排水固結法處理廣州軟土地基試驗研究

廣州位于珠江三角洲中部，毗鄰珠江河口。廣州軟土的分布厚度從西北逐漸增大，從南到南逐漸增大。從舊城區的厚度應為5m左右，從南到南，再增大到約30m。廣州的軟土具有典型的三角洲形式。由于河流和潮汐的復雜交替，沉積物與薄砂和沉積物之間存在交錯和積累。廣州軟土具有良好的氣候條件、豐富的雨水、郁郁蔥蔥的植物和垂直的河網。近年廣州市區面積擴大并采取“北優、南拓、西聯、東進”的總體城市規劃思想,大量的大型建設項目如:廣州大學城、黃埔開發區、京珠高速公路廣珠段、南沙開發區等建于廣州南部軟土地區.研究廣州軟土的工程特性及適宜的地基處理方法具有重要的理論意義和實用價值.1物理力學特性和工程特征的指標廣州軟土與其它成因類型的軟土性質不同,與同為三角洲相成因的上海軟土性質也不同,具有其典型的工程特性.(1)地基軟土層廣州地區巖層面起伏大,軟土層由西北向東南逐漸加厚,厚度h在5～30m之間,分布很不均勻.軟土層一般為:淤泥層、淤泥質土夾砂層、淤泥質粘土層.(2)液限及天然孔隙比廣州地區軟土的天然含水量ω多為50%～80%,有的高達100%,重度γ一般為15.2～18kN/m3,液限w一般為40%～60%,天然含水量隨液限的增大而增大.天然孔隙比e一般為1.0～2.0,飽和度接近100%.(3)廣州軟土中粉砂顆粒的變化全國大部分地區淤泥和淤泥質土的滲透系數K般為10-7～10-8cm/s,而廣州軟土的滲透系數一般為10-6cm/s.這是由于廣州軟土中夾有較多的粉砂、細砂、粉土顆粒,其顆粒分析顯示細砂粒(0.25～0.075mm)約占11%,粉粒(0.075～0.005mm)約占40%,粘粒(<0.005mm)約占49%,且軟土層中夾有厚度不等的薄層粉、細砂、粉土層.廣州軟土較其它三角洲相成因的軟土(如:上海軟土)的滲透性要好.(4)高壓縮性廣州淤泥和淤泥質土壓縮系數k般在1.1～2.5MPa-1之間.(5)快剪粘聚力計算廣州軟土天然狀態十字板抗剪強度一般小于15kPa,快剪粘聚力C為4～15kPa,內摩擦角φ為4～12°,固結快剪粘聚力約為20kPa,內摩擦角為5～12°.(6)平均接觸強度廣州軟土的靈敏度s一般為2～4,屬中等靈敏度.(7)廣州、廣州軟土理化指標通過大量的x衍射分析得出廣州軟土的礦物成分為大量的石英和斜長石,少量的鈉長石、伊利石和高嶺石,微量的蒙脫石.廣州軟土的有機質含量λ較高,一般為2%左右.由于蒙脫石和有機質的存在,使這類軟土的含水量及液限值較高.選取廣州有代表性的區域:廣州市老城區、大學城、黃埔開發區、京珠高速公路廣珠段(番禺)和南沙開發區,對其軟土的各項物理、力學性質指標進行統計,并與同為三角洲相成因的上海軟土進行對比,見表1.2軟土地基處理方法比選對于建造在廣州軟土上的建、構筑物,荷載較大的重要建筑需采用樁基穿過軟土地基,軟土層較薄、埋藏較淺的需換填,其它的一般需結合廣州軟土的工程特性進行多方案比選,選擇有針對性的、恰當的地基處理方法.由于廣州軟土的滲透性較好,排水固結法為地基處理首選方法.土工合成材料能提高地基穩定性、減小地基最終沉降量,可與其它方法結合使用.深層攪拌樁、振沖碎石樁等復合地基方法兼具置換、擠密軟土的特點,且造價適中、加固快速,也為廣州軟土的有效處理方法.為選擇適合的廣州軟土地基處理方法,對比各種地基處理方法的加固效果,在京珠高速公路廣珠段(廣州番禺)選取軟土厚度大、填土高的一段作為試驗段進行現場軟土地基處理試驗.2.1地基處理方案比選試驗路段頂寬33.5m,全長333m,沿長度方向劃分成A、B、C、D、E、F、G7個分段.A分段為大橋橋頭與路堤過渡段,因橋臺設置于樁基上,沉降量很小,而路堤位于軟土地基上沉降量較大,建成通車后路與橋之間易產生差異沉降,造成“橋頭跳車”現象,在橋頭與路堤之間增設此過渡段進行深層攪拌樁處理,以達到提高路堤穩定性、緩解“橋頭跳車”、縮短施工期的目的.B、C、D、E、F分段分別選用5種不同間距、長度的袋裝砂井進行排水固結處理效果對比,以兩層土工布提高路堤穩定性,利用路堤自身重量作預壓荷載.F分段為跨線橋與路堤過渡段,采用振沖碎石樁處理.各分段地基處理方案見表2.場地地層自上而下依次為:耕植土層,厚1.0～1.5m,灰色～黃褐色,軟塑,含有植物根莖.淤泥層,厚8.4～13.0m,灰黑色,流塑,含有機質.淤泥質粘土混大量細砂層,厚3.4～6.4m,灰黑色,流塑.淤泥質粘土層,厚約13m,灰黑色,流塑.粘土與粉細砂互層,可塑～硬塑.各層土的物理、力學性質指標見表1.2.2不同固結度與路基疫情間的沉降關系對A、B、C、D、E、F、G各分段路基中心點在填土過程中的沉降量進行觀測.采用排水固結法處理的B、C、D、F分段在不同時期的固結度列于表3,各分段路基中心點荷載_沉降_時間關系如圖1.2.3深層攪拌樁與f分段填土固結期相結合(1)在軟土層厚度大、砂井無法穿透全部軟土層時,砂井長度以穿透淤泥進入淤泥質土混細砂層為宜.B、F分段砂井間距同為1.0m,B分段砂井長10m,F分段砂井長15m,相同時間F分段固結度遠大于B分段固結度.F分段填土固結期15個月固結度已達95%以上,比B分段填土固結期18個月的固結度還要高.(2)砂井間距不宜大于1.5m.F分段砂井間距1.0m.C、D分段砂井間距2.0m.F分段固結速度明顯快于C、D分段.(3)深層攪拌樁處理后,地基的總沉降量為395mm;在加載結束時,沉降量為230mm;加載結束60d,沉降量為310mm;加載結束120d,沉降量為385mm,已基本穩定.(4)振沖碎石樁處理后,地基的總沉降量為1400mm;在加載結束時,沉降量為1150mm;加載結束60d時,沉降量為1300mm;加載結束120d時,沉降量為1350mm,已基本穩定.3軟土固結法通過對廣州軟土的工程特性分析并結合地基處理現場對比試驗研究,可得出以下結論:(1)廣州軟土具有厚度變化大、含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度低等特性.特別是廣州軟土中夾有較多的粉、細砂,滲透性較好,固結速度快,與其它地區軟土(如:同為三角洲相成因的上海軟土)相比有顯著區別.(2)廣州軟土采用排水固結法處理固結速度快、效果良好.填土固結期12個月(其中填土至設計標高9個月,預壓3個月),固結度達到85%以上;填土固結期15個月,固結度達到90%以上;填土固結期18個月,固結度接近95%.(3)深層攪拌樁復合地基處理后,總沉降量明顯減小(減小為原地基沉降量的20%左右),且沉降完成速度快,加載結束后