人工填土地基处理

1人工填土地基处理（中国地质大学（北京），工程技术学院，100083）摘要：本文主要是对目前常用的人工填土地基处理方法的加固机理及适用范围进行探讨并结合大连东岗搬迁项目二期工程案例予以分析说明。关键词：人工填土;强夯法;夯击能;地基处理,复合地基ArtificiallyfillingsoilsubgradetreatmentXaoXue-wang(Chinauniversityofgeosciences(beijing),Engineeringinstituteoftechnology,100083)Absrtact：ThispaperisthecommonlyusedmethodofgroundtreatmentofartificialfillandthereinforcementmechanismofthescopeofapplicationandICombinewiththesecondphaseofDaliancaseDonggangrelocationprojecttoanalyzeandexplaineit.Keyword:artificialembankment;dynamiccompactionmethod;rammingstrikecan;foundationtreatment0引言随着城市经济的快速发展和人口的逐渐增加,人们对土地的需求越来越大,建筑用地日趋紧张。为充分利用土地,工程建设中经常需要对大面积杂填土地基进行加固处理。处治杂填土地基的方法有很多,不同的地基处理方法所能达到的地基处理效果以及产生的经济效益和所消耗的工期是不同的。因此,杂填土地基处治技术的研究对城市建设具有十分重要的现实意义。杂填土的工程性质包括重度、含水量、孔隙率、渗透系数、剪切强度和压缩性。影响杂填土性质的因素有堆积年限、填料及其组合性质、密实程度、地下水的侵蚀和下卧层岩性。在选择杂填土处理方法时应考虑杂填土场地性质不均、厚度变化大,强度低,压缩性大并有较强湿陷性、自重压密性,以及渗滤液污染土体和地下水h2s等毒气、毒液、毒物和富集沼气对人的危害,对桩产生的负摩擦力等问题进行分析与择定。1强夯法人工填土地基处理中应用强夯法软基处理技术是20世纪60年代末由mENARD技术研究所创始的,也称强力夯实法.它利用起重机吊起夯锤,至一定高度后自由落下,给地基以强大的能量冲击,使土体颗粒重新排列,并排除孔隙中的气和水,从而提高地基土强度,降低其压缩性。有设备简单、施工方便、施工速度快、适用范围广、经济易行等优点,在地基处理中得到广泛应用。大连东港区搬迁计划二期项目五横采用强夯法对人工填土进行地基处理便是成功的。2重锤夯扩挤密法重锤夯扩挤密法的宏观加固机理是采用高压夯击和动态冲、砸、挤压的强力压实和挤密作用,不仅使桩体十分密实,而且使桩周土受到侧向强力挤密应力,成桩后应力释放对桩体产生很大的侧向约束“抱紧”作用,使桩体具有刚、柔性桩的特点。对于分层地基或软硬不均土层,桩体在施工挤密过程中会形成串珠体,有利于桩与桩侧土的紧密“咬合”增大了侧壁摩阻力。微观加固机理是在冲击力的作用下土的结构发生持续的“聚合作用”,在土体中出现由较小的土粒沿大颗粒环向平行排列而形成的旋涡状结构,使土体的工程力学性质得到改善。土体密实由三部分组成(1)巨大的冲击力使颗粒的“架空”结构被破坏,使孔隙体积减少;(2)在巨大的冲击力作用下,填土颗粒被剪切、破碎而互相填充、挤密,使土石体更加密实、结构更加稳定;(3)杂填土中的骨架颗粒的弹性变形引起的体积压缩。处理后的桩与桩间土形成一个密实整体,形成的复合地基不仅刚度均匀,而且承载性状显著改善。用ansys模型对渣土桩处理杂填土地基的处理效果进行计算分析,ansys模型可以较好地反映夯击时土体的位移情况,与实测结果及经验值较为一致。结合北京动车段杂填土场地渣土桩、注浆和复合载体桩处理方法的室内试验和现场测试,表明经渣土桩处理后地基承载力和沉降满足设计要求。对整个场地分区域采用覆盖和放空排气两种处理技术,能有效控制场地产生的气体。3复合地基建筑物采用复合地基是目前岩土工程界的2热门话题,各类复合地基在工程界得到了广泛的应用。主要原因是充分利用地基土和土中的竖向加强体来共同承担荷载,这样就可以为建设单位节省大量建设资金。所谓桩、土共同作用如何达到倒是一项十分难解决的科题。目前市场上加强体分刚性和柔性两种,但材料组成却是多样化的。多样化的原因主要考虑桩、土如何达到共同作用的目的。突出点为桩本身材料为砂、石子、水泥干性拌合料。主要考虑桩材料与新近填土压缩模量值差尽量缩小。以期达到桩、土共同的目的。另外场地填土回填时间较短,厚度较大，如何使回填土各向均匀,处理深度，这是研究的重点。挤密桩凡在成桩过程中能对桩周围土产生横向挤压或同时也能产生竖向振实从而使地基性状得到改善的桩体都可称为挤密桩(COMPACTIONPILE或COMPACTIONCOLUMN)。目前常用的有挤密砂桩（也有人叫振密砂桩）、土桩和灰土桩。挤密桩用于处理素、杂填土地基及其它软弱地基是一种好方法。特别是在地下水位高的地区、分散的工点、地形复杂的山区、人口稠密的房屋群中,采用其它方法不适宜时,就更显示出其优越性。挤密砂桩原先只用于处理砂土、填土以及塑性指数不高的非饱和粘性土,因为这些土可在短暂作用的挤压力和振动力下变密。如果企图用于加固饱和粘性上地基,则应着眼于构成复合地基。有振动重复压拔管施工法、分段拔管和双管冲击三种施工方法。土桩、灰土桩的施工方法与挤密砂桩相同。制桩材料可用就地的纯净黄土或一般粘性土,有机质含量不宜大于8%,土料要过筛,筛孔小于20mm。是一个由密实素填土组成的垫层,为此,可用垫层理论进行地基设计,至于桩的布置和间距可根据要求垫层达到的密实程度来确定。灰土桩挤密法是西安地区为解决城市杂填土地基的深层处理问题提出的。石灰桩石灰桩在软弱地基中设置的石灰桩之所以能改善土的性质是由于生石灰的水化胀发挤密、放热、离子交换、胶凝反应、解罕作用和施工时成孔挤密的缘故，另外也还由于桩群的置换作用。其中水化胀发挤密是最主要的,从这点来说,石灰桩也是一种挤密桩。据分析,石灰桩群的置换作用对地基承载力的提高也是十分重要的。从这点来说,石灰桩与地基土一起也构成一种复合地基，也可借用复合地基理论进行地基加固设计，自然，石灰桩还有它自己的特点这就是石灰与土之间发生的物理化学反应,这些反应是决定石灰桩复合地基特性随时间而变的根源。用石灰处理深层地基现在有两种做法。一种是先在地基中成孔然后在孔中灌入生石灰碎块或在生石灰中掺人适量的水硬性掺合料（如粉煤灰、火山灰等）形成桩体,桩的直径通常不大于。另一种是将石灰粉末或石灰浆利用专用的设备在地基中强制与地基土拌和形成直径较大桩柱。对用拌和法制成的桩柱,由于石灰与土的接触面积较大,两者之间能有更多的机会发生物理、化学反应,故能更充分利用石灰对土的加固作用,这是一种发展潜力很大的加固方法。振冲桩振冲桩是指用振动水冲法在土体内设置的散粒桩体(granularcolumn)。对有抗震要求的砂基,大量工程实践表明振冲挤密法是提高砂层抗液化能力的有效且经济的方法。这一方法用于地下水位较高、起始密度较低的干净松砂,效果特别显著。振冲置换法则适用于各种粘性土，有时还可用来处理粉煤灰，甚至垃圾。振冲桩、挤密桩和石灰桩都能和地基土构成复合地基,使地基的承载力增大、沉降、减小。三种桩各有特点,各有长短和适用范围。当前的发展趋向并不是一种方法代替另一种方法，发展的主流是加固方法的相互渗透和联合使用。至于联合几种方法解决复杂地基问题更是近期发展的一个特点。4工程概况本设计项目是大连港东部地区搬迁改造项目——综合管廊及排污暗渠工程施工。本文为第五标段工程。本工程拟建在大连市大连港东部地区，场地内未发现活动断裂，天然状态下不存在滑坡、泥石流、地面沉降、砂土液化、岩溶、采空区等不良地质作用。场地抗震设防烈度7度，设计地震基本加速度值0.1G，设计地震分组为第一组。根据场地覆盖层厚度及场地地层剪切波速测值3计算建筑场地类别，建筑场地类别为II、III类。4.1工程地质条件根据土层工程地质性质、时代成因的不同，勘察报告将钻孔揭露深度内地基土层十八纵南段27—27剖面工程地质层包括如下7种地层，区间变化巨大，规律极差，均需要地基基础处理。（1）、素填土①：灰褐—黄褐色，主要由碎石、块石、粘性土等组成，局部含少量砖块等稍密状态，未经过强夯处理。量在30%-60%不等，碎石成分主要为板岩、石英岩、辉绿岩等，稍湿-饱和，松散-该土层主要分布在场地西侧及南侧的原陆域部分的拓宽连接与改造部分。大部分地段回填时间大于5年，其他部分为近期回填。层厚0.50-16.10m，层底标高-12.50-36.80m。工程地质性质差。（2）、素填土②：灰褐—黄褐色，主要由碎石、块石、粘性土等组成，局部含少量碎石含量在40%-60%不等，碎石成分主要为板岩、石英岩、辉绿岩等，稍湿-饱和，稍密状态，已经过强夯处理。该土层在场地内局部小范围内分布，本次勘察仅在10、11、244、245号钻孔揭露。层厚2.50-12.10m，层底标高-8.40～5.90m。工程地质性质差。（3）、素填碎石①：黄褐色，碎石成分主要为板岩、石英岩、辉绿岩等，含少量粘性土，底部有淤泥质土充填，碎石粒径50-200MM居多，局部为块石，稍湿-饱和，松散-稍密状态，未经过强夯处理。该土层主要分布在场地中部的原海域部分回填形成的区域。层厚0.50-21.70m，层底标高-16.80-78.10m。工程地质性质差。（4）、素填碎石②：黄褐色，碎石成分主要为板岩、石英岩、辉绿岩等，含少量粘性土，底部有淤泥质土充填，碎石粒径50-200mm居多，局部为块石，稍湿-饱和，稍密状态，已经过强夯处理。该土层主要分布在场地内北侧及东侧的原海域部分回填形成的区域。层厚8.50-28.40m，层底标高-24.00--3.70m。工程地质性质较差。（5）、粉质粘土混碎石：黄褐色，含10%~30%石英岩碎石、角砾，粘土切面较光滑，稍有光泽，湿，可塑状态。该土层主要分布在场地内北侧及东侧的原海域部分回填形成的区域。层厚0.60M-7.00m，层底标高-31.00--3.30m。工程地质性质一般。（6）、全分化板岩：黄褐色，散体结构，风化节理裂隙极发育，冲击可钻进，岩芯呈土状，遇水易崩解。岩体破碎，岩体基本质量等级v级。该土层在场地内大部分范围内有分布，揭露层厚0.40-0.50m，层顶标高-19.70-36.80m。工程地质性质一般。（7）、强分化板岩：黄褐-灰褐色，碎裂结构，节理裂隙发育，岩芯呈碎片状、碎块状，手可折断，冲击钻进困难，岩体破碎，岩体基本质量等级v级。该土层在场地内大部分范围内有分布，揭露层底标高-31.00-7.40m。工程地质性质较好。4.2水文地质勘察期间场地大部分钻孔均见地下水，地下水共有两种存在方式：其一，赋存于场地素填土层、淤泥层、淤泥质粉质粘土及砂卵石层中的第四系松散岩孔隙水，水量丰富，补给来源为大气降水；其二，赋存于基岩裂隙中的基岩裂隙水，补给来源为大气降水，水量不大。场地地下水与海水相连，地下水位收海水潮汐变化影响。勘察期间观测各钻孔稳定地下水位埋藏深度为1.50-4.00m，其标高为0.70-2.00m。该场区地下水类型属潜水，富水。4.3工程地质条件评价地基承载力特征值评价，根据野外鉴别，结合本地区建筑经验，勘察报告（详勘报告）综合确定的地基参数值为：素填土①、素填土③、素填碎石①、淤泥：不宜做天然地基；素填土②、素填碎石②：经检测部门检测后可作为路基；淤泥质粉质粘土：fak=60Kpa；砂卵石：fak=130Kpa；粉土：fak=160Kpa；粉质粘土混碎石：fak=200Kpa；碎石：fak=250Kpa；全风化板岩：fak=300Kpa；全风化辉绿岩：fak=200Kpa；强风化板岩：fak=500Kpa；强风化辉绿岩：fak=500Kpa；中风化石英岩：fak=1500Kpa。综合管廊及相关道路振