工程设计,淤泥软土地基管理探析

作者:金沙总站注册    发布时间:2020-01-14 10:03    浏览:

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摘要:软土地基承载力低,压缩性大,透水性差,不易满足水闸工程地基设计要求,需要及时进行处理。本文分析了水闸软土地基问题,并介绍了几种水闸施工中的软基处理技术。

简介: 淤泥软土形成于第四纪晚期,属于海相、河谷相、湖沼相、三角洲相等粘性沉积物或河流冲积物,分布于沿海、河流中下游或湖泊附近地区,接近地表部分有厚度不等淤泥质软土。本文就其物理、力学和工程特性,闸述此类地基处理方法,供大家参考采用。关键字:淤泥软土 地基 处理

淤泥土物理性质:一是含有很多细颗粒及大量有机腐植质;二是颜色深灰色或暗绿色,有臭味;三是一般天然含水量在40%~70%之间,有的大于70%,孔隙比>1.0,天然容量在15~18kN/m3之间。力学性质:强度极低,压缩性大,透水性差。工程特性:地基承载力低,强度增长缓慢,加荷后易变形且不均匀,变形速率大且稳定时间长,具有渗透性小、触变性及流变性大的特点。

关键词:水闸;软基处理;排水固结法;灌浆法 一、水闸软土地基问题 软土地基上建闸有两种情况,一是新地基上建闸,闸两侧建引堤,二是破旧堤建闸。对于新建水闸,一般软土含水量W=60~100%的淤泥上,地基承载力不易满足,要进行地基处理,处理方式通常有:木桩、浮运闸、浅层换砂、砼桩基、复合地基等,水闸软基处理不仅是闸基问题,要考虑全面性、整体性及沉降变形的协调性和过渡问题。目前的处理忽略闸两侧的地基处理和沉降,其实多数情况闸两侧的填土荷载和沉降都可能大于闸室,把闸基处理过刚,会在闸两侧边产生过大沉降,这是目前闸基处理存在的主要问题。 早期如浮运闸及砼桩基存在这种问题更严重一些。尤其是砼桩基,须注意底板及闸两侧脱空而产生的渗流问题,处理不好往往会产生事故,必须吸取教训。这种水闸软基处理建议采用复合地基处理较合适。复合地基可用深层搅拌桩,刚性桩复合地基,不适宜用碎石桩复合地基。同时应要注意闸两侧边过渡区的处理,使沉降变形不致产生过大的沉降差。 对破堤建闸问题:破堤处软土已经受了长期的固结,其承载力的地基强度方面不存在太大问题,地基强度主要是上、下淤进出水口边缘部分问题,而主要是沉降问题。在堤中部分,卸去的土重一般要大于闸底应力,闸基处理建议采用复合地基调节沉降和局部强度,做到经济、合理、安全。采用砼桩基同样存在闸两侧回填后可能存在的脱空渗流问题,必须谨慎处理。 二、水闸施工中的软基处理技术 目前国内外对于水闸地基处理的方法也很多,使用较多的主要有以下几种:置换法、排水固结法、灌浆法、桩基法等。下面对几种处理技术进行介绍: 排水固结 排水固结法是在天然软土地基表层设置砂垫层等水平向排水体,在地基中设置砂井等竖向排水体,然后加载预压,使土体的孔隙水排出,逐渐固结,地基发生沉降,同时强度逐步提高的方法。 1、水平向排水垫层 排水垫层材料一般采用透水性好的粗砂,理想的砂料来源困难时,也可以采用连通的砂沟来代替整片砂垫层。粉细砂一般不宜采用。排水垫层目前有下列几种施工方法:当地基表层具有一定厚度的硬壳层,承载力较好,能行驶一般运输机械时,一般采用机械分堆摊铺法,即先堆成若干砂堆,然后用机械或人工摊平。当硬壳层承载力不够时,一般采取顺序推进摊铺法。当软土地基表面很软,首先要改善地基表面的持力条件,使其能供施工人员和轻型运输工具行走。 2、竖向排水体施工 由于袋装砂井断面小、质量轻、设备简单、施工方便,造价比一般砂井低,且不会因施工操作上的误差或地基发生水平和垂直变形而丧失其连续性,故在公路工程中应用比较广泛。袋装砂井一般采用导管式的振动打设机械施工,其施工步骤为:将内径为12cm的套管打入土中预定深度;将预先准备好的比砂井长2m左右的聚丙烯编制袋底部装入约一满锹重的砂,将底部扎紧,然后放入孔内;将袋的上端固定在装砂漏斗上,从漏斗口将干砂边振动边流入砂袋,直到装满密实为止;慢慢拔出导管。 水泥搅拌桩 水泥搅拌桩是利用水泥作为固化剂的主剂,是软基处理的一种有效形式,利用搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌,使水泥与土发生一系列物理化学反应,使软土硬结而提高基础强度。适用于处理淤泥、淤泥质土、泥炭土和粉土土质。 施工要点: 水泥搅拌桩开钻之前,首先用水清洗整个管道并检验管道中有无堵塞现象,待水排尽后方可下钻。 现场拼装钻机、就位。首次进场施工时,应对桩机的电流表、管道压力表、电磁流量表、深度测量仪、电脑打印机进行标定。正常施工时要经常复查,特别是钻头叶片磨损超限应及时补焊,以保证桩体的桩径。移动钻机、准确对孔,水平校正钻机,使其钻杆轴线垂直对准钻孔中心位置,施工时倾斜度不得大于1%。 为保证水泥搅拌桩桩底、桩顶及桩身质量,第一次提钻喷浆时应在桩底部停留30s,搅拌头继续旋转且连续喷浆,余浆在上提过程中全部喷人桩体,且在桩顶部位进行磨桩头,停留时间为30s。 施工时应严格控制喷浆时间和停浆时间。每根桩开钻后应连续作业,不得中断喷浆。严禁在尚未喷浆的情况下进行钻杆提升作业。储浆罐内的储浆量应不小于一根桩的用量另加50kg。 灌浆法 灌浆法是利用气压、液压或电化学原理将能够固化的某些浆液注入地基介质中或建筑物与地基的缝隙部位。灌浆浆液可以是水泥浆、水泥砂浆、粘土水泥浆、粘土浆及各种化学浆材如聚氨酯类、木质素类、硅酸盐类等。灌浆法对加固淤泥软土地基具有明显效果,如福建省龙海市角美壶屿港水闸由于淤泥软基不均匀,沉陷闸基沉降最大达到0.63m,加固时采用单管高压旋喷灌浆处理,每个闸墩上、下游侧和中间各设5个灌浆孔,沿闸墩轴线两侧布孔,灌注水泥浆,成桩直径0.5m,伸入闸基础10.5m,采用灌浆压力为20MPa,经过处理后闸基沉降基本得到控制。高压旋喷灌浆处理原理是通过在闸基中高压旋喷灌浆形成水泥土摩擦桩,提高闸基承载力,达到控制沉降的目的。另一种对淤泥软土地基闸室淘空处理通常应通过水闸上游防渗如设置水平铺盖或垂直防渗控制闸基渗流,然后再对闸室进行灌浆处理,如厦门市石浔水闸由于闸基渗流造成闸室底板多个部位被淘空,加固时先在闸室上游侧采用帷幕灌浆防渗,灌浆帷幕布设在闸墩上游侧1.0m处,孔距0.5m,灌注水泥浆,孔深5.0m,灌浆压力10MPa。然后对闸室淘空部位采用钻孔灌浆处理,先灌细砂,不吃砂后,再灌水泥砂浆,最后灌水泥浆,水闸除险加固后效果显著。 振冲法 用振冲器在土层中振冲成孔,同时填以最大粒径不超过5cm的碎石,形成碎石桩以达到加固地基的目的。振冲法所需主要机具有吊车或卷扬机、振冲器、供水泵、地面电器控制设备及排污设备等。边振边往孔内填料,每次填料厚度不大于80cm,振密一段上提一段,如此分层填料与振实,形成密实的桩柱。 钢筋混凝土预制桩法 目前由于具有较强承载力,投资省,质量有保证,施工速度快等特点,得到普遍运用,如龙海市角美镇金山水闸,其地质条件覆盖一层10m以上厚的淤泥土层,地基处理采用边长为250mm钢筋混凝土预制方桩,挤密淤土层并靠摩擦承载,钢筋混凝土预制桩还具有抗水闸水压力产生水平荷载,达到水平稳定作用。 三、水闸施工中的软基处理技术应用 某水闸是某河下游的一个小型进水闸,该水闸位处珠江三角洲冲积平原,属河口三角洲堆积地貌。在勘探孔深度控制范围内,场地岩土层按地质成因分为第四系耕植土、冲积土、残积土和白垩系基岩。场地土的类型为中软土,建筑场地类别为Ⅲ类。场地粉砂层为地震可液化砂土,钻孔液化指数平均值为4.02,该场地地基属轻微液化等级。 从地质报告得出,该场地40米深度以内土层的力学性质较差,压缩性高,属不良地基土,而闸底处于浅层松软土层上,因此,只通过单一的桩基础处理,难以满足水闸地基使用要求。最后经过方案筛选,同时采用预应力管桩基础及搅拌桩复合地基,并对闸室段采用高压喷射注浆法进行加固。 工程部先进行管桩基础施工,由于预应力管桩基础采用锤击法沉桩,在施工过程中会扰动土体,若与搅拌桩基础或高压喷射灌注桩基础同时进行会影响后者的成桩质量。水闸范围内建筑物采用的管桩外径为Ф500mm,壁厚为125mm,设计桩长暂定为40m,总桩数为73根,本工程管桩按摩擦端承桩设计,单桩承载力特征值不低于750KN,最后一阵贯入度控制在10~18mm。 参考文献 [1]崔伯华.水泥土搅拌桩加固处理水闸软基的质量检测[J]. 中国农村水利水电, 2004年10期. [2]刘建飞,任红侠.水闸与海堤连接段不均匀沉降预防措施初探[J].中国农村水利水电,2013年3期.

淤泥土物理性质:一是含有很多细颗粒及大量有机腐植质;二是颜色深灰色或暗绿色,有臭味;三是一般天然含水量在40%~70%之间,有的大于70%,孔隙比>1.0,天然容量在15~18kN/m3---之间。力学性质:强度极低,压缩性大,透水性差。工程特性:地基承载力低,强度增长缓慢,加荷后易变形且不均匀,变形速率大且稳定时间长,具有渗透性小、触变性及流变性大的特点。

鉴于淤泥软土地基承载力低,压缩性大,透水性差,不易满足水工建筑物地基设计要求,故需进行处理,下面介绍淤泥软土地基五种处理方法。

鉴于淤泥软土地基承载力低,压缩性大,透水性差,不易满足水工建筑物地基设计要求,故需进行处理,下面介绍淤泥软土地基五种处理方法。

1、桩基法

1、桩基法

当淤土层较厚,难以大面积进行深处理,可采用打桩办法进行加固处理。而桩基础技术多种多样,早期多采用水泥土搅拌桩、砂石桩、木桩,目前很少使用,一是水泥土搅拌桩水灰比、输浆量和搅拌次数等控制管理自动化系统未健全,设备陈旧,技术落后,存在搅拌均匀性差及成桩质量不稳定问题;二是砂石桩用以加固较深淤泥软土地基,由于存在工期长,工后变形大等问题,已不再用作对变形有要求的建筑地基处理;三是民用建筑已禁用木桩基础。

当淤土层较厚,难以大面积进行深处理,可采用打桩办法进行加固处理。而桩基础技术多种多样,早期多采用水泥土搅拌桩、砂石桩、木桩,目前很少使用,一是水泥土搅拌桩水灰比、输浆量和搅拌次数等控制管理自动化系统未健全,设备陈旧,技术落后,存在搅拌均匀性差及成桩质量不稳定问题;二是砂石桩用以加固较深淤泥软土地基,由于存在工期长,工后变形大等问题,已不再用作对变形有要求的建筑地基处理;三是民用建筑已禁用木桩基础。

钢筋混凝土预制桩(钢筋混凝土桩和预应力管桩)目前由于具有较强承载力,投资省,质量有保证,施工速度快等特点,得到普遍运用,如本人设计龙海市角美镇金山水闸,其地质条件覆盖一层10m以上厚的淤泥土层,地基处理采用边长为250mm钢筋混凝土预制方桩,挤密淤土层并靠摩擦承载,钢筋混凝土预制桩还具有抗水闸水压力产生水平荷载,达到水平稳定作用。

钢筋混凝土预制桩(钢筋混凝土桩和预应力管桩)目前由于具有较强承载力,投资省,质量有保证,施工速度快等特点,得到普遍运用,如本人设计龙海市角美镇金山水闸,其地质条件覆盖一层10m以上厚的淤泥土层,地基处理采用边长为250mm钢筋混凝土预制方桩,挤密淤土层并靠摩擦承载,钢筋混凝土预制桩还具有抗水闸水压力产生水平荷载,达到水平稳定作用。

淤土层较厚地基处理还可以采用灌注桩,打灌注桩至硬土层,作承载台,灌注桩有沉管灌注桩和冲钻孔灌注桩,但两种方法灌注桩还存在一些技术难题,一是沉管灌注桩在深厚软土中存在桩身完整性问题;二是冲钻孔灌注桩存在泥浆污染问题,桩身混凝土灌注质量,桩底沉渣清理和持力层判断不易监控等问题。福建省龙海市发生几起灌注桩基础民用建筑不均匀沉陷,导致墙体裂缝事件,是由于施工中存在上述技术问题造成。

淤土层较厚地基处理还可以采用灌注桩,打灌注桩至硬土层,作承载台,灌注桩有沉管灌注桩和冲钻孔灌注桩,但两种方法灌注桩还存在一些技术难题,一是沉管灌注桩在深厚软土中存在桩身完整性问题;二是冲钻孔灌注桩存在泥浆污染问题,桩身混凝土灌注质量,桩底沉渣清理和持力层判断不易监控等问题。福建省龙海市发生几起灌注桩基础民用建筑不均匀沉陷,导致墙体裂缝事件,是由于施工中存在上述技术问题造成。

2、换土法

2、换土法

当淤土层厚度较簿时,也可采用淤土层换填砂壤土、灰土、粗砂、水泥土及采用沉井基础等办法进行地基处理,鉴于换砂不利于防渗,且工程造价较高,一般应就地取材,以换填泥土为宜。换土法要回填有较好压密特性土进行压实或夯实,形成良好的持力层,从而改变地基承载力特性,提高抗变形和稳定能力,施工时应注意坑边稳定,保证填料质量,填料应分层夯实。

当淤土层厚度较簿时,也可采用淤土层换填砂壤土、灰土、粗砂、水泥土及采用沉井基础等办法进行地基处理,鉴于换砂不利于防渗,且工程造价较高,一般应就地取材,以换填泥土为宜。换土法要回填有较好压密特性土进行压实或夯实,形成良好的持力层,从而改变地基承载力特性,提高抗变形和稳定能力,施工时应注意坑边稳定,保证填料质量,填料应分层夯实。

3、灌浆法

3、灌浆法

是利用气压、液压或电化学原理将能够固化的某些浆液注入地基介质中或建筑物与地基的缝隙部位。灌浆浆液可以是水泥浆、水泥砂浆、粘土水泥浆、粘土浆及各种化学浆材如聚氨酯类、木质素类、硅酸盐类等。灌浆法对加固淤泥软土地基具有明显效果,如福建省龙海市角美壶屿港水闸由于淤泥软基不均匀,沉陷闸基沉降最大达到0.63m,加固时采用单管高压旋喷灌浆处理,每个闸墩上、下游侧和中间各设5个灌浆孔,沿闸墩轴线两侧布孔,灌注水泥浆,成桩直径0.5m,伸入闸基础10.5m,采用灌浆压力为20MPa,经过处理后闸基沉降基本得到控制。高压旋喷灌浆处理原理是通过在闸基中高压旋喷灌浆形成水泥土摩擦桩,提高闸基承载力,达到控制沉降的目的。另一种对淤泥软土地基闸室淘空处理通常应通过水闸上游防渗如设置水平铺盖或垂直防渗控制闸基渗流,然后再对闸室进行灌浆处理,如厦门市石浔水闸由于闸基渗流造成闸室底板多个部位被淘空,加固时先在闸室上游侧采用帷幕灌浆防渗,灌浆帷幕布设在闸墩上游侧1.0m处,孔距0.5m,灌注水泥浆,孔深5.0m,灌浆压力10MPa.然后对闸室淘空部位采用钻孔灌浆处理,先灌细砂,不吃砂后,再灌水泥砂浆,最后灌水泥浆,水闸除险加固后效果显著。

是利用气压、液压或电化学原理将能够固化的某些浆液注入地基介质中或建筑物与地基的缝隙部位。灌浆浆液可以是水泥浆、水泥砂浆、粘土水泥浆、粘土浆及各种化学浆材如聚氨酯类、木质素类、硅酸盐类等。灌浆法对加固淤泥软土地基具有明显效果,如福建省龙海市角美壶屿港水闸由于淤泥软基不均匀,沉陷闸基沉降最大达到0.63m,加固时采用单管高压旋喷灌浆处理,每个闸墩上、下游侧和中间各设5个灌浆孔,沿闸墩轴线两侧布孔,灌注水泥浆,成桩直径0.5m,伸入闸基础10.5m,采用灌浆压力为20MPa,经过处理后闸基沉降基本得到控制。高压旋喷灌浆处理原理是通过在闸基中高压旋喷灌浆形成水泥土摩擦桩,提高闸基承载力,达到控制沉降的目的。另一种对淤泥软土地基闸室淘空处理通常应通过水闸上游防渗如设置水平铺盖或垂直防渗控制闸基渗流,然后再对闸室进行灌浆处理,如厦门市石浔水闸由于闸基渗流造成闸室底板多个部位被淘空,加固时先在闸室上游侧采用帷幕灌浆防渗,灌浆帷幕布设在闸墩上游侧1.0m处,孔距0.5m,灌注水泥浆,孔深5.0m,灌浆压力10MPa。然后对闸室淘空部位采用钻孔灌浆处理,先灌细砂,不吃砂后,再灌水泥砂浆,最后灌水泥浆,水闸除险加固后效果显著。

4、排水固结法

4、排水固结法

排水固结法是解决淤泥软粘土地基沉降和稳定问题有效措施,由排水系统和加压系统两部分组合而成。排水系统是在地基中设置排水体,利用地层本身的透水性由排水体集中排水的结构体系,根据排水体的不同可分为砂井排水和塑料排水带排水两种。福建省福清过桥山围垦海堤淤泥软层最深达十余米,采用塑料排水带排水固结处理取得成功;福建省连江县大官坂海堤则采用砂井排水固结法进行地基加固处理。下面介绍效益较高塑料排水板处理淤泥软基方法,插入软基排水板,当填筑基础及上部建筑物时,荷载作用软基,地下水由于受挤压和毛细作用沿塑料排水板上升至砂垫层内,由砂层向两侧排出,从而提高基底承载力,塑料排水板要在砂垫层完成后施工,由测量人员测量出需处理范围,标出每根排水板具体位置,插板机对中调平,把排水板在钻头安放好,开动打桩机锤打钻杆,将地面上塑料排水板截断,并留有一定富余长度,在塑料排水板四周填砂后即完成本根施工。

排水固结法是解决淤泥软粘土地基沉降和稳定问题有效措施,由排水系统和加压系统两部分组合而成。排水系统是在地基中设置排水体,利用地层本身的透水性由排水体集中排水的结构体系,根据排水体的不同可分为砂井排水和塑料排水带排水两种。福建省福清过桥山围垦海堤淤泥软层最深达十余米,采用塑料排水带排水固结处理取得成功;福建省连江县大官坂海堤则采用砂井排水固结法进行地基加固处理。下面介绍效益较高塑料排水板处理淤泥软基方法,插入软基排水板,当填筑基础及上部建筑物时,荷载作用软基,地下水由于受挤压和毛细作用沿塑料排水板上升至砂垫层内,由砂层向两侧排出,从而提高基底承载力,塑料排水板要在砂垫层完成后施工,由测量人员测量出需处理范围,标出每根排水板具体位置,插板机对中调平,把排水板在钻头安放好,开动打桩机锤打钻杆,将地面上塑料排水板截断,并留有一定富余长度,在塑料排水板四周填砂后即完成本根施工。

5、加筋法

5、加筋法

加筋土是将抗拉能力很强土工合成材料埋置于土层中,利用土颗粒位移与拉筋产生摩擦力,使土与加筋材料形成整体,减少整体变形和增强整体稳定。福建省福清过桥山围垦工程采用打设塑料排水板,以加速淤泥层排水固结,提高地基强度,又采用砂垫层中铺设土工织物,由于土工织物受拉作用,调整了基底应力分布,地基侧向位移和沉降却相应减少,地基稳定性就大大提高。

加筋土是将抗拉能力很强土工合成材料埋置于土层中,利用土颗粒位移与拉筋产生摩擦力,使土与加筋材料形成整体,减少整体变形和增强整体稳定。福建省福清过桥山围垦工程采用打设塑料排水板,以加速淤泥层排水固结,提高地基强度,又采用砂垫层中铺设土工织物,由于土工织物受拉作用,调整了基底应力分布,地基侧向位移和沉降却相应减少,地基稳定性就大大提高。

结语:

结语:

本文只介绍了较为常用淤泥软土地基处理五种方法,供大家参考,还有较为先进新的技术获突破并得到运用,如动载预压排水固结法对处理淤泥软土地基具有技术先进,效益显著,达到国际先进水平。设计人员不仅要选择好淤泥软土地基处理方法,而且还要考虑其建筑物结构优化设计,尽量采用较为轻型结构,减轻上部重量,这样会减少淤泥质软土地基处理造价。

本文只介绍了较为常用淤泥软土地基处理五种方法,供大家参考,还有较为先进新的技术获突破并得到运用,如动载预压排水固结法对处理淤泥软土地基具有技术先进,效益显著,达到国际先进水平。设计人员不仅要选择好淤泥软土地基处理方法,而且还要考虑其建筑物结构优化设计,尽量采用较为轻型结构,减轻上部重量,这样会减少淤泥质软土地基处理造价。

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