湿陷原因（共7篇）
湿陷原因 篇1
1 前言
湿陷性红土在我国多个地区都广泛存在, 是市政道路建设中必须要考虑的关键影响因素。湿陷性红土有一个十分明显的不足, 其在遇水时就会发生变形。由于湿陷性红土结构较为特殊, 此种变形在表面上看起来并不明显, 因此很难被及时发现。湿陷性红土路基病害是一种对道路安全危害极大的病害, 在很多工程项目中均比较常见。因此, 采取有效措施对其进行预防和处理, 也就显得格外重要[1]。
2 案例分析
上饶市是我国南方雨量丰富的江西省东北部, 与浙江、福建、安徽等省份都有着密切的交通往来, 是长三角、海西、鄱阳湖三大经济区的交汇区, 地理位置十分关键。上饶市中心城区地处信江河流的丹霞丘陵地带, 周边拌生大量的湿陷性红土土壤。市政道路湿陷性红土路基病害治理的重要性越发突出。该地区湿陷性红土由碳酸盐或含其他富铁铝氧化物的岩石在湿热气候条件下风化而成, 颜色多为褐红色, 其特性为吸水性高、承重能力变化大等。湿陷性红土路基一旦被水浸湿, 土体结构就会发生变化, 再加上外部压力的作用, 极易造成路基沉陷。
2.1 道路概况
上饶市三清山大道长度12.6公里, 道路设计宽度60米 (2*5人行道+2*6非机动车道+2*3机非隔离绿化带+2*12机动车道+8中间绿化隔离带) 。该道路出现了较为严重的湿陷性红土路基病害, 对道路行车安全构成了巨大威胁。
2.2 该路段出现湿陷性红土路基病害的主要原因
在结合该路段周围的水文环境以及地理特征进行分析之后发现, 导致该路段出现湿陷性红土路基病害的原因主要有两个方面:一、道路在经过多个比较大的丘陵峰谷时形成了比较明显的路峰路谷。路峰段形成路斩, 由于道路设计原因, 路峰两侧山坡红土壤的水分向道路路基渗透, 汇聚到路谷低洼地段的路基红土壤中, 使该地段的路基红土壤含水量非常高, 严重降低了路谷地带路基的承载力。二、道路中间绿化隔离带绿化养护水, 沿绿化带的土层从路峰路基土壤向路谷路基土壤进行渗透, 汇聚到路谷低洼地段的路基红土壤中, 严重降低路谷低洼地带路基的承载力。
路谷低洼地段的路基出现湿陷性红土路基病害之后, 该段道路为沥青路面经过重车反复碾压, 沥青路面经常出现了大面积龟裂、破坏现象, 修补难度非常高。
2.3 市政道路湿陷性红土路基病害原因分析
结合上文中的分析, 笔者认为市政道路湿陷性红土路基病害产生的原因一般有下面二种:一、路基沉陷的原因。路基沉陷是一种在市政道路中比较常见的病害类型, 发生原因主要是湿陷性红土被水 (主要地表渗透水) 浸湿, 土体结构出现变化, 再加上外部压力的作用, 比如车辆碾压等, 就会出现沉陷问题。沉陷问题出现的直接原因是路基失去支撑, 沉陷类型有纵向、横向等很多种形式, 每一种沉陷产生的原因也都存在一些差别[2]。
二、市政道路建设时没有修建完善的排水设施, 或者排水设施损坏, 就会造成路面积水。路面积水渗透浸泡路路基就会造成土体结构的变化, 进而导致路堤被破坏[3]。
4 市政道路湿陷性红土路基病害防治建议
湿陷性红土路基处治应选择以防水排水措施为主, 路基处理为辅, 确有必要时采取结构措施, 多措施综合应用的技术路线。
对于市政道路湿陷性红土路基病害的预防, 应注意从路基结构设计、路基填筑施工技术、完善附属设施等三个方面入手, 采取有针对性的防护措施。
4.1 路基结构设计方面
当前, 对于湿陷性红土路基病害的防治技术关键是路基防水排水。
经过综合分析, 对该路面采取了以下处理方法:
一、在路峰两侧沿人行道边打入截水板形成截渗墙, 截渗墙深度低于路谷路面标高。
二、在路峰与路谷高差不大地段, 在路峰两侧沿人行道边挖截渗沟, 埋设盲管后填透水材料 (砂砾石) 。
三、道路中间绿化隔离带绿化养护水, 从路峰到路谷2/3的地段开始, 沿中间绿化隔离带两侧与沥青路面之间, 增加盲沟, 埋设盲管排水, 将盲管的水排入市政道路排水系统。
在采取了上述措施之后, 该道路的路基病害情况得到了有效控制, 处理效果较好, 显著降低了湿陷性红土对路基的危害, 起到了巩固道路质量的作用。
4.2 路基填筑施工技术
结合相关工程的实践经验, 本文认为, 在修筑过程中必须重视做好填筑控制。首先, 填筑用料必须确保质量合格。其次, 填料使用前必须要进行处理, 确保其含水率符合规定要求。再次, 松铺厚度最好结合工程修筑试验段的经验, 合理确定, 确保能够顺利进行压实处理。最后, 在路基碾压的过程中, 不能漏压也不能多压, 错轮应控制在0.5米以内, 保证压实度。
路基处理主要有化学固定以及超压固结两种。在实际的工程建设中, 必须充分利用这两项技术。其中, 在应用超压固结法的时候, 必须重视合理选定地点与材料, 施工质量也必须得到保障。同时, 修筑过程中必须进行挤密处理和强夯, 改善压固效果。
4.3 完善附属设施
为了防止雨水浸泡路基导致病害问题, 在工程设计与施工阶段就必须重视完善排水设施, 确保设施的排水能力能够满足道路的雨季排水要求。因此设置完善的防水、排水系统, 最大限度地降低地基受水浸湿的可能性是防止红土湿陷破坏的首选措施, 也是最经济的技术措施。
在设施修建完毕后以及使用过程中, 须有专业人员对其进行检查, 确保其处于能够正常使用的状态。
5 结语
湿陷性红土路基病害在很多市政道路中均比较常见, 是一种对道路危害很大的病害类型。本文结合工程实例, 对市政道路湿陷性红土路基病害出现的原因进行了详细分析, 并在此基础上提出了该类病害的预防建议, 希望能够为相关工程的病害处理提供参照。
参考文献
[1]侯小宝.强夯法处理湿陷性黄土路基施工技术探讨[J].山西建筑.2015, 41 (18) :142-143.
[2]樊艳鹏.湿陷性黄土路基强夯补强施工技术研究[J].文摘版:工程技术.2015, (10) :16-17.
[3]王玉娜, 陈敏, 李清杰.浅谈湿陷性黄土路基设计与处理措施[J].城市道桥与防洪.2015, (04) :26-28.
湿陷原因 篇2
关键词：黄土的湿陷性,单线法,试验压力,湿陷系数
黄土是第四纪以来在干旱及半干旱地区形成的,具有天然孔隙比大、含水量小、富含钙质物、天然状态强度很高、遇水时发生显著下沉等特点。黄土的湿陷性是指土在自重压力作用下或自重压力和附加压力作用下,受水浸湿后,使土的结构迅速破坏而发生显著的附加下陷现象。
在湿陷性黄土地区,能否准确评价地基土的湿陷性,将直接影响地基处理方案的选择。一般地基处理费用可占工程总造价的8%左右,甚者可高达20%～30%,而工期可占总工期的25%左右。因此,在湿陷性黄土地区准确判别地基土的湿陷性,对整个工程设计、施工的经济、合理性及缩短工期具有重要的实际意义。
黄土是否具有湿陷性,以及湿陷性的强弱程度如何,是按照某一给定的压力作用下土体浸水后的湿陷系数δs值来衡量的。根据现行湿陷性黄土地区建筑规范[1],当δs≥0.015时,为湿陷性黄土;否则,为非湿陷性黄土。
目前湿陷系数测定的方法主要有现场静载试验、现场试坑浸水试验及室内双线法、单线法试验,其中室内试验因其操作简便、速度快,且费用较低,广泛用于工程实践。《湿陷性黄土地区建筑规范》[1]规定,测定湿陷系数δs所采用的试验压力,应自基底算起,基底以下10 m内的土湿陷试验时采用200 kPa,10 m以下至非湿陷性黄土顶面的试验压力应采用上覆土的饱和自重压力,当上覆土饱和自重压力大于300 kPa时,按300 kPa选用;当基底压力大于300 kPa时,湿陷压力宜采用实际压力。
实际压力一般由设计单位提供或勘察单位估算,其值往往难以精确,而且为了提高安全系数,上部结构荷载采用设计值,即实际压力小于设计提供压力值。这时,湿陷系数测定所用压力值往往大于基底实际压力。为了工程安全考虑,应采取较大湿陷系数对应的压力作为湿陷压力,该压力如何取值值得探讨。
关于湿陷压力对黄土湿陷性的影响,已有不少研究。袁慧[2]通过对运城、西安等地探井土样的室内试验,得出同一起始饱和度条件下试验压力为25 kPa～200 kPa时,随着试验压力的增加,湿陷系数逐渐增大;试验压力为200 kPa～1 200 kPa时,随着试验压力的增加,湿陷系数逐渐减小;刘祖典等人[3]得出黄土的湿陷系数随浸水压力的增大而增大,尤其是当黄土的饱和度增大时湿陷系数的变化更为敏感的结论;任培岩[4]认为随着压力的增加湿陷系数由小变大,达到某一程度后,又随压力的增大而由大变小;胡燕妮等[5]得出室内试验确定黄土湿陷系数时,应考虑黄土地基湿陷时的实际应力的结论。
由于黄土湿陷性受地质环境、黄土的成因、结构等多种因素影响,以上关于湿陷压力对湿陷系数的影响研究结论不完全一致。为了证实湿陷系数的变化规律,本文取部分探井土样进行了室内湿陷试验。
为了更符合黄土变形的实际情况,本文采用单线法,采用200 k Pa,300 k Pa,400 k Pa,600 k Pa四种压力进行了试验。
1土样物理指标
本试验所用试样均取自探井,土样为原状样,质量接近Ⅰ级。经室内试验测定其物理力学指标,所得结果见表1。
2试验方法[6]
每种试样切取4个环刀(环刀面积50 cm2)试样,称重(同一土样中制备的试样,密度差值应小于0.03 g/cm3),按规定装入固结仪,调整各部件接触良好,分别加压至规定压力。待其下沉稳定后,自上而下注入纯水,水面宜高出试样顶面,每隔1 h测记一次变形读数,直至试样变形稳定。变形稳定标准为每小时变形不大于0.01 mm。测记试样浸水变形读数后,按规定拆卸仪器及试样。
湿陷系数按下式计算:
其中,δs为湿陷系数;h1为在某级压力下,试样变形稳定后的高度,mm;h2为在某级压力下,试样浸水湿陷变形稳定后的高度,mm。
3结果分析
经整理,数据计算结果见表2。
为了明确展现各土样湿陷系数随湿陷压力变化的关系,本文借助Excel绘图工具对结果进行了绘制,结果见图1。
根据上述试验结果可看出,三个土样湿陷系数变化规律有所差别:土样1与土样2湿陷系数随施加压力的变化趋势均是先增大,后减小,当压力为300 k Pa时达到最大值;土样3随着压力增大,湿陷系数逐渐减小。由于土样有限,未测定小于200 k Pa时的湿陷系数;参考袁慧对运城、西安等地土样试验结果,可认为土样湿陷系数曲线已至下降段,即最大湿陷压力不大于200 k Pa。
该结论可通过黄土湿陷的结构学假说来解释:黄土湿陷最根本的原因是黄土在堆积过程中形成非正常配位的架空体系,其连接强度主要取决于上覆土的压密作用、双电层净势能、粒间摩擦系数、水在粒间接触处形成的毛细管力及少量胶凝物质的分粘结力等。当含水量增加时,由毛细管力引起的法向应力将迅速减小甚至消失,双电层离子浓度降低,粒间摩擦系数减小,胶凝物质之间距离有所增加,使得分子之间的粘结力变小,土颗粒之间的连接强度减小,从而使土体结构遭到破坏而产生湿陷变形。随着试验压力进一步增加,颗粒之间的连接点发生一定滑移,继而使黄土的变形继续增大,架空孔隙被破坏,部分土颗粒被填充到架空孔隙中。当压力继续增大,直到架空孔隙全部被破坏,将导致黄土结构变密实,湿陷系数达到极限。此时,继续增加荷载,结构遭到破坏的黄土继续压密,水的作用将减弱,黄土湿陷系数减小;当荷载增大到一定程度时,黄土的湿陷将会消除。
综上,黄土的湿陷系数随着基底压力的增大呈先增大后减小的趋势。湿陷系数峰值对应的压力与黄土的物质成分、结构特征等有关。若按GB 50025-2004湿陷性黄土地区建筑规范规定,基底压力大于300 k Pa时测定湿陷系数的试验压力取实际压力,将可能造成所测湿陷系数小于实际值,从而使地基处理过于冒险,最终使建筑物产生不均匀沉降或裂缝等,影响建筑物安全及使用。
由于本次试验样本较少,本文只对个别土样进行了湿陷分析。若能从黄土的分布出发,综合分析不同区域黄土湿陷系数峰值对应的试验压力,将对工程实践产生很重要的指导意义。
参考文献
[1]GB 50025-2004,湿陷性黄土地区建筑规范[S].
[2]袁慧.黄土湿陷性的室内试验及微观结构研究[D].太原:太原理工大学,2008.
[3]刘祖典,党发宁,胡再强.黄土湿陷变形量计算方法的改进[J].岩土工程技术,2001(3):138-141.
[4]任培岩.浅谈黄土的湿陷性[J].山西建筑,2010,36(29):126-127.
[5]胡燕妮,米海珍.兰州高坪黄土湿陷系数的试验压力取值探讨[J].兰州理工大学学报,2008,34(6):135-138.
湿陷性黄土的强夯处理 篇3
在公路施工中, 经常遇到湿陷性黄土软土路基。在覆土层自重应力作用下, 或者在自重应力和附加应力共同作用下, 因浸水后土的结构破坏而发生显著附加变形的土称为湿陷性土, 属于特殊土。有些杂填土也具有湿陷性。广泛分布于我国东北、西北、华中和华东部分地区的黄土多具湿陷性。
1 湿陷性黄土的特点
所谓湿陷性黄土就是在一定压力下受水浸湿, 土结构迅速破坏, 并产生显著附加下沉的黄土。湿陷性黄土地基在天然状态下的密度 (天然容重) 低, 单位体积内粘土颗粒含量少, 孔隙率较大 (一般为35%~65%) 。土体的水稳定性极差, 遇水会使土粒间的毛细水表面张力丧失, 在土体中起骨架作用的晶体颗粒溶解, 产生地基表面垂直沉陷, 导致建筑物、构筑物的破坏。因此, 在高速公路路基施工中, 采取何种方案处理, 必须优化方案、做经济比较、施工时间的比较, 沉降值保证在规范值内, 保证高速公路建成以后正常的运营年限, 降低公路养护成本具有重大意义。
2 处治方案的选择
根据湿陷性黄土一般分布在表层, 厚度一般在5~6m以内, 采用强夯法进行处理可消除黄土的湿陷性。
2.1 夯击能量
本工程主、副夯宜采用2000k N·m夯击能量, 满夯采用1000k N·m夯击能量。
2.2 夯点布置
本工程采用等边三角形布点, 夯点间距为4.0m。满夯时彼此搭接1/4。
2.3 夯击数和夯击遍数
单点夯击数和夯击遍数通过试夯确定。且同时满足下列条件:单点夯击次数一般按最后两击之差3~5cm控制, 夯击遍数以夯坑周围地面不发生过大隆起, 不因夯坑过深而发生起锤困难, 不出现“翻浆”或“橡皮土”为宜。第一遍:主夯, 按规定间距;第二遍:副夯, 按规定间距在主夯点位中间穿插进行;第三遍:满夯, 夯印彼此搭接1/4。
2.4 间歇时间
间歇时间由试夯时孔隙水压力消散过程的观测资料来确定, 对渗透性较差的地基间歇时间应长一些, 对渗透性较好的地基间歇时间, 一般采用3d。
3 强夯施工机理
湿陷性黄土主要最佳含水量不易控制, 一般压路机碾压, 无法使路基达到规定的密实度要求。
强夯法是1969年法国Menard技术公司首创的一种地基加固方法, 这种方法是用巨锤 (我国常用锤重为80~250k N, 世界最大锤重为2000k N) 从高处自由下落 (落距一般为8~40m) 对地基施加巨大的冲击能及冲击波, 使土中出现很大的冲击应力, 土体产生瞬间变形, 迫使土层孔隙压缩, 土体局部液化, 在夯击点周围产生裂缝, 形成良好的排水通道, 孔隙水和气体逸出, 使土粒重新排列, 经时效压密达到固结, 从而提高地基承载力, 降低其压缩性, 而且还能改善砂类土抵抗振动液化的能力, 消除湿陷性黄土的湿陷性。
4 施工季节的选择
强夯的最不利季节为冬夏两季。夏季雨水多, 土层中的水分不易析出, 夯击时容易形成橡皮泥, 无法达到最佳的密实效果。由于冬季土层容易冻结成硬块, 使得冻块部分不能夯击密实, 并且毛细水容易冻结成冰, 不易析出蒸发, 达不到很好的夯实效果。
强夯施工的最佳施工季节应选择干旱少雨的春、秋最佳, 适合土壤中水分的析出和蒸发。
5 强夯施工工艺
5.1 强夯施工步骤
第一步:清除杂物, 用平地机平整场地, 并用压路机碾压。
第二步:夯点放样, 用石灰标明第一遍夯点 (主夯) 的位置, 并测量地面高程。
第三步:夯击就位, 使夯锤对准夯点位置。
第四步:采用2000k N·m夯击能量控制, 将夯锤起吊至预定高度, 待夯锤脱钩自由下落后, 放下吊钩, 如锤顶倾斜, 应及时将坑底整平。
第五步:重复步骤四, 按设计规定的夯击次数及控制标准, 完成一个夯点的夯实。
第六步:现场记录, 强夯施工时应对每一个夯点的夯击能量、夯击次数及夯沉量做好详细记录。
第七步:移动位置, 进行下一个夯点的夯击, 直至完成第一遍全部夯击。
第八步:主夯完成后, 静置72h以上, 用推土机将夯坑填平, 压路机静压一遍, 然后测量夯后的地面高程。
第九步:重新放线定位, 按主夯的施工步骤进行第二遍 (副夯) 的夯击施工, 副夯与主夯施工方法相同。
第十步:副夯完成后, 静置72h以上, 用推土机将夯坑填平, 按规定进行最后一遍满夯, 满夯采用1000k N·m夯击能量控制, 夯锤单点1击, 并且夯印彼此搭接1/4。强夯完成后, 推土机整平, 压路机静压一遍, 然后测量场地高程。
5.2 强夯施工过程的监测工作
(1) 开夯前应检查锤重和落距, 以确保单击夯击能量符合设计要求;
(2) 在每遍夯击前, 对夯点放样进行复核, 夯完后检查行坑位置, 发现偏差或漏夯及时纠正;
(3) 按设计要求检查每个夯点的夯击次数和每击的夯沉量。
5.3 施工控制
施工过程中由专业人员对每次锤击深度进行测量, 并对各项参数及施工情况进行详细记录。派专人察看现场, 监理派人旁站, 设专人做好记录。在纵向每打完10m左右, 旁站监理用水准仪抽检一次锤击深度, 检查与施工记录是否相符, 并根据每次的锤击变化, 了解填土高度及地基强度, 认真做好强夯记录。
6 路基处理过程
6.1 原地面
原地面处理主要是地表草皮、腐殖土的清除及耕地填前夯压密实。一般地段的地表腐殖土层较薄, 路基清表可按地基清表层土能够碾压密实, 并且表土中有机质含量不超过5%进行控制。清表土方集中堆放, 工后用于边坡和中央分隔带绿化。
路基填前强夯工作面宽度, 为路基坡脚外1m范围内, 地表横坡缓于1∶5时, 在清除地表草皮、腐殖土后, 原地面可直接进行处理, 然后进行路堤填筑。对于地面横坡陡于1∶5时, 原地面开挖台阶, 台阶宽度不小于2m, 先填筑第一个台阶, 使形成宽度不小有4m的工作平台后再进行强夯。基岩面上的覆盖层较薄时, 宜先清除覆盖层再挖台阶。
6.2 挖方路槽
对于挖方路槽进行强夯处理, 处理宽度为路槽范围, 同时对路槽不再进行超挖处理。挖方时预留出50cm (经试夯确定) 的强夯沉降量, 即比设计少挖一定深度。
6.3 半填半挖路基
横向半填半挖路基:为保证填挖过渡段路基的稳定和路面平顺, 避免严重的不均匀沉降, 纵向填挖交界处, 沿路基垂直方向开挖台阶, 台阶宽度2.0m台阶底做成向内倾斜4.0%的坡度, 并采用强夯进行处理, 以消除路基填挖的差异沉降。
纵向填挖交界路基:填挖交界处设置15m过渡段, 对于土质地段采用级配较好的砂类土、砾类土、碎石填筑, 岩质地段过渡段采用填石路堤, 并采用强夯处理, 以消除路基填挖间的差异沉降。
6.4 施工注意事项
(1) 对于原地面坡度陡于1∶5, 需开挖台阶的路段, 开挖成宽度不小有2m的台阶, 先填筑第一个台阶, 形成宽度不小有4m的工作平台后再进行强夯。
(2) 桥涵台背15m范围内不得进行强夯, 15m以外采用夯击能1000k N·m进行强夯, 25m以外按正常路段强夯;暗桥涵顶部一般不宜强夯, 必须采用时, 可在拱顶填高大于8m时, 用夯击能1000k N·m进行强夯。强夯路段横向距民房25m内时, 不得采用强夯。
(3) 密切注意夯击中的异常变化, 在构造物顶面强夯作业时, 加强观察, 一旦发现危及构造物的安全时立即停打, 通知总监办、建管处、设计人员研究处理。
(4) 强夯前, 查明场地范围内的地下构造物和各种地下管线 (尤其是通讯电缆) 的位置及标高, 并采取必要的措施, 以免强夯施工而造成损坏。
7 总结
强夯处理不但在湿陷性黄土的软土路基上得到了很好应用, 而且为了防止高填方路基下沉, 在路基填筑过程中也得到了很好的应用。
摘要：分析湿陷性黄土的特点, 选择适当的施工方法;结合临大二级公路施工中, 对湿陷性黄土路基利用强夯处理软土, 防止路基沉降的措施, 进行施工方法的探讨。
公路黄土湿陷性的探讨 篇4
黄土形成于特殊的自然环境, 主要位于北半球的俄罗斯、欧洲、北美和中国中西部地区。就其分布面积和厚度来说, 我国黄土占世界首位, 大致位于昆仑山、秦岭、山东半岛一线以北, 阿尔泰山、阿拉善、鄂尔多斯、大兴安岭以南, 面积达63万Km2。其中, 湿陷性黄土又占了相当大的部分, 在西部的陕西、宁夏、甘肃、青海、新疆、内蒙古以及山西等省区都有大面积的湿陷性黄土分布。随着我国经济的快速发展, 公路建设和公路运输也随着快速增长, 在湿陷性黄土地区修建公路一直是土工技术领域中最突出的问题, 因此值得我们进行探讨研究。
2 黄土地基湿陷变形特征
黄土在压应力作用形式下的变形有三种形式, 即弹性变形、压密变形和蠕变变形。由于黄土的形成条件和结构状态与一般粘性土有很大差异, 其压实变形表现为两种形式, 既在某一定荷载作用下产生压缩变形, 又在荷载不变而遇水时产生湿陷变形。
2.1 湿陷性的分类
湿陷变形就是黄土在一定压力作用下受水浸湿时, 土的结构迅速破坏而发生的显著附加下沉的变形。黄土的湿陷性又分为非自重湿陷和自重湿陷两种。非自重湿陷黄土是在自重压应力下受水侵湿时而不发生湿陷变形;自重湿陷性换图是在自重应力下受水侵湿时产生湿陷变形。另外, 湿陷还分为如表1所列的三个等级。
2.2 变形特征
黄土地基变形按外来作用因素可分为三类:即压缩变形、湿陷变形和渗透溶滤变形。
2.2.1 压缩变形, 指黄土在压力作用下含水量不变时的垂直变形, 相当施工时的变形。
2.2.2湿陷变形, 黄土在压力和浸水同时作用下, 由于结构破坏而发生的垂直变形, 一般变形量大, 速度快, 具有突变性质, 但因结构耐水程度不同引起的变形速度也不相同, 这种变形相当于黄土地基竣工后浸水时期。
2.2.3渗透溶滤变形, 是指黄土在水头及渗透水长期作用下由于盐类溶滤以及土体孔隙继续被挤压而产生的垂直变形, 实质上是湿陷变形的继续。
3 变形计算指标
为了计算上述三种变形量, 需要进行黄土压缩试验, 分别测以下三种计算指标。
3.1 压缩变形系数
式中:h0-压缩试验中试样的起始高度;
h1-试样在图层自重压力下压缩稳定后的高度;
h3-试样在自重压力与建筑物附加压力联合作用下压缩稳定后的高度。
3.2 湿陷变形系数及自重湿陷变形系数
式中:h3-在自重压力与建筑附加压力联合作用下的压缩稳定后, 充分浸水后的试样高度;
h'2-保持天然湿度与结构的试样, 加压至上覆土层饱和自重时压缩稳定后高度;
h"2-在h'2试样高度时, 充分浸水待湿陷变形稳定后的高度。
3.3 溶滤变形系数δt
式中:h4-试样湿陷变形稳定后, 继续长期浸水达变形稳定后的高度。
公式 (1) 做为土体自重压力与建筑物附加压力联合作用不浸水情况下的土体压缩计算;公式 (2) 、 (3) 和 (4) 作为浸水后的变形计算。以上指标作为设计时的标准, 对施工沉降控制具有指导性意义。
4 黄土湿陷原因和机理探讨
黄土的湿陷性是自然历史的产物, 湿陷原因很复杂, 其过程是一个物理化学过程。湿陷的发生主要是由土体内部固有的特殊因素和外界创造的适当条件共同作用的结果。
4.1 黄土湿陷成因的几种假说
4.1.1大孔性、多孔性假说, 最早是由列谢特金和扎马林等人提出。认为黄土之所以有湿陷性, 根本原因是黄土具有大孔隙。所谓大孔实际并不是湿陷形成的原因, 对湿陷真正起作用的是结构孔隙 (架空孔隙、支架孔隙) 和疏松的土粒间孔隙。
4.1.2毛细力假说, 阿别列夫运用太沙基 (Terzaghi) 关于毛细力的学说, 认为在颗粒接触点处有不连续的水分布, 在相邻颗粒空隙中水气界面上有表面张力存在, 当土体浸水后, 孔隙全部被水分所占据, 毛细力消失而产生湿陷。实际上黄土在干燥条件下根本没有毛细力, 浸水后才可能有毛细力。因此, 这种假说缺乏支撑力。
4.1.3加固凝聚力降低或消失假说, 这个理论本质是在水膜楔入作用和胶结物溶解作用下, 加固凝聚力收到了破坏, 同时对土的结构造成破坏, 因而发生湿陷。
另外还有可溶盐假说、粘土水膜假说、胶体不足假说、土粒间的抗剪强度突然降低假说等。
综上所述, 湿陷性黄土的湿陷发生原因和机理, 说法不一。到底哪一种假说最为正确, 还要在今后的科学试验中继续验证。
4.2 黄土湿陷机理探讨
如果黄土没有多孔性, 那么就与一般粘土一样, 只能压缩和膨胀而不会湿陷。如果黄土颗粒间联结完全是抗水的, 即使其结构疏松、大孔隙多 (孔隙划分见表2) , 也不会发生湿陷。因此, 要从两个方面去找湿陷的原因, 即多孔性、疏松结构和不抗水的土颗粒间联结问题。
4.2.1宏观孔隙, 主要包括黄土洞穴、黄土地裂缝与解理、放射状孔穴、鼠洞、虫孔及根孔。这些宏观的孔洞看起来与湿陷性关系不大, 但在工程实践中, 作为路基或边坡的黄土来说, 在浸水时, 与黄土的湿陷性相结合, 所造成的危害却很大;同时这些孔穴往往是来水通道, 使水进入路基或边坡, 造成路基湿陷和边坡坍塌, 严重影响道路的服务状态。
4.2.2微观孔隙, 这类孔隙主要有结构性孔隙、粒间孔隙和胶结物孔隙。在这些孔隙中, 对湿陷性来说最不稳定是结构孔隙, 其次是粒间孔隙。而最为稳定的是胶结物孔隙。
结语
我国湿陷性黄土分布广泛, 在进行公路工程建设时, 经常会出现路基沉陷、边坡坍塌、崩解等病害。因此, 在修筑前一定要了解道路所通过地区黄土的种类和性质, 采取相对应的措施来消除或减少黄土湿陷性带来的不利影响。
摘要：黄土作为一种特殊的路基填料, 常引起一些道路病害。文章通过对湿陷性黄土的变形特征的讨论, 介绍了不同情况下的变形计算指标, 并对黄土的湿陷原因和机理进行了探讨。
关键词：公路,湿陷性,黄土,机理
参考文献
[1]杨玉生, 李靖, 赵世麒.黄土填方路基病害原因分析与防治[J].路基工程, 2006 (05) .
[2]郑晏武.中国黄土的湿陷性, 1982, (06) .
[3]孙建中, 赵景波.黄土高原第四纪, 1991 (06) .
粉细砂湿陷性研究 篇5
黄土广泛分布于我国西北、华北地区, 作为地基用于各类建筑工程中已有漫长的历史。湿陷性是黄土最主要的工程性质之一, 它是指在上覆土层自重应力作用下或者在自重应力和附加应力共同作用下, 土体因浸水后土的结构破坏而发生显著变形的现象。湿陷性黄土在天然低湿度下具有明显的高强度和低压缩性, 一旦浸水会发生强度大幅度骤降和变形大幅度突增。建造在湿陷性黄土地基上的建筑物由于施工中或建成后使用过程中地基被水浸湿而导致建筑物沉陷甚至破坏的事故屡见不鲜。随着湿陷性黄土地区工程建设事业的发展, 深入研究湿陷性黄土的工程性质, 正确评价黄土的湿陷性, 合理控制黄土的湿陷变形, 对西部的建设有着极为重要的意义。
由于黄土的特殊性质对工程建设造成一系列影响, 因此, 在工程建设中应尽量避开湿陷性黄土场地。当确实不能避让时, 则需要对黄土的湿陷变形引起的沉降进行评价, 采用现行GB50025-2004《湿陷性黄土地区建筑规范》对地基进行处理, 消除湿陷性黄土对工程建设的影响。
鉴于黄土对工程建设和使用过程中的危害性, 人们开始对黄土的湿陷性进行了大量的研究, 并取得了丰硕的成果。这些研究成果可以大致分为几个阶段, 张炜、张苏民认为:建国后的十五年间为黄土相关研究的第一发展阶段, 国家根据这一时期的研究成果制定并颁布了GBJ20-66《湿陷性黄土地基建筑规范》, 我国的地质学者针对湿陷性黄土的大量工程性质展开了室内与现场的大量实验研究工作, 并对黄土的许多工程特性得出重要结论。主要包括: (1) 湿陷性黄土的湿陷量与附加压力的相关关系为:在变形初期, 黄土的变形量随压力增大而增大, 之后其变形量则随压力的增大而变小。 (2) 只有当上覆土层压力超过湿陷起始压力时, 黄土的湿陷变形才会显著, 并得到了湿陷起始压力的计算过程。 (3) 湿陷性黄土并不只是在单一条件下产生的湿陷变形。黄土在浸水后, 有些会在自重压力下产生湿陷变形, 有些则不发生湿陷, 只有在一定的压力条件下才会发生湿陷变形。前者称为自重湿陷性黄土, 后者称为非自重湿陷性黄土。根据上述的相关研究成果, 可以为湿陷性黄土地区的相关工程建设提供合理的处理方法, 保证了在黄土地区进行的工程建设安全可靠。
当黄土的研究进入建国后的第二个十五年, 国家建委根据这一时期的研究成果, 颁布了TJ25-78《湿陷性黄土地区建筑规范》, 黄土的工程性质研究进程加快, 对黄土的微结构特征、本构模型、区域自重湿陷性黄土敏感性和湿陷性黄土地基处理方法等方面差异很大, 土体的压缩性也较高, 对此类土体的承载力和工程特性也有了初步的了解。使其更接近于客观事实, 从而为国家建委完善相关规范奠定了基础。1980后的十余年间, 黄土的研究发展进入第三发展阶段, 根据这一期间的相关研究成果, 国家颁布了GBJ25-90《湿陷性黄土地区建筑规范》, 随着国家进行大规模经济建设的开始, 在国家的大力支持下, 相关的研究工作进入快速发展通道, 许多重要的研究成果也在此期间出现。黄土的研究不再局限于对宏观的现象进行解释, 开始在微观方面对黄土的工程性质寻找新的突破, 在黄土的微观结构定量分析、黄土动力特性、黄土湿陷变形理论、黄土强度理论、非饱和黄土结构性理论等方面有重大发展。
刘祖典在1994年利用室内试验, 对几个黄土分布典型的地区进行研究, 得到了不同地区的物理力学性质指标, 通过对这些指标进行相关分析, 将黄土湿陷变形的各个因素与黄土湿陷系数建立起相关关系函数。张炜在对有关黄土的力学性质研究过程中, 通过对试验结果进行分析, 总结出黄土中各项力学指标间的相互关系, 并对试验结果中所出现的变化规律做出了详细阐述, 指出了当前试验过程中所存在的问题和缺陷, 强调了土的结构强度对黄土力学性质结果的影响, 从而对当下进行的黄土力学性质的相关试验研究做了细致的总结。张苏民等将目前的有关湿陷性黄土研究的一些基本概念及术语进行了介绍及总结, 为后来对湿陷性黄土的进一步深入研究提供了便利性, 具有很高的借鉴和参考价值。通过对黄土的抗拉强度进行试验研究, 李靖等发现由于土工构筑物的抗拉能力很低, 在实际工程中导致建筑物发生破坏的众多因素中, 土体的抗拉特性研究常常不被人们所重视。其实土的抗拉强度对其产生的影响也至关重要:在土质坡体还没有发生滑动前, 在坡体内部会产生一定的张拉裂缝, 在其他因素的综合作用下裂缝开始逐渐变大并最终导致坡体发生滑动。黄土的抗拉强度主要来源于三方面: (1) 由非饱和黄土的基质吸力和毛细力所形成的附加凝聚力; (2) 由石膏、碳酸盐和黏土矿物颗粒形成的加固凝聚力; (3) 由颗粒间的分子引力和土颗粒间水膜的物理化学作用的凝聚力。为了测定出黄土的拉应力作用下的应力-应变关系曲线, 利用原状黄土的单轴拉伸试验进行研究, 研究结果表明, 黄土的天然密度和天然含水量的幂函数关系。刑义川等选取关中地区的原状黄土, 在对应力-应变控制式三轴仪改进后进行室内增湿试验, 得出了非饱和黄土实现过程中的孔隙压力及基质吸力变化规律。
在黄土的有关动力学特性研究方面, 许多学者不仅对等幅往返荷载下的黄土进行动三轴试验, 而且从黄土的基本特性规律、湿陷与震陷的联系、动静强度关系、强度标准、试验方法和水力荷载路径等方面做出了较全面的探索, 与此同时, 利用三轴试验, 相关学者对不规则的动应力过程和随机不规则的动荷载过程下的黄土也做了许多拓展性的工作。
2 国内外粉、细砂湿陷性研究状况
长期以来工程地质界对黄土的湿陷性进行了广泛的研究, 而对沙漠区风积砂的湿陷性的研究相对较少。曹正中、张明泉、黄明源等对腾格里沙漠南缘风积砂土湿陷性进行了研究, 室内压缩试验和原位荷载试验结果表明沙漠区水利工程段风积砂土中的风洪积壤土类土和风积极细砂均具有湿陷性。沙漠区风积沙中的细粒成分含量越多土体越具湿陷性, 在湿陷性砂土中粉粒含量越多, 其湿陷程度越高。在湿陷性砂土中壤土类土的干密度随埋深增加而增大, 极细砂干密度与埋深无相关性。这两类湿陷性砂土的湿陷系数均随干密度的增加而明显减小。地质环境是决定风积砂土湿陷性的根本原因。颗粒组成是影响砂土湿陷性的诸多特性的主要因素。干密度是控制湿陷性大小的重要物理指标。风积砂土的湿陷性研究在世界上尚处于摸索阶段, 相信随着荒漠区开发建设的发展会使这一问题的技术处理变得更加完善和提高。周平等结合物理力学指标特征对武昌地区含黏性土粉细砂承载力进行了分析, 得出在工程性质上, 它更接近于黏性土而非粉细砂;张文龙等通过不同尺寸的平板荷载试验原位测试对内蒙古地区粉细砂地基的承载力问题进行了研究;武立波对陕西神木县石窑店的粉土、粉细砂进行研究, 发现该地区粉土、粉细砂具有弱可塑性、低粘结性、湿陷性及强度较小等特征。
3 本文研究的目的和意义
伴随国家新一轮深化改革方案的进一步推进, 西部大开发战略使得西部城市在国家经济发展中的地位愈发凸显。神木等地区是我国湿陷性粉细砂广泛分布地区之一, 位于风积砂地貌上的建筑, 受到沙土湿陷性的直接影响, 建筑物的稳定性受到威胁, 通过对粉细砂工程性质、湿陷性特征的了解可以为湿陷性风积砂地区的相关工程建设提供合理的处理方法, 保证了工程建设安全可靠。
4 研究工作的主要内容和重点
4.1 湿陷性粉、细砂的变形特性及影响因素
基于合理、简单、实用的试验选择原则, 选取神木县的沙丘和神木河周边土质进行湿陷性实验和渗透性试验, 通过分析目前关于粉、细砂的湿陷性变形特性的理论研究及工程实践总结, 得出引起粉、细砂变形的内在因素和外在因素, 并对引起土体内外因素发生变化的影响因子进行深入分析, 达到更全面地分析粉、细砂湿陷变形过程的目的。通过分析各场地黄土的物质成分、物理力学性质、微结构、初始含水量和应力状态, 采用工程地质类比法和数据挖掘技术分析影响湿陷性的诸因素, 并得出湿陷系数和代表各因素的物理性质指标间的综合关系式。表明黄土湿陷性是多因素共同作用下的宏观表现, 其中物质成分和微结构特征是内因, 水和应力状态是外因。
4.2 针对管道漏水后湿陷性土层入渗范围的数值模拟
选取多孔介质模型, 以湿陷性粉土、砂土结合为多孔介质研究对象, 建立不同孔隙率的土体模型, 利用Fluent软件模拟土体在发生管道漏水后的不同时刻, 水在湿陷性土层中随着时间的变化而发生的入渗范围和影响深度变化。
研究重点:以陕北神木县沙丘的粉土、细砂为标本, 主要在室内分析该地区粉土、细砂的物理力学特性, 测量取土的场地内地基土粒度组成表, 含水量、容重、孔隙比、液限、塑限、塑性指数、液性指数、湿陷性系数、渗透性系数等数据。利用湿陷性评价方法来定义粉土细砂湿陷性。最后利用Fluent软件模拟土体在发生管道漏水后的不同时刻, 水在湿陷性土层中随时间变化而发生的入渗范围和影响深度变化。
5 研究方案、技术路线及措施
研究方案:首先进行调研、收集国内外相关信息资料, 对设计湿陷性科研课题的相关项目进行技术梳理, 总结归纳。然后在目前研究成果的基础上针对特定地点的粉、细砂进行湿陷性渗透性试验。而后基于工程实际, 考虑粉细砂的空隙率对渗透系数的影响, 给出了二维湿陷性黄土管道漏水的有限元计算模型, 利用流体力学模拟软件Fluent对管道漏水后不同时刻的水体渗透范围进行数值模拟, 并确定压力、体积分布规律。
1) 技术路线: (1) 通过沿线区域工程地质环境研究, 以两个试验场地粉、细砂为主要研究对象, 分析各场地工程地质条件, 阐述沿线黄土的分布特征及其工程特性。 (2) 根据湿陷性室内试验, 研究了沿线黄土湿陷性在空间上的变化特征, 表现为无论在垂向上或区域上湿陷性均符合既有规律。 (3) 采用流体力学模拟软件Fluent进行数值模拟等技术路线。
2) 存在的主要问题: (1) 由于室内土工试验用土是从神木地区运回, 其中含水率等数据会有一定变化, 不能第一时间取样做实验, 影响试验数据准确性。 (2) 对于流体力学模拟软件Fluent还不是很熟悉, 不能很熟练的应用软件。
3) 措施: (1) 尽量及时的采样做实验, 增加对照组, 力求试验数据的准确。 (2) 阅读文献论文资料, 通过文献资料的查阅, 了解收集并统计有关湿陷性评价方法等相关资料, 有目的、有计划、系统地收集整理资料。 (3) 对调查收集到的大量资料进行分析, 对Fluent进行进一步学习。
6 主要成果
1) 总结黄土湿陷性评价方法, 从而举一反三地应用到对粉、细砂土质上。
2) 得出引起粉、细砂变形的内在因素和外在因素, 并对引起土体内外因素发生变化的影响因子进行深入分析, 达到更全面地分析粉、细砂湿陷变形过程的目的。
谈湿陷性黄土的工程特性 篇6
1 湿陷性黄土的分布特点
1.1 水平分布特点
在整个湿陷性黄土建筑场地上，自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土的分布特点均是零星的不连续的板块状态。在小区域范围内不同湿陷类型和不同湿陷等级交错分布，变化较大。常常在一座建筑物下两种湿陷类型和两种以上湿陷等级的湿陷性黄土层同时存在，造成了地基处理上的复杂性。
1.2 竖向分布特点
1)生活区湿陷性黄土竖向分布有明显界限，且产状平稳。从天然地表算起4 m～5 m为新近堆积黄土，具有湿陷性和高压缩性。在新近堆积黄土层的层底有厚0.5 m左右的黑褐色埋藏土，为古地表，Ⅱ级阶地基本都有分布。古地表下为湿陷性黄土层，层厚6 m～8 m，下半部常有经褐色粘土出现，再下为非湿陷性黄土。
2)竖向分布不连续，有两条自重湿陷带。以古地表为界限，其上新近堆积黄土层中有一层自重湿陷带，厚度较小，但工程意义重要，因为在建筑物的压缩层范围内。
3)砂类土夹层与透镜体在湿陷性黄土层中竖向分布情况。Ⅱ级阶地的后缘和到Ⅲ级阶地的过渡带，湿陷性黄土层中砂类土夹层与透镜体较多，同时厚度大，颗粒粗，以中细砂类土为主。
2 自重湿陷变形的特征
2.1 自重湿陷变形的产生条件
自重湿陷系指土体被水浸湿后产生的自身沉陷变形，没有附加荷载的作用。它的产生:
1)土体的饱和自重压力大于土的湿陷起始压力;
2)浸湿土体的自重压力大于周边的阻力。
大量试验研究工作揭示，当浸水面积的边长或直径不小于湿陷土层厚度时，自重湿陷变形往往不能产生或不能完全产生。当浸水面积已经满足完全湿陷条件后继续增大时，则浸水面积越大，自重湿陷变形速度越快，完成全部湿陷变形的时间越短，但土层的自重湿陷量不变。
2.2 自重湿陷变形发生时间的特点
大型试坑浸水试验表明:试验中对不同深度土层的湿陷变形进行了观测。试验结果表明，土体浸水后自重湿陷变形发生的时间过程可分为三个阶段:
1)自重湿陷变形阶段。随着土体被水浸泡，在自重压力下土的天然结构很快遭到破坏，大量的湿陷变形同时发生，湿陷速度逐步达到高峰。当全部自重湿陷土层被水浸湿时，约有60%的自重湿陷变形已经产生。这阶段湿陷变形速度快，湿陷量大，耗水量多，总延续时间15 d～25 d。
2)土体压密阶段。土饱和自重压力作用下，自重湿陷变形已大部分产生，土体不断地压密，湿陷速度变慢，耗水量降低，30%左右的剩余湿陷变形继续发生，并趋于稳定。这阶段的延续时间为20 d左右。
3)二次湿陷阶段。浸水停止后，饱和土中的自由水逐渐消散，孔隙水压力也随着减小和消失，土体中的微应力重新分布。这时约10%的剩余湿陷量再次发生湿陷变形，湿陷速度增加，直到再次稳定，这阶段延续时间为10 d。
2.3 自重湿陷变形发生范围的特点
1)竖向湿陷变形范围。山西铝厂黄河的自重湿陷性已明显退化，湿陷性弱，敏感性低、变形速度慢。从现场大型试坑浸水试验结果可知，自重湿陷量一般都小于70 mm，主要发生在上部土层，深标点基本没发生下沉。
2)水平湿陷变形范围。从试坑浸水试验的数据来看，在较均匀的湿陷土层中，湿陷范围、裂缝分布和浸湿土体的边界是一致的，三者的边缘距浸湿中心的距离基本相等，约等于试坑的边长。
3 在附加应力作用下地基土的变形特征
经过大型载荷浸水试验，查明了在附加应力作用下地基土的变形特征。
3.1 天然地基的变形特征
天然地基载荷浸水试验场地的计算分级湿陷量36 cm，自重湿陷量11 cm。在200 k Pa压力作用下，压缩变形3.5 cm，变形模量8 070 k Pa，荷载(P)—沉降(S)曲线的比例极限125 k Pa，地基强度125 k Pa，停水稳定后的湿陷变形24 cm。这些数据充分表明，场地上部新近堆积黄土层承载力低，湿陷变形大，不适宜直接作为建筑物的地基。各级荷载下的沉降量见表1。
3.2 强夯地基的变形特征
强夯地基大型载荷浸水试验场地的计算分级湿陷量38.4 cm，自重湿陷量11.3 cm，与天然地基载荷浸水试验场基本一致。
先在试验场地开挖20 m×20 m的浸水试坑，然后在试坑内北半部100 m2的面积上强夯，夯击能级1 000 k J。地基土在200 k Pa压力作用下，压缩变形2.3 cm，变形模量13 800 k Pa。P—S曲线为一条直线，地基强度可达200 k Pa。停水稳定后的湿陷变形0.8 cm，各级荷载下的沉降量见表2。
从测量沉降结果可以看出，地基土的压缩变形和湿陷变形主要发生在B(B为压板宽度)深度范围内，其压缩层的深度为5 m，相当于2.5B。
试验结果表明，强夯地基的密实性提高，渗透性减少，压缩性降低，湿陷性消除，承载力和变形模量增加，强夯效果显著。
4 自重湿陷量实测值与计算值的比较
为了比较自重湿陷变形室内外试验结果的异同，深入了解湿陷黄土的工程特性，进行了系统的大型试坑浸水试验和相应的大量室内试验，可以得出如下的结论:
1)现场试坑浸水试验的实测自重湿陷量均小于室内试验的计算自重湿陷量，且差异较大。
2)实测自重湿陷量和计算自重湿陷量的比值(K)，变化在0～0.55范围内，平均为0.22，最大值为0.30。这说明湿陷性黄土规范GBJ 50025-2004中规定的修正系数β0(山西地区β0=0.5)基本与规范吻合。
3)不论现场试坑浸水实测自重湿陷量，还是室内试验计算的自重湿陷量，都表明生活区有自重湿陷场地，但分布不连续，零星地出现非自重湿陷场地之间，具有轻微自重湿陷性。
4)室内试验条件和现场实际情况不完全相同，土质状况各地区也不一样，这就导致了实测自重湿陷量和计算自重湿陷量的差异，这种差异在各地区又有不同的特点。
5 结语
1)生活区及厂前区建筑场地，多属于Ⅱ级～Ⅲ级自重湿陷场地，湿陷敏感性低，湿陷速度慢，分布不连续，零星地出现在非自重湿陷性场地中，多属于非自重湿陷场地。
强夯法处理湿陷性黄土地基 篇7
关键词：强夯,湿陷性,黄土路基
湿陷性黄土是由于黄土颗粒表面含有可溶盐, 同时其结构具有肉眼可见的近乎铅直的小管孔、在雨水及地表水的侵蚀下可溶盐溶解, 从而使小土颗粒向大孔隙中滑移, 导致地面沉陷, 具有这种性质的土称为湿陷性黄土;其类型分为自重湿陷湿陷性黄土和非自重湿陷湿陷性黄土。处于湿陷性黄土路段的路基, 根据填土高度及黄土湿陷等级, 需要对黄土地基处理一定深度。对于普通路基, 当基底为Ⅰ级非自重湿陷性黄土地段, 地基清表后采用冲击碾碾压, 基底为Ⅱ级非自重湿陷性黄土地段, 且基底黄土层厚度大于2米时, 宜采用强夯的处理方式, 来消除地基的湿陷性。强夯法是利用重力机械将重8-30t的夯锤起吊一定高度后, 突然释放, 重锤从高处自由下落对地基产生强大的冲击能, 对较厚的软土层进行强力夯实的地基处理方法。
1 强夯法处理湿陷性黄土路基步骤
1.1 路基强夯
首先要通过设置试验路段来获取有关的技术参数, 以某工程为例阐述试验段的施工方法, 某高速公路路基工程有部分位于湿陷性黄土路段, 为Ⅱ级非自重湿陷性黄土, 黄土厚度平均2.5米, 根据设计要求采用1000KN.m的夯机能对黄土地基进行强夯处理
1) 根据工程要求和现场的地质条件, 选择具有代表性的路段为试验段, 长度122米。试夯前, 取原状土样测定含水量、塑限液限、粒度成分等, 然后在试验室进行动力固结试验或现场进行施工试验, 以取得有关数据。
2) 根据设计要消除2.5m内黄土的湿陷性, 综合考虑地基土的性质、有效加固深度、起重机的起重能力和起吊高度等因素, 初步确定相应的施工参数:单点夯击能锤重155.53KN, 落距7.1m;最佳夯击能1104KNm;点夯遍数8遍, 满夯2遍, 试夯中要做好现场测试和记录。
3) 夯击点按正方形布置, 第一遍的夯点间距大一些, 使深层土得到加固, 然后中间补插夯点, 夯点间距4m。
4) 机械设备配置。根据工程的实际情况, 投入1台16T履带式起重机、PC300挖掘机、推土机、压路机各一台、夯锤锤底面呈圆形, 直径为2.5m, 底面积为4.1m2, 挖掘机主要用于施工过程中的喂料和备料, 推土机用于场地平整, 压路机用于部分路基的碾压。配备自卸车用于土方的运输。
5) 试验结果。通过强夯试验段施工, 确定施工中基本测试项目包括夯点沉降、振动的影响范围和夯击次数。其施工工艺、夯击遍数、设备配置以及质量控制、检测方法等都将用来指导和控制后续施工。并达到以下目的:
按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定夯点的夯击次数, 满足最后两击的平均夯沉量不大于50mm。满夯过后夯沉量小于等于0.54m, 试验数据均满足此技术要求。
根据现场土质条件, 对试夯场地进行测试, 并与夯前测试数据进行对比, 检验强夯效果, 确定工程采用的各项强夯参数。
2.2 施工前准备工作
强夯段开工前, 由测量组工作人员校核导线点, 水准点, 复测无误后, 对路基地界桩, 坡脚, 中线进行准确放样, 用白灰线与木桩标出各部位的轮廓线, 并对原地面标高进行复测, 一般路基强夯范围为用地界。
2.3 施工方法
1) 首先清理并平整场地。
2) 起重机就位, 使夯锤对准夯点位置, 测量夯前锤顶高程。强夯处理采用的是带自动脱钩落锤装置的16T的履带式起重机一台, 锤重为17.3T重, 其底面形状呈直径2.5米圆形, 当单点夯击夯锤落距为5.90m, 单击能量为1000KN。夯点正方形布置, 夯点间距4m, 间隔跳夯。
3) 将锤起吊到预定高度, 开启脱钩装置, 待夯锤脱钩自由下落后, 放下吊钩, 若发现因坑底倾斜面造成夯锤歪斜时, 应及时将坑底整平。单点夯击数按现场试夯得到的夯击次数和夯测量关系曲线确定, 且同时满足以下条件:a.最后两击的夯沉量不大于50mm;b.夯坑周围地面不应发生过大的隆起。
4) 单点夯击达到条件后, 换夯点进行夯击。点夯以后以1000KN m夯击能满夯, 夯印彼此重叠搭接, 满夯2遍, 完成第一遍全部夯点的夯击后, 用推土机将夯坑推平, 并测量场地高程。
5) 采用二遍夯击。两遍夯击之间安排一定的时间间隔, 以利于土中超静孔隙水压力的消散。第二遍夯点位于第一遍夯点之间, 最后推土机整平, 采用振动压路机碾压全场地。
6) 强夯施工过程中应有专人负责下列监测工作:开夯前应检查夯锤重和落距, 以确保单击夯击能量符合设计要求;在每遍夯击前, 应对夯点放线进行复核, 夯完后检查夯坑位置, 发现偏差和漏夯应及时纠正;按设计要求检查每个夯点的夯击次数和夯沉量。
7) 测量夯后场地高程。
3 质量检验
检查强夯施工过程中的各项测试数据和施工记录, 不符合设计要求及时补夯和采取其它有效措施。
强夯施工结束后应间隔一定时间方能对地基质量进行检验。
质量检验的数量, 施工时满夯后, 以100m2不少于1点的频率检验沉降值。
4 注意事项
1) 夯距不易过小, 否则相邻夯击点的加固效应将在浅处叠加而形成硬层影响夯击能向深处传递, 对于粘性土, 如果夯距太近会使产生的裂隙又重新闭合, 孔隙水难以逸出, 达不到加固效果。2) 落夯一定要平稳, 夯位准确, 若错位或坑底倾斜, 要将坑底整平, 再重新夯实。3) 最后满拍夯时, 夯痕应搭接1/2~1/3, 以保证施工质量。4) 强夯时一定要采用防振、隔振措施。为了防止飞石伤人, 现场工作人员应戴安全帽, 另外在夯击时所有人员应退到安全线外。5) 为防止起重臂在较大仰角下突然释重而可能发生后倾, 可在履带起重机的臂杆部设置辅助门架或其他安全措施, 防止落锤机架倾覆。6) 湿陷性黄土路段特别注意路基排水, 对地表水采取拦截、分散、防冲、防渗、远接远送的原则, 根据设计及时做好综合排水设施, 降水迅速引离路基, 防止地表水下渗, 减少地基下沉。
5 结语
用强夯法对湿陷性黄土路基进行处理, 不仅加固效果显著, 强夯变形沉降小, 加固影响深度大, 而且强夯后的路基不均匀沉降小。它的优点是施工工艺简单, 易于掌握操作规程, 效率高、工期短、施工费用低, 对湿陷性黄土湿陷性消除的深度较大。缺点是振动和噪音较大。
参考文献