排水固結(jié)法處理廣州軟土地基試驗(yàn)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(qū)的厚度應(yīng)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(fù)雜交替，沉積物與薄砂和沉積物之間存在交錯(cuò)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(wǎng)。近年廣州市區(qū)面積擴(kuò)大并采取“北優(yōu)、南拓、西聯(lián)、東進(jìn)”的總體城市規(guī)劃思想,大量的大型建設(shè)項(xiàng)目如:廣州大學(xué)城、黃埔開(kāi)發(fā)區(qū)、京珠高速公路廣珠段、南沙開(kāi)發(fā)區(qū)等建于廣州南部軟土地區(qū).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(shí)用價(jià)值.1物理力學(xué)特性和工程特征的指標(biāo)廣州軟土與其它成因類(lèi)型的軟土性質(zhì)不同,與同為三角洲相成因的上海軟土性質(zhì)也不同,具有其典型的工程特性.(1)地基軟土層廣州地區(qū)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(zhì)土夾砂層、淤泥質(zhì)粘土層.(2)液限及天然孔隙比廣州地區(qū)軟土的天然含水量ω多為50%～80%,有的高達(dá)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(guó)大部分地區(qū)淤泥和淤泥質(zhì)土的滲透系數(shù)K般為10-7～10-8cm/s,而廣州軟土的滲透系數(shù)一般為10-6cm/s.這是由于廣州軟土中夾有較多的粉砂、細(xì)砂、粉土顆粒,其顆粒分析顯示細(xì)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(xì)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(zhì)土壓縮系數(shù)k般在1.1～2.5MPa-1之間.(5)快剪粘聚力計(jì)算廣州軟土天然狀態(tài)十字板抗剪強(qiáng)度一般小于15kPa,快剪粘聚力C為4～15kPa,內(nèi)摩擦角φ為4～12°,固結(jié)快剪粘聚力約為20kPa,內(nèi)摩擦角為5～12°.(6)平均接觸強(qiáng)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(biāo)通過(guò)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(zhǎng)石,少量的鈉長(zhǎng)石、伊利石和高嶺石,微量的蒙脫石.廣州軟土的有機(jī)質(zhì)含量λ較高,一般為2%左右.由于蒙脫石和有機(jī)質(zhì)的存在,使這類(lèi)軟土的含水量及液限值較高.選取廣州有代表性的區(qū)域:廣州市老城區(qū)、大學(xué)城、黃埔開(kāi)發(fā)區(qū)、京珠高速公路廣珠段(番禺)和南沙開(kāi)發(fā)區(qū),對(duì)其軟土的各項(xiàng)物理、力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),并與同為三角洲相成因的上海軟土進(jìn)行對(duì)比,見(jiàn)表1.2軟土地基處理方法比選對(duì)于建造在廣州軟土上的建、構(gòu)筑物,荷載較大的重要建筑需采用樁基穿過(guò)軟土地基,軟土層較薄、埋藏較淺的需換填,其它的一般需結(jié)合廣州軟土的工程特性進(jìn)行多方案比選,選擇有針對(duì)性的、恰當(dāng)?shù)牡鼗幚矸椒?由于廣州軟土的滲透性較好,排水固結(jié)法為地基處理首選方法.土工合成材料能提高地基穩(wěn)定性、減小地基最終沉降量,可與其它方法結(jié)合使用.深層攪拌樁、振沖碎石樁等復(fù)合地基方法兼具置換、擠密軟土的特點(diǎn),且造價(jià)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(duì)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(yàn)段進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)軟土地基處理試驗(yàn).2.1地基處理方案比選試驗(yàn)路段頂寬33.5m,全長(zhǎng)333m,沿長(zhǎng)度方向劃分成A、B、C、D、E、F、G7個(gè)分段.A分段為大橋橋頭與路堤過(guò)渡段,因橋臺(tái)設(shè)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(chē)后路與橋之間易產(chǎn)生差異沉降,造成“橋頭跳車(chē)”現(xiàn)象,在橋頭與路堤之間增設(shè)此過(guò)渡段進(jìn)行深層攪拌樁處理,以達(dá)到提高路堤穩(wěn)定性、緩解“橋頭跳車(chē)”、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(zhǎng)度的袋裝砂井進(jìn)行排水固結(jié)處理效果對(duì)比,以?xún)蓪油凉げ继岣呗返谭€(wěn)定性,利用路堤自身重量作預(yù)壓荷載.F分段為跨線橋與路堤過(guò)渡段,采用振沖碎石樁處理.各分段地基處理方案見(jiàn)表2.場(chǎng)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(jī)質(zhì).淤泥質(zhì)粘土混大量細(xì)砂層,厚3.4～6.4m,灰黑色,流塑.淤泥質(zhì)粘土層,厚約13m,灰黑色,流塑.粘土與粉細(xì)砂互層,可塑～硬塑.各層土的物理、力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1.2.2不同固結(jié)度與路基疫情間的沉降關(guān)系對(duì)A、B、C、D、E、F、G各分段路基中心點(diǎn)在填土過(guò)程中的沉降量進(jìn)行觀測(cè).采用排水固結(jié)法處理的B、C、D、F分段在不同時(shí)期的固結(jié)度列于表3,各分段路基中心點(diǎn)荷載_沉降_時(shí)間關(guān)系如圖1.2.3深層攪拌樁與f分段填土固結(jié)期相結(jié)合(1)在軟土層厚度大、砂井無(wú)法穿透全部軟土層時(shí),砂井長(zhǎng)度以穿透淤泥進(jìn)入淤泥質(zhì)土混細(xì)砂層為宜.B、F分段砂井間距同為1.0m,B分段砂井長(zhǎng)10m,F分段砂井長(zhǎng)15m,相同時(shí)間F分段固結(jié)度遠(yuǎn)大于B分段固結(jié)度.F分段填土固結(jié)期15個(gè)月固結(jié)度已達(dá)95%以上,比B分段填土固結(jié)期18個(gè)月的固結(jié)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(jié)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(jié)束時(shí),沉降量為230mm;加載結(jié)束60d,沉降量為310mm;加載結(jié)束120d,沉降量為385mm,已基本穩(wěn)定.(4)振沖碎石樁處理后,地基的總沉降量為1400mm;在加載結(jié)束時(shí),沉降量為1150mm;加載結(jié)束60d時(shí),沉降量為1300mm;加載結(jié)束120d時(shí),沉降量為1350mm,已基本穩(wěn)定.3軟土固結(jié)法通過(guò)對(duì)廣州軟土的工程特性分析并結(jié)合地基處理現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比試驗(yàn)研究,可得出以下結(jié)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(qiáng)度低等特性.特別是廣州軟土中夾有較多的粉、細(xì)砂,滲透性較好,固結(jié)速度快,與其它地區(qū)軟土(如:同為三角洲相成因的上海軟土)相比有顯著區(qū)別.(2)廣州軟土采用排水固結(jié)法處理固結(jié)速度快、效果良好.填土固結(jié)期12個(gè)月(其中填土至設(shè)計(jì)標(biāo)高9個(gè)月,預(yù)壓3個(gè)月),固結(jié)度達(dá)到85%以上;填土固結(jié)期15個(gè)月,固結(jié)度達(dá)到90%以上;填土固結(jié)期18個(gè)月,固結(jié)度接近95%.(3)深層攪拌樁復(fù)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(jié)束后