7~19×10-7m/s之间, 高于土的几十倍, 其压实后的毛细管上升高度最大可达170cm左右, 较粘土大1~2倍, 因此对路堤的水稳性有较高的要求。
2.2 力学性质。
2.2.1 击实特性。
(1) 轻型击实和重型击实其所得最佳含水量相差8个百分点, 即轻型是重型的1.27倍, 最大干密度, 轻型的是重型的87.1%。 (2) 粉煤灰持水率高, 含水量变化范围大, 不论轻型或重型, 达到最大干密度之前, 其含水量的增加对于干密度影响较小, 曲线平缓上升, 当达到最大干密度时, 其变化较大, 随后曲线迅速下降, 轻型标准击实含水量许可范围较重型标准击实度宽, 有利于压实。 (3) 粉煤灰的最大干密度比土小30%~40%, 特别适宜在软弱地基上修建路堤以减轻自重, 减少沉降。
2.2.2 压缩特性。
当压实系数仅为土壤的50%左右, 从而减少了粉煤灰路堤建成后的路堤自身压缩对路面平整度带来的影响。
2.2.3 内摩擦角与粘结力。
内摩擦角与粘结力是评定路堤稳定的主要指标, 在进行路堤稳定性分析时应充分注意。
2.2.4 回弹模量与CBR。
回弹模量是进行路面强度设计时的主要指标, 在美、日等一些国家则采用CBR作为路面强度设计参数, 调湿灰的回弹模量和CBR值均高于土的回弹模量和CBR。由此可见, 粉煤灰具有较高的强度, 用粉煤灰填筑路堤就强度而言由于亚粘土。
3 粉煤灰路堤设计与施工
3.1 试验路况。
某试验路共500m, 结合路基拓宽工程 (路基由12m拓宽至20m) 全部位于老路南半幅, 最小填土高度为2.35m, 最大填土高度为5.03m, 平均填高为3.15m, 护坡包土1m厚, 边坡率为1:1.5。
3.2 地基处理。
由于试验段淤泥较厚, 地质状况较差, 因此必须对地基采取处理措施, 以保证粉煤灰路堤的强度和稳定性。
由于采用土工织物与砂垫层综合处理, 将粉煤灰与淤泥层隔离, 利用土工织物承受拉力, 提供其抵抗软土滑裂的稳定性, 增强了淤泥层土基承载能力, 便于施工机具进行运输和压实, 使填土速度大大提高, 加快了施工进度。但如在米砂层上铺一层粘性土隔离层, 会更有效地隔断毛细水上升通道。采用道渣作隔离层清淤不必很彻底, 施工速度快, 但比用NCS固化材料处理造价高。对高路堤如基底清淤比较彻底, 不作任何隔离层, 从试验路检测结果来看, 没有发生不良现象。对于直接用于道渣填至高出水面50cm, 施工速度最快, 但造价大, 且后期由于压实问题易造成沉降偏大。
综上所述, 可以认为粉煤灰基底处理, 以采用NCS固化材料、道渣、土工合成材料等处理方法为好。
3.3 粉煤灰路堤施工。
试验路所用的粉煤灰运至料场储存, 其含水量为20%左右, 施工前向灰堆洒水, 粉煤灰含水量达30%左右, 然后用自卸车运至工地, 用推土机摊铺, 松铺厚度控制在250cm左右, 摊铺好的粉煤灰含水量大约为30%, 再用高压水泵洒水至含水量达37%左右, 即可碾压。先用20t振动压路机静碾一遍, 然后平地机整平调拱后, 再用振动压路机高振幅振碾三到四遍, 最后用胶轮压路机稳压一到两遍, 至无轮迹。土质护坡与粉煤灰应同时摊铺, 同时碾压。
4 结论
通过大量的室内试验及试验路堤的验证, 可以得出以下结论:
4.1 粉煤灰是一种质轻、多孔隙结构的粒状材料, 颗粒分布均匀, 其工程物理特性能满足筑路路堤要求。因此, 用粉煤灰填筑路堤在技术上是可行的, 可以满足公路路堤要求。
4.2 粉煤灰路堤按轻型标准控制压实是适宜的。
4.3 粉煤灰吸水量大, 沥水性好, 施工压实含水量范围宽, 有利于施工, 特别是雨季施工。
4.4 粉煤灰由于自重轻, 压缩性好, 渗透系数大灯工程特性, 十分适合修筑高路堤, 便于“以路代桥”, 在软弱地基上应用, 更为适宜。
4.5 粉煤灰路堤基底可采用NCS固化材料, 道渣、土工合成材料等多种方法机械处理, 可在软弱地基上应用。
参考文献
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辽宁 (营口) 沿海产业基地一期工程位于盐滩场地, 所处地貌类型为大辽河三角洲冲积平原型, 整个场地地势低洼, 多数场地受潮水顶托, 场地地质条件复杂, 表层土质属淤泥质土或淤泥质粉质粘土, 氯化钠盐含量超过1%。这样的土壤做路基既不同于一般的软土路基, 也不同于一般的盐渍土路基。辽宁 (营口) 沿海产业基地路网属城市道路, 路面设计高程受城市竖向设计限制, 地下水位又高, 路基常年处于过湿状态, 路基最小填土高度无法满足规范要求。在盐滩内大面积修筑城市道路对我们来说还是一个新的尝试, 如何选择经济合理的换填层材料做为道路的承托层, 这是摆在我们道路工作者面前的新课题。下面就我们所做的工作说明如下:
1 对路段进行地质勘察鉴别软土
按路段情况选择三个钻孔, 孔口绝对高程为1.50～2.00m之间。钻孔厚度范围内, 地基土自上而下分为三层:
一层淤质粉质粘土:灰黄色、无层理, 含有少量铁质结核, 流塑状态, 高压缩性。层厚0.2～0.7m, 层底高程1.2～1.3m。
物理力学性质:天然含水率W=38.8%, 液限含水率WL=37.5%, 容重r=17.5kN/m3, 孔隙比e=1.141, 塑性指数IL=1.08, 地基承载力[σ0]=70kPa, 静力触探总贯入阻力Ps=417kPa。
二层粉质粘土:灰黄色, 无层理, 含水量铁质结核, 软-流塑状态, 高压缩性。层厚2.6～2.8m, 层底高程-1.3～-1.5m。
物理力学性质:天然含水率W=32.9%, 液限含水率WL=33.20%, 容重r=19.0kN/m3, 孔隙比e=0.889, 塑性指数IL=0.91, 地基承载力[σ0]=100kPa, 压缩量Es=3900kPa, 直剪内摩擦角Φ=7°, 静力触探总贯入阻力Ps=450kPa。
三层淤泥质粉质粘土:灰色, 流塑状态, 高压缩性。在该层中局部夹有泥炭质土, 本次钻探未穿透此层。
物理力学性质:天然含水率W=37.9%, 液限含水率WL=34.3%, 容重r=18.4kN/m3, 孔隙比e=1.055, 塑性指数IL=1.13, 地基承载力[σ0]=90kPa, 压缩量Es=3000kPa, 静力触探总贯入阻力Ps=810kPa。
依据《公路路基规范》 (JTGD30-2004) 表7.6.1软土鉴别指标 (见表1) 。本路段的路基土均定义为软土。
2 土质、水质分析确定盐渍类别
为了确定路基土是否为盐渍土, 哪一类盐渍土, 我们对钻孔的不同深度10个土样和水质进行分析, 一些主要指标见表2。
《公路路基设计规范》 (JTGD30-2004) 将路基土含盐性质的不同分为五类:CL-/SO
按 (表2) 土质、水质分析结果, 本路段路基土CL-/SO
路基土盐渍化程度, 按《公路路基设计规范》 (JTGD30-2004) 表7.10.2-2进行分类, 土层中平均含盐量为0.88～2.30之间, 本路基土可定性为细粒土中盐渍土。
3 氯盐渍土的工程特性
(1) 含盐量对力学强度的影响:这类盐渍土的力学强度与总含盐量 (SDs) 有关。总的趋势是SDs增大, 临塑荷载Po随之增大。当SDs在10%范围内Po变化不大, 超过10%后, Po有明显提高。这是因为土中氯盐含量超过临界溶解含盐量时, 则以晶体状态析出, 同时对土粒产生胶结作用, 使土的力学强度提高, 相反, 氯盐含量小于临界溶解含盐量时, 则以离子状态存在于土中, 此时对土的力学强度影响不太明显。
(2) 对可塑性的影响:氯盐含量越高, 液限、塑限及塑性指数越低, 可塑性越低。
(3) 对土密度的影响:土中含有氯盐时, 一般能使土的天然孔隙比降低, 土的密度、干容重提高, 这是因为氯盐晶粒充填了颗粒间的空隙。
(4) 吸湿性:土中氯盐的存在, 能使细粒分散部分起脱水作用, 使土的最佳含水量降低。土体长期保持在最佳含水量附近状态, 因此土体容易压实, 有利施工。
(5) 侵蚀性:氯盐渍土具有一定的腐蚀性, 当氯盐含量大于4%时, 对混凝土会产生不良的影响。对钢铁、木材、砖等建筑材料也具有不同程度的腐蚀性。
(6) 盐渍土用作路基填料的可用性, 根据《公路路基设计规范》表7.10.3-2中细粒土盐渍土对于各级公路, 均不适合作路床以下0～0.80m的回填材料。而对于高速公路、一级公路可作路床1.50m以下填料, 二级及二级以下公路可用于0.80～1.50m范围内的填料。该路基土属细粒土中盐渍土, 不能作为路床以下0～0.80m的回填材料。
4 路基换填层处理
根据场地软土盐渍土的情况, 经过理论分析, 采用两种处理方案:
4.1 粒料石灰土方案
经过对粒料石灰土的室内配合比试验, 最终选取土∶石灰∶粒料为40∶10∶50的配比。土利用本路段土, 石灰采用本地区产石灰, 石灰的钙镁含量满足《公路路面基层施工技术规范》 (JTG034-2000) 附表中4.2.3石灰的技术指标Ⅲ级石灰标准要求;粒料采用本地区的石料, 石料压碎值小于35%。粒料石灰土采用路拌法, 在施工现场先将石灰和土按比例攒大堆进行拌和, 待土颗粒松散, 灰土拌和均匀后, 再与粒料进行拌和。粒料石灰土换填层总厚度1.00m, 分两层填筑, 第一层0.80m, 采用100马力以上的推土机分层铺筑分层排压, 0.8m顶面采用12～15t压路机辗压, 压实度采用轮迹控制。第二层0.2m, 采用推土机或平地机铺筑, 采用18t以上的振动压路机辗压。压实度采用贯砂法检测。经过洒水养生7d, 测定弯沉值大都在180 (mm/100) 左右, 满足路基的强度要求。
4.2 粒料换填方案
在开挖路槽顶面铺设土工布一道, 土工布在粒料层内的锚固长度大于1m, 其作用是控制淤泥上挤, 使料形成整体使土基受力均匀。土工布采用200g/m2, 涤纶长织纺粘针刺土工布, 断裂强度大于10kN/m。在土工布上铺设荆笆帘一道, 主要作用是防止粒料将土工布顶破, 提高软土地基承载力。荆笆帘采用紫树槐材料, 每平方米质量大于4000g。粒料采用本地区的开山石, 石料压碎值小于35%。粒料换填总厚度1.20m, 分两层填筑, 第一层厚0.95m, 采用12～15t压路机辗压。第二层厚0.25m, 采用18t以上振动压路机辗压。粒料换填层顶面弯沉值大都在200 (mm/100) 左右, 满足路基的强度要求。
关键词：软弱地基,结构设计,处理方法,强夯法
1 软弱地基特点及成因
根据《建筑地基基础设计规范》中的论述,软弱地基指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其他高压缩性土层构成的地基。它是指基本上未受过地形及地质变动,未受过荷载及地震动力等物理作用或土颗粒间的化学作用的软黏土、有机质土、饱和松砂和淤泥质土等地层构成的地基。具有稳定性差、易出现液化、沉降量大等特点。软弱地基的种类很多,按成因一般可分为人工填土类地基;海相、河流相和湖相沉积而成的含淤质黏土类地基;各种山前冲积、洪积相所形成的夹卵石、漂石的黏土类地基。
2 软弱地基处理方法
目前软基处理的主要方法有换填垫层法、挤密法、深层搅拌法、灌浆法、强夯法、木桩法、加筋法等等,下面就其中的几种地基处理方法进行剖析。
1)换填垫层法。当软弱土地基的承载力和变形满足不了建筑物的要求,而软弱土层的厚度又不是很大时,将基础底面以下处理范围内的软弱土层的部分或全部挖去,然后分层换填强度较大的砂(碎石、素土、灰土、高炉干渣、粉煤灰)或其他性能稳定、无侵蚀性等材料,并分层夯实成低压缩性的地基持力层。
2)排水固结法又称预压法,其包括堆载预压法、超载预压法、真空预压法、真空与堆载联合作用法、降低地下水位法和电渗法等多种方法;通过在预压荷载作用下使软黏土地基土体中孔隙水排出,土体发生固结,土中孔隙体积减小,土体强度提高,达到减少地基工后沉降和提高地基承载力的目的。
3)挤密法。挤密法即先往土中打入桩管成孔,然后在孔内填入砾石、砂、石灰、灰土等捣实而成。此法适用于含砂粒、瓦屑的杂填土及含砂量较多的松散土地基,对粘性大的饱和软土地基,由于渗透性小,在加固过程中不能排出很多水分,故挤密效果不大。
4)深层搅拌法。深层搅拌法是利用水泥作为固化剂,通过特别的深层搅拌机械,在地基深处就地将软土和水泥(浆液或粉体)强制搅拌后,水泥和软土将产生一系列物理—化学反应,使软土硬结改性。改性后的软土强度大大高于天然强度,其压缩性,渗水性比天然软土大大降低。
5)加筋法有加筋土法、锚固法、树根桩法、低强度混凝土桩复合地基法、钢筋混凝土桩复合地基法等多种方法。通过在土层埋设强度较大的土工聚合物、拉筋、受力杆件等达到提高地基承载力,减小沉降,维持建筑物稳定的目的。
6)灌浆法。用钻机成孔,将注浆管放入孔中需要灌浆的深度,钻孔四周顶部封死。启动压力泵,将搅拌均匀的水泥浆或水泥砂浆压入土的孔隙和岩石的裂隙中,同时挤出土中的自由水。水泥浆凝固后,土体与岩石裂隙胶结成整体。此法基本上不改变原状土的结构和体积,所用灌浆压力较小,适用于卵石、中、粗砂和有裂隙的岩石。如是黏性土,则用较高的压力灌入浓度较大的水泥浆或水泥砂浆。
7)强夯法。强夯法是法国Menard技术公司于1969年首创的一种地基加固方法,它一般通过10 t～40 t的重锤和10 m～40 m的落距,对地基土施加很大的冲击能,在地基土中所出现的冲击波和动应力可提高地基土的强度、降低土的压缩性、改善砂土的抗液化条件、消除湿陷性黄土的湿陷性等。同时,夯击能还可提高土层的均匀程度,减少将来可能出现的差异沉降。
3 软弱地基处理方法的选择
3.1 地质勘探结果
不同的地质条件可采用不同的地基处理方法,根据勘察报告首先提出几种处理方案,再从中择优选用。
3.2 设计及施工
设计时应综合考虑工期,施工队伍的能力,工程造价等;要根据具体情况抓主要矛盾,特别是在发生紧急灾情时,更要头脑冷静,不被外界所干扰;作为施工单位也应该提出自己的意见,拿出自己强势的技术,参与设计方案的优化。
3.3 场地周边环境
施工时应考虑对周围环境的影响,如:新填土会挤压原有道路、房屋,产生侧向位移或附加沉降,上海一栋新建住宅楼整体倒塌就是堆土不当造成侧压力过大发生的;施工是否有噪声扰民问题;降水时,要考虑周边地基的沉降和对周围居民用水的影响是否需要做隔水墙,并考虑施工后注水复原的问题;采用填土堆载时要有大量的土料运进运出工地,会影响交通和环境卫生;打石灰桩、灌注药物或采用电渗排水时,会污染周围地下水,应慎重对待。
3.4 建筑自身特性
建筑自身特性会对我们的地基处理方案产生直接影响。建筑的等级、结构体系、断面形状、位置、埋深、使用要求和建筑材料等因素对所选择加固方法的影响,尤其是地下室、涵洞、地铁等,或者结构物质量不均匀、沉降相差明显时,更应当特别注意。
4 建筑结构设计中采用的措施
4.1 增强结构整体刚度
建筑物本身具有一定的刚度,一般工业及民用建筑刚度比较大的有两种:一种为绝对刚性,如钢筋混凝土水池,火车整体道床等;另一种为相对刚性,如多层砖石房屋,多层钢筋混凝土框架,它具有一定的刚度,但是它的强度较低,不能与它的刚度协调一致,其抗拉能力尤弱,因此碰到软土地基时应适当增加其重点部位的抗拉强度,特别是基础的抗拉强度,有利于发挥建筑物的刚度来调整建筑物部分不均匀沉降。对于多层砌体房屋,其结构整体刚度影响因素比较多,可以从以下几个方面综合考虑:
1)建筑平面形式:建筑平面凹凸曲折多,建筑物整体刚度就小;而建筑平面简单,建筑物整体刚度就大。
2)立面高低变化:一般来说立面高低起伏变化越大,建筑物整体刚度就越小;立面构造简单,无高低起伏的,建筑物整体刚度就越大。
3)基础形式:一般来说整体式基础抗不均匀沉降能力强,建筑物整体刚度就大;独立式基础、条形基础抗不均匀沉降能力相对较弱,建筑物整体刚度就小。
4)长高比:房屋的长高比越大,产生弯曲变形的可能性就越大,抗地基不均匀沉降变形的能力就越弱,建筑物整体刚度就越小;房屋的长高比越小,抗地基不均匀沉降变形的能力就越强,建筑物整体刚度就越大。
5)变形缝的设置:房屋的长度超过规定长度时,应设置伸缩缝;地基情况有变化、房屋有高低差时,应设置沉降缝。设置了变形缝的房屋整体刚度较大,没有按规定设置变形缝的房屋整体刚度较小。
4.2 相邻建筑物的相互影响
建筑物荷载不仅使本建筑物下的土层产生压缩变形,在它以外一定范围内的土层,由于受到基础压力扩散的影响也将产生压缩变形,这种变形随着距离增加值逐渐减小,由于软土地基的压缩性很高,当两建筑物之间距离较近时,这类附加不均匀压缩变形甚大,常造成邻近建筑物的倾斜或损坏,若被影响建筑物的刚度、强度较差时,危害主要表现为产生裂缝;当刚度、强度较好时则表现为建筑物的倾斜。
4.3 新型建材的使用
新型建材的使用目的主要是减轻自重,从而减少建筑物的总沉降量,有利于对不均匀沉降的控制。也可根据设计计算,自重大的部分采用新型材料来减轻自重,用以直接调整不均匀沉降。由于一般砖石结构民用建筑墙身重量所占比例很大,故若能用轻质材料和改变结构体系来减轻这部分的重量,对控制沉降会有明显效果。另一个减轻自重的途径是采用架空地面来代替填土,一般此部分约占地基容许承载力的10%～40%,因此这部分若应用得当会有很好的效果,此时基础形式可做空心基础、薄壳基础、沉井等,有时也可做成地下室,在大量减轻自重的同时,还会增加一定的使用价值。
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