强夯结合塑料排水板技术在软弱地基处理中的应用.pdf

第 4 4卷 第 9期 2 0 1 3年 9月 Vo 1 ． 4 4 No ． 9 S e p t ．2 01 3 建 筑 技 术 Ar c h i t e c t u r e T e c h n o l o ~ , v 8 3 7 强夯结合塑料排水板技术在软弱地基 处理 中的应用 陈海 阳，刘秀军，李 健 ，侯兴华，任红贤 ( 中国石油大 学( 华东 ) 规划建设处 ，2 6 6 5 5 5 ，山东青岛 ) 摘要 ： 中国石油大学文理综合楼地基 下部为滨海湖相沉积的软弱土层 ， 含水率高 ， 抗 压及抗 剪强度低 ； 上 部回填土层土质疏松 、 密实度低 。经选择采用强夯结合塑料排： 板的处理方案 ， 取得了承载力大幅提高 、 工期缩 短 、 造价降低等 良好效果 。 关键词 ： 地基处理 ； 强夯 ； 塑料排水板 中图分类号 ： T U4 7 2 文献标识码 ： B 文章编号 ：： 1 0 0 0 — 4 7 2 6 ( 2 0 1 3 ) 0 9 — 0 8 3 7 — 0 3 AP P LI C ATI oN oF S TRoNG— TAM[ P I NG P LUS P L AS T I C DR AI N B OAR D T ECHNI QU E I N TREATM ENT oF S oFT FoUNDATI oN C H E N H a i — y a n g ， L I U X i u - j u n ，L I J ia n ， H OU X i n g - h u a ，R E N H o n g - x i a n ( C h i n a U n i v e r s i t y o f P e t r o l e u m ，2 6 6 5 5 5 ，Q i n g d a o ，S h a n d o n g ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： Th e f o u n d a t i o n o f a r t s a n d s c i e n c e g e n e r a l b u i l d i n g i n Ch i n a Un i v e r s i t y o f Pe t r o l e u m i s s o f t s t r a t u m ma d e o f s e d i me n t o f b i n h a i l a k e ．S u c h s t r a t u m h a s h i g h wa t e r c o n t e n t a n d l o w p r e s s u r e r e s i s t a n c e a n d s h e a rin g s t r e ng t h；t h e u p p e r b a c k fil l i n g l a y e r i s o f l o o s e e a r t h ．Af t e r c o mp a r i s o n a mo n g v a rio u s t e c h n i q u e ，s t r o n g t a mp i n g p l u s p l a s t i c d r a i n b o a r d t e c h n i q u e i s a d o p t e d a n d ma n y f a v o r a b l e e f f e c t s a r e r e a l i z e d ，s u c h a s o b v i o u s i mp r o v e me n t o f b e a tin g c a p a c i t y ，s h o r t c o n s t r u c t i o n p e rio d a n d l o w c o s t ，e t c ． Ke y wo r d s ：~u n d a t i o n t r e a t me n t ；s t r o n g t a mp i n g ；p l a s t i c d r a i n b o a r d 中国石油大学 文理综合楼建筑面积2 4 1 3 7 m 2 ， 主 体为5 层框架结构 ， 采用钢 筋混凝土预制桩基础 ， 基底 面积约5 8 0 0 m z ， 位于青岛市黄岛区唐岛湾西岸 ， 滨海 湖相软弱地基土层厚 ， 经风化砂回填后较平整。 区域下 部淤泥质土层含水量高 ， 抗压及抗剪强度低 ， 上部回填 土层土质疏松 、 密实度低 ， 需对场区作相应处理。 1 地层结构 根据地表调查和钻探揭露 。本工程场地岩土特征 自上而下分述如下 。 ① 素填土： 黄褐色， 稍湿 饱和， 松散 ， 主要以粘性 土为主 ， 有少量腐殖质 ， 东北部地段回填建筑垃圾和少 量生活垃圾 ，其 中混凝土及碎石粒径普遍在5 0 — 2 0 0 m m0 ② 淤泥质土： 灰褐～ 灰黑色， 以流塑状态的淤泥质 粉质粘土和松散的淤泥质粉细砂为主， 饱和 ， 稍有腥臭 味 ，可见植物腐殖质和少量回填岩石风化物 ，层厚 4． 3 0 -9 ． 6 0 i n。 ③ 粉质粘土 ： 灰黄色～ 黄褐色 ， 可塑～ 硬 塑 ， 刀切 收稿 日期 ： 2 0 1 3 — 0 6 — 1 8 作者简 介： 陈海I~ B ( 1 9 7 0 - - ) ， 男， 河南遂平人 ， 高级工程师 ， 工学博士 ， e - ma i l ： e h e n h y @u p c ， e d u．c n ． 面较光滑 ， 韧 性中等、 干强度 中等 ， 可见铁 、 锰 质氧化 物 ， 顶部淤泥浸染呈灰黑色 ， 局部混中粗砂颗粒 ， 层厚 0． 6 0- 5． 7 0 in 。 ③一 1中粗砂： 黄褐～ 灰黄色， 饱和 ， 稍密， 级配较 差 ， 磨圆度较差 ， 主要成分为长石 、 石英 ， 含3 0 ％左右粘 性土 ， 局部呈透镜体分布 ， 层厚0 ． 7 0 ～ 3 ． 7 0 in。 ④ 粗砾砂 ： 黄褐～ 灰白色， 饱和 ， 稍密～ 中密， 级配 较好 ， 磨圆度较差 ， 主要成分为长石 、 石英 ， 底部有少量 砾石 ． 层厚1 ． 0 0 ～ 5 ． 4 0 in。 ⑤ 强风化凝灰岩： 浅灰～ 紫灰色， 密实， 安山结构， 风化裂隙很发育 ， 岩体破碎 ， 干钻不易钻进 ， 岩石坚硬 程度等级为软岩 ， 岩体完整程度为破碎 ， 岩体基本质量 等级为V级 ， 层厚0 ． 7 0 ～ 2 ． 7 0 in。 ⑥ 中风化凝灰岩： 浅灰～ 暗红色， 饱和， 安山结构， 块状构造， 岩芯呈块状 、 短柱状 ， 锤击可碎 、 声较脆 ， 结 构部分破坏 ， 沿节理面有次生矿物 ， 风化裂隙发育 ， 岩 石坚硬程度等级为较硬岩 ， 最大揭露厚度4 ． 8 0 in。 2地基处理方案的选择 由于本工程要求在1 2 个月内建成 ，根据地质情况 和进度要求 ， 拟从水泥土搅拌桩地基、 水冲成孔振冲碎 石桩 、真空预压和强夯结合塑料排水板等几种处理方 8 3 8 建筑技术 第 4 4卷第 9期 法中进行选择。其中水泥土搅拌桩法适合处理淤泥与 淤泥质土 ， 粉土 、 饱和黄土 、 素填土 、 粘性土及无地下水 的饱和松散沙土等地基 ， 效果稳定 ， 但施工费用较高 ； 大面积振冲碎石桩加 固法处理砂土 ， 粉土、 粉质粘土 、 粘土 、素填土和杂填土等地基工艺成熟 、处理效果理 想 ， 但对施工环境污染较大且费用高昂； 真空预压加固 法适用于处理淤泥质土、淤泥和冲填土等饱和粘性土 地基 ， 理论上虽合适 ， 但地基 固结速度慢 ， 不能满足工 期要求 ； 强夯法适合处理碎石土 、 砂土、 低饱和度的粉 土与粘性土、 湿陷性黄土 、 素填土和杂填土等地基 ：塑 料排水板适合软弱地基和超软弱地基 ， 滤水性好 ， 排水 畅通 ， 排水效果有保证 ， 且施工速度快 ， 每台插板机每 日可插板1 5 0 0 0 m以上， 工程造价低。各方案经济技术 指标比较见表1 。 表1 地基处理方案比较 处理 水泥 水冲成孔振 真空 强夯与塑料 方法 搅拌桩 冲碎石桩 预压 排水板结合 塑料排水板深1 2 直径o ．5 堆土高6 r p _ ， 梅花形布置 ， 间 m， 长 1 O 直径0 ．4IT I ． m， 底层 距1 m； 强夯夯击能 施工方法 m． 正方 长1 0m， 正 铺沙厚 2 0 0 0k N， 两遍点夯 形布置 ， 方形布置 ， O ． 5 m 间距5 n 1 ． 正方形 布 间距 1 I n 间距1 m 罱 ， 同一点夯击7 1 0 0 次 ， 一遍普夯 造价／ ( 元， m2 ) 3 2 5 2 6 0 不可行 5 5 ． 2 技术可行程度 可行 可行 可行 从表l n- ff I 看出，在技术可行的几个处理方案 中， 按 造价次低 的水冲成孔振冲碎石桩方案为2 6 0 元／ m z ， 该 建筑物 占地面积2 5 4 3 3 n l ， 处理地基需6 6 1 ． 2 6 万元 ， 而 强夯与塑料排水板结合方案为5 5 ． 2 元， m ，仅 需1 4 0 ． 3 9 万元 ， 可节约5 2 0 ． 8 7 万元。 所以对深厚的软土地基进行 加固， 采用强夯与塑料排水板结合经济可行。 根据地基土固结理论 ，强夯的夯击能作用于软弱 土层 ， 产生超孔隙水压力 ， 软弱土层中的孔隙水经由塑 料排水板孔道排出 ， 软 弱土层逐渐排水固结 ， 可提高软 弱土层 的承载力； 还有利于减小压缩性 ， 消除地基的大 部分沉降。 3地基处理施工 3 ． 1 打设塑料排水板 本工程采用C B J 一 3 0 型履带式插板机 ； S P B — B 型塑 料排水板， 其厚度不小于4 ． 0 111 ／11 ， 宽度大于1 0 0 1 11 111 ， 抗 拉强度大于1 ． 2 k N ／ 1 0 e m， 延伸率大于4 ％， 芯板压 屈强 度大于2 5 0 k P a 。排水板按梅花形布置 ， 间距1 m， 插入 中粗砂层中超过1 I I 1 ， 以达到类似沙井排水法中砂井所 起作用。 施工工艺为：平整场地一施工放样一设备调试一 打设排水板一移至下一桩位一做记录一拔管割带。 3 ． 2强夯 施工 根据本地强夯经验及锤底静压力值3 0 ～ 4 0 MP a 的 规范要求 ， 选用钢制锤 ， 底面直径2 ． 1 m， 自重2 0t ， 落距 为1 0 m 则加固影响深度为D= 、 ／ 1 0= 0 ． 8 、 ／ 2 0 0： 1 1 ． 3 r t l 。施工前先进行试夯 ， 确定施工方案 ， 即点夯两 遍 ， 普夯一遍。夯点为正方形布置， 间距5 m， 每点夯击 6 ～ 8 次 。 以最后两击平均沉降量小于5 0 m m为停止夯击 标准。 为防止夯坑周围地表渣面结构破坏 ， 影响夯击效 果 ， 夯坑周围地面不应发生过大的隆起。 点夯过程中随 夯随填风化砂。 两遍强夯完成后， 应先用风化砂平整场 地 ， 然后满夯施工。 满夯施工时按一锤压半锤的方法进 行 ， 以利表层土的密实和平整。 施工工艺为 ：平整场地一施工放样一设备调试一 现场试夯一 点夯施工一推平夯坑一普夯施工一夯后测 试 。 4 地基处理检测资料分析和评价 强夯结束后 ，对强夯前后的土层进行地基平板载 荷试验、 钻探取土 、 静力触探等检测工作。 4 ． 1 地基平板载荷试验 场区地基处理后选取3 点进行地基平板载荷试验 ， 承载板面积为0 ． 5 m 。试验结果表明 ， 三点0 、 b 、 C 的地基 承载力特征值分别为9 0 ， 1 0 0 ， 1 1 0k P a ，均比处理前承 载力有明显提高。图2 为n 点地基处理前后地基平板载 荷试验比较图( 天然地基承载力为5 0 k P a ) 。 4 ． 2室 内土工试验 本工程室内土工试验共钻取6 0 件土样 ，分析统计 试验结果 ， 并与处理前的相关数据进行对比。 通过对比 分析可见处理后淤泥层各项指标明显改善，含水率降 低9 ． 4 ％，孔隙比降低约2 3 ％，平 均压缩 系数 降低近 4 0 ％，内聚力 、内摩擦角和压缩模量等指标均有所增 大 。 4 ． 3 静 力触 探试验 地基处理前后分别在现场进行了静力触探试验 ， 根据塑料排水板布置情况 ， 将试验点选在排水板附近 ， 各土层的单桥贯入阻力见表2 。 表2 中数据说明 ， 较浅层 的淤泥 土的比贯入阻力由处理前的0 ． 1 5 MP a ：~至0 ． 4 4 MP a ， 承载力明显提高 ， 其变异系数也相应降低 ， 表明 该层的力学性质更加均一 ， 而较深层的淤泥质土 、 粉质 ( 下 转第8 5 5 页 ) 2 0 1 3年 9月 梁珠擎： 灰土挤密地基的数值分析 8 5 5 2 2 5 k N ／ m ， 提高了1 ． 9 4 ～ 2 ． 0 8 倍 。 5结语 ( 1 )数值模 拟分析和试验室土工试验结果 均可 证实 ： 单桩桩周土和群桩桩 间土的挤密效果明显且具 有规律性 ( 图1 0 ， 1 1 ) 。 ( 2 )桩周土的挤密区可分为“ 充分挤密区” “ 有效 挤密区” 和“ 挤密影响区” 。对单桩而言， 充分挤密区范 围在( 0 ．5 ～ 0 ．7 5 ) d 。区内土的密实度一般可达到或接近 图1 O灰土桩两桩间土挤 密后干 密度 沿径向的变化规律 1 ．9 n 昌1 ．8 1 ．7 趟1 ．6 警1 ．5 1 ． 4 1 _ 3 — —言 _ 桩间测点 图1 1 灰土桩三桩间土挤 密后 干密度沿径向的变化规律 天然含水量时的最大密实度 ， 孔隙比有可能减J J , ~o ． 7 以下 ，干密度 的增加可能超过3 0 ％。有效挤密区范围 O ． 7 5 ～ 1 ． 5 d , 该区的孔隙比为O ． 7 ～ 1 ． 0 ， 是主要 的利用区 。 挤密影响区范 围1 ． 5 ～ 3 ． 0 d 。该 区内土的密实度接近天 然密实度 ，且密实度的变化较平稳 ，孔隙比一般大于 1 ． 0 。次区段对工程的利用价值不大。 ( 3 )对群桩桩间土而言 ， 群桩对其挤密作用为各 单桩挤密作用的叠加。在群桩桩心距为1 ． 7 5 d 时 ， 桩间 土均为充分挤密区； 在桩心距大于2 ． 5 d 时 ， 群桩单元重 心附近出现挤密影响区， 并随桩心距的增大而扩展 ； 当 桩心距大 于3 d 时 ， 这一区域 的范围较大 ， 并逐步扩展 到两桩间中点一带 ， 最终连成一片。 参考文献 【 l 】 邓德义． 灰土挤 密桩在 湿陷性黄土地基处理中的应用们． 铁道建 筑， 2 0 1 1 ． [ 2 】 王雪浪 ， 朱彦鹏． 灰土挤密桩处理 湿陷性 黄土地基理论分析及 试验 【 J 】 ． 西安建筑科技大学学报 自然科学版 ， 2 0 1 0 ． [ 3 】 G B 5 0 0 2 5 --2 0 0 4 ， 湿陷性黄土地区建筑规范【 S 】 ． [ 4 ] J G J 7 9 --2 0 0 2 ， 建 筑地基 处理技术规范【 s ] ． 【 5 】 陈从 兴 ， 铁生年． 灰土和土挤密桩在湿陷性黄土地基 中的设计与应 用Ⅲ．建 筑技术 ， 2 0 0 9 ， 4 o ( 3 ) ： 2 2 1 — 2 2 4 ． ( 上接第8 3 8 页) 3 o o 2 5 0 2 0 o Z 寒l 5 0 l o 0 5 0 0 0 ． 5 1 1 ． 5 2 2 ．5 3 3 ． 5 4 4 ． 5 5 5 ．5 6 S l mm 图2地基 处理 前后平板载荷试验结果 粘土等的比贯入阻力变化不明显 ，说明强夯的夯击能 很难达到较深深度 。塑料排水板结合强夯 的方法对深 部土层的处理效果并不理想 。根据 《 岩土工程测试技 术》一书中用静力触探指标计算地基承载力的代表性 公式 = 0 ． 1 0 4 P , + 2 6 ．9 计算， 得出加固前后淤泥层承载力 分别为4 2 ． 5 k P a 和7 2 ． 6 6 k P a 。 提高了约7 1 ％。 5结语 ( 1 )地基处理前后淤泥层含水 率降低了9 ． 4 ％， 说 明该方法对排 出孔隙水效果明显 。 ( 2 )塑料排水板结合强夯的方法不宜用于处理较 深土 层 。 ( 3 )经本法处理后淤泥层的承载力大幅提高 ， 且 土层性质更趋均一。 表2 地基处理前后静力触探成果对 比 统计 算术平均 标准差 变异 标准值 地层 件数 值／ k N ， k N 系数 ， k N 处理 前 3 0 O ． 1 5 0 ．O 8 0 ． 4 1 O ． 1 6 淤泥层 处理后 3 0 O ． 4 4 0 ．O 9 O ． 2 1 0 ． 4 7 8 处理 前 3 0 1 ． 7 5 1 ．O 2 0 ． 5 7 6 1 ． 3 3 2 粗砂混淤泥 处理后 3 0 1 ． 9 3 O ．9 6 0 ．4 2 8 1 ． 5 0 处理 前 3 O l _4 8 2 ． 1 1 O ． 9 8 2 ． 4 5 粉质粘土 处理后 3 0 1 ． 7 3 一 — 一 处理前 1 O 5 -2 2 O ． 8 9 O ． 5 8 1 ． 2 3 粗砂 处理后 1 0 6 ．6 8 0 ．7 3 O ． 5 6 1 ． 1 4 ( 4 )本工程占地面积2 5 4 3 3 m2 ，使用强夯结合塑 料排水板技术 ， 可节约地基处理费用5 2 0 ． 8 7 万元。 ( 5 )采用排水板结合强夯处理本工程地基大大缩 短- = 建设周期。 目前国内有大量 的滨海湖相沉积的软弱土层需进 行处理 ， 上述方案可以借鉴。 参考文献 【 l 】 地基处理手册【 M】 ． 北京 ： 中国建筑工业出版社 ， 1 9 9 8 ． [ 2 】 岩土工程测试技术【 M】 ． 北京 ： 中国建筑工业出版社 ， 2 0 0 4 ． 【 3 】 建筑施工手册【 M】 ． 北京 ： 中国建筑工业出版社 ， 1 9 9 2 ． d d 702 57 l 2 2 2 2 为为为为为 距距距距距 b b 桩桩桩桩桩 } } I } 一