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高真空击密法吹填粉砂场地试验研究

 论文栏目:真空科学论文     更新时间:2018/9/14 16:07:06   

[摘要]采用高真空击密法对潍坊港吹填粉砂场地分小区进行地基处理试验研究,该地基处理工法适用性好,密实效果明显,可改善土层压缩性,消除场地不均匀沉降,提高表层承载力。各土层的静力触探试验与标准贯入提高幅度的趋势接近,有效加固影响深度达7~10m,表层的提高幅度明显达数倍以上,液化消除。

[关键词]高真空击密;吹填粉砂;施工沉降;承载力;静力触探;标贯试验

“高真空击密法”软地基处理方法,是一种快速加固软土地基的新技术,通过数遍的高真空压差排水,并结合数遍合适的变能量击密,达到降低土层的含水量、提高密实度和承载力、减少地基工后沉降和差异沉降量的目的。该方法在浅层插入高真空排水管,利用击密产生的超孔隙水压力和高真空形成的负压,形成压差使孔隙水快速排出,从而使浅层地基土达到超固结,在高真空击密影响深度范围内软弱土层性质进一步提高,在地基土浅层形成刚度较大的硬壳层,因硬壳层的存在浅层承载力很高[1,2],现探索该法在吹填粉砂场地上的适用性及处理效果。

1工程概况

拟建场地位于山东潍坊港,作为堆场使用,吹填形成,吹填厚度约5m。主要地层地质特征:①层粉砂:新吹填,褐色,稍-中密,湿-饱和,颗粒级配不良,局部夹粉质黏土或淤泥质粉质黏土薄层。厚度平均5.25m,统计实测标贯击数N=5.7击。②层粉质粘土:灰黑色,软-可塑,干强度及韧性中等,局部夹粉土或淤泥质粉质黏土薄层。厚度平均0.45m,实测标贯击数N=19.7击,属于中压缩性土,地基容许承载力170kPa,压缩模量建议值Es=11.46MPa。③层粉细砂,黄褐色-灰黑色,湿-饱和,稍密-中密,级配差,厚度平均13.15m。以下为④层粉质粘土。建筑场地土为中软场地土,场地类别III级。场地抗震设防烈度7度,设计基本地震加速度0.15g,设计地震分组为第二组,设计特征周期0.55s,判别砂土液化①层为砂土液化层,液化等级中等~严重。试验区场地尺寸72*84m,共6048m2,考虑到堆场各区域的不同使用要求,为得到不同施工参数下地基处理效果,将试验区再划分为三个试验小区,分别对应于场地处理不同的击密能量。

2试验方案

2.1试验目的

本试验主要达到以下几个目的:通过加固前后进行的监测和检测,动态了解地基的加固效果和变形特征,比较处理前后的土性提高程度;检验不同的施工参数可达到的地基处理效果;通过试验明确如下参数:击密能量;夯击遍数及击数;施工期沉降量,提供后期建设依据。

2.2试验步骤

2.2.1施工前准备:采用水陆挖机翻挖进行场地初步排水,在场地四周开挖排水沟,并进行原始高程测量、静力触探试验、地下水位等监测内容。2.2.2插打真空管:进行管路、真空泵的连接和密封。将吸出的地下水排到场地外,为快速有效降低试验区地下水位,布设浅管深管组合。浅管用于降低地下水位,长度为3m,间距8×3.5m;深管用于深层形成负压,长度6m,间距为4m×3.5m。2.2.3高真空降水:在降水过程中每天两次量测地下水位的变化情况,待地下水位达到要求后再进行击密。各小区能量与遍数有所差异,I区共两遍击密一遍满夯,两遍点夯能量均2060kN.m;II区共两遍击密,第一遍能量2060kN.m,第二遍能量2840kN.m;III区三遍击密,第一遍能量2060kN.m,第二遍能量2840kN.m,第三遍击密能量3400kN.m,点位位于原有第一遍点位上。三个小区满夯能量均为1000kN.m,1击,锤印搭接1/4,每遍击密中间的排水间隔时间为3~5天,击密过程中不中断排水。

3监测与检测

高真空击密法的施工过程是信息化施工的过程,通过对监测信息的掌握和地基处理过程中的检测数据对比,分析处理效果。

3.1地表沉降

对于试验区分别在处理前,处理后进行了地面标高量测。场地刚吹填完毕,试验初期场地进不去,无法进行标高精确测量,通过水陆挖机进行翻挖排水下沉,并经初步压实后测量原始标高,最终测得I区场地最终平均夯沉量0.28m,II区0.32m,III区0.45m,击密能量越大,施工沉降越大;高真空击密工法对试验区地基密实效果明显,可改善土层压缩性,消除场地不均匀沉降。

3.2地下水位

为掌握在处理过程中地下水位随时间变化规律,在施工前埋设地下水位管,在地基处理期间,每个小区各设置1个观测孔,每天上下午各观测一次。最终满夯施工时试验区地下水位稳定在2.5~3m,随击密遍数及降水时间的增加,可有效排除深层土体中孔隙水,改变土层渗透特性,地下水位在试验过程中持续降低,说明高真空击密可实现对深层土的有效压密固结。同时,降低地下水位提供约25~30kPa的降水预压荷载,进一步增大高真空击密施工的影响深度。

3.3静力触探测试

静力触探试验通过贯入阻力的变化了解试验区地层变化及土层物理力学性质,处理前共进行5个试验点,数据取5个静探点的平均值。处理后三个小区共完成7个静力触探试验点。从静力触探对比情况可见,高真空击密处理前后土层的性质有明显的提高。可见,针对此种粉砂层土,击密能量越大,表层5m深度范围内的土性提高幅度越大,高真空击密的影响深度也越大。3.4平板载荷试验平板载荷试验通过测定地基沉降随荷载变化关系,用以确定试验区地基承载力,处理各小区分别进行2组载荷试验。方形荷载板1.42*1.42m,面积2m2。处理后在不同击密能量及遍数情况下三个小区场地承载力特征值分别为210、230、250kPa。

3.5标准贯入试验

通过6个标贯试验孔的检测成果分析,深度范围内(15m)未见软弱层,密实度均匀,三个小区的平均标贯击数差异较小;经处理后的各地基土层实测平均标贯击数均较加固前的平均标贯击数有提高,提高幅度分别为346%,6%,与静力触探提高幅度的趋势接近,表层加固效果明显。液化判别,①粉砂层处理前中等~严重,处理后液化消除;③层粉细砂处理后液化等级为轻微,不需再做特殊处理。

4小结

通过试验区的施工总结,结合监测及检测的数据,可以得到以下结论:(1)高真空击密工法适用于粉砂场地地基处理,密实效果明显,可改善土层压缩性,消除场地不均匀沉降,提高表层承载力,I区、II区、III区场地承载力特征值分别达到210、230、250kPa。(2)三个分区场地最终平均夯沉量分别为0.28m,0.32m,0.45m,击密能量越大,施工沉降越大。(3)场地处理后,各土层的静力触探试验与标准贯入提高幅度的趋势接近,有效加固影响深度达7~10m,表层的提高幅度明显达数倍以上。(4)降低地下水位提供了约25~30kPa的降水预压荷载,进一步增大高真空击密施工的影响深度。(5)液化判别,①粉砂层处理前中等~严重,处理后液化消除;③层粉细砂处理后液化等级为轻微,不需再做特殊处理。

参考文献

[1]武亚军,张孟喜,徐士龙.高真空击密法吹填土地基处理试验研究[J].港工技术,2007(1):43-46.

[2]杜海卫,邵伟.高真空击密法在京唐港3000万t煤炭泊位工程吹填土软基处理中的应用[J].中国港湾建设,2008(2):35-37.

作者:汪嘉嘉 单位:上海港湾基础建设(集团)股份有限公司

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