高回填土

2024-05-14

高回填土（精选8篇）

高回填土篇1

高速公路路堤下涵洞属上埋式结构物,在施工中按照分层回填压实的方法进行填筑,但是在众多关于涵洞结构受力分析的论文中,不管是理论分析还是有限元数值分析,都采用的是整体计算,这与实际情况有很大的差别。如果是整体结构,按照叠加原理,下层的载荷会引起上层结构的位移和应力,但分层回填时,本层土体的重力只对下层土体产生影响,不会对上层土体产生应力和位移。显然两者的结果是不同的,只有正确地模拟分层回填的过程才能得到正确的土压力[1,2,3]。

大型通用有限元分析软件ANSYS,具有独特的生死单元功能,可以很方便地模拟涵洞土体的分层回填过程。在模拟涵洞分层回填时,首先建立涵洞和土体的整体模型,开始求解前将所有工体单元全部“杀死”,然后按照回填的过程,从下到上地逐层激活各层单元,分层求解[4,5,6]。

1 计算模型与参数

卵形拱涵具有良好的抗压性,特别适合应用在高填方下承受巨大的土压力,而且涵洞结构简单,施工方便,能达到节省材料、加快施工速度、降低工程造价的目的。现结合江西省某高速公路建造的卵形拱涵建立计算模型,并以箱形涵作为对比分析。在高速公路中,涵洞的长度远大于洞身断面尺寸,可以采用平面应变单元。卵形涵洞净宽4 m、矢高4 m,拱圈厚度50 cm,箱形涵洞断面形状取相同的净宽和矢高,填土高度均为13.6 m。土体的本构关系取理想弹塑性Drucker-Prager模型,涵洞为线弹性模型。为了消除人工边界造成的误差,单侧边的土体区域取为拱涵净跨的6倍,设地基为刚性体,为了减少计算时间,回填层每1 m为1层。

计算模型的参数如下:填土容重γ为18 kN/m3,泊松比为0.271,弹性模量为15.0 MPa,摩擦角为35°,粘聚力为35 kPa。混凝土弹性模量为28.0 GPa,泊松比0.167,容重24 kN/m3。

2 数值模拟结果分析

图1和图2分别为卵形拱涵和箱形涵的位移场云图,从2图中可以得到土体变形的大致规律和特点,在涵顶处土体的沉降变形小于涵洞两侧的土体的沉降变形。图3和图4分别为卵形拱涵和箱形涵的垂直土压力云图,在洞身上方的土体内垂直土压力有明显的应力集中现象,但在距离涵顶1个洞身高度处,土压力基本上趋于均匀。

计算涵顶上方0.1 m处的土压力与土柱压力q=γH的比值,在填土高度H=13.6 m时,其比值在涵洞宽度内的变化规律如图5所示,在洞身宽度内土压力分布很不均匀,而且两种涵洞的分布是不同的,卵形拱涵在中间一半区域内大于1 m,但两边小于1 m,箱形涵是两边大中间小,其值均大于1 m。取距涵洞顶部高度0.1 m处洞身宽度内的平均土压力与土柱压力q=γH的比值为平均土压力集中系数K,平均土压力集中系数K随填土高度变化规律如图6所示,从图6中可以看到涵洞顶部垂直土压力系数随填土高度的增大均呈现出开始逐渐增大,而后又逐渐向平稳过渡,最终将稳定于某一值的变化规律。箱形涵的平均土压力集中系数比卵形拱涵的平均土压力集中系数大13%左右。

3 分层模拟与整体计算结果的比较

为了分析分层模拟回填与整体计算结果的差别,现将卵形拱涵按整体计算进行有限元分析,得到的位移场云图和垂直土压力云图如图7和图8所示,比较图1分层模拟回填和图7整体计算2种不同计算的位移场云图,分层模拟的最大竖向位移为75 mm,发生在填土高度1/2处,整体计算的最大竖向位移为128 mm,发生在回填土体最上层的表面,显然第2种情况与土体的实际位移是不相符的,因此,必然带来土压力的计算误差,比较图3分层模拟回填和图8整体计算两种不同计算的土压力云图,可以看出,洞顶上方整体计算的垂直土压力大于分层模拟计算的结果。图9是2种不同计算得到的平均土压力集中系数K值随填土高度变化的曲线,两者的最大误差达20%左右。

4 涵洞应力现场测试

结合实际建造的卵形拱涵进行涵洞应力现场测试,在拱圈的拱顶和拱脚的内缘与外缘处,埋设内置式混凝土钢弦应变计,将测得的应变换算成应力后,填土高度为5、10、13.6 m时实测的应力值和计算得到的应力值列于表1。从表1中可以看出,分层计算的结果与实测值的误差小于整体计算的误差,分层计算更接近实测值。

5 结语

高填方下涵洞与土体是一个相互作用的共同体,不同形状涵洞的土压力分布和大小是不相同的,卵形拱涵的土压力集中系数小于箱形涵的土压力集中系数,因此正确的土压力分析必须考虑涵洞与土体的共同作用的影响。

高填方下涵洞以分层回填压实的方法进行填筑,按整体计算的土压力与分层模拟得到的结果有很大的差别,分层模拟的结果更符合工程实际。

参考文献

[1]杨锡武.山区公路高填方涵洞土压力计算理论研究综述[J].重庆交通学院学报.2005,24(4):55-60

[2]顾安全.涵洞及洞室垂直土压力研究[J].岩土工程学报,1981,3(1):3-5

[3]娄奕红,王秉勇.涵洞顶填土压力的计算分析[J].岩土力学,2003,24(3):475-478

[4]王国强.实用工程数值模拟技术及其在ANSYS上的实践[M].西安:西北工业大学出版社,1999

[5]孙乃波,陈胜宏.生死单元在拱坝施工仿真分析中的应用[J].水电能源科学,2004,22(3):65-67

[6]杨丽,王新敏,李义强.施工过程分析在ANSYS中的实现[J].国防交通工程与技术,2006(3):64-66

高回填土篇2

为了加强对回填土的质量控制，使得土方回填能按照规范施工。特编制本方案。我们计划从以下方面着手。

一、专人负责

项目部对回填土工作安排专人负责。

程思庆（现场负责）

*** 李龙（现场负责）

*** 魏凡凡（试验负责）

*** 以上人员具体负责回填土工作，人手不够时，项目部其它人员均需配合。回填土甲方分包单位刘龙龙（综全办）

*** 回填前期准备

1、在回填土施工前，对需要回填的区域，进行彻底的清理。将回填区域内的建筑垃圾、施工遗留材料等全部清理干净。如回填区域内有积水，需将积水清理干净后方可开始回填。

2、弹好控制线，在墙、柱上均弹建筑1米线，做为回填时对回填土标高控制的依据。

3、做好技术交底，由技术负责人对现场管理人员和班组管理人员，以书面形式做好技术交底。交底内容包括，回填前场地的清理情况、回填土质的要求、回填虚铺厚度、打夯的要求等等。并负责解答现场人员的其它技术疑问。

4、做好回填所用机械、工具、防护措施、现场照明等的准备工作。

三、回填土过程控制

1、图纸要求

根据甲方2013年3月2日所发的变更单，主楼室内回填土面层做15公分厚的3：7灰土，底层为素土回填。依据图纸的要求，车库回填土均为素土回填。因为我项目部，主楼回填已于去年结束。所以本方案只考虑车库回填，即素土回填。

2、素土回填工艺流程：

基坑底清理→检验土质→分层铺土、耙平→夯打密实→找平验收基坑底清理

填土前应将基坑底的垃圾杂物等清理干净，由现场负责人专项检查。检验土质

①、回填土采用素土，土要过筛，土粒不得大于50mm，回填时不得有大的土块，设专人进行挑拣。

②、回填前应检验土的含水率，检验方法，紧握成团，落地开花。回填土的含水量偏低，采用预先洒水润湿等措施。分层铺土、耙平

回填土应分层铺摊。每层虚铺铺厚度为200～250mm，每层铺摊后，随之耙平。

4）回填土每层至少夯打三遍。打夯应一夯压半夯，夯夯相连，行行相连，纵横交叉。并且严禁用水浇使土下沉的所谓“水夯”法。

5）回填时首先回填承台四周，填至地梁基坑底标高后，再与地梁基坑一起填夯。

6）由于本工程基坑面积较大，可按加强带划分流水段分段填夯，交接处填成阶梯形放坡，如图-1所示，逐层留踏步槎，回填土不得进入后浇带。

图-1回填土台阶状放坡示意图

7）对于靠近基础的边缘地带，不能用蛙式打夯机时，可采用气夯并配合木夯来夯实。8）回填土每层填实后，应按规范规定进行环刀取样，测出干土的质量密度，达到要求后，再进行上一层的铺土。

9）车库回填土厚度：回填至建筑完成面以下160mm。

四、严格按照质量标准：

1、保证项目：

1）基底处理，必须将基底杂物全部清出。

2）回填的土料、石灰必须符合设计要求或施工规范的规定。

3）回填土必须按规定分层夯压密实。取样测定夯压密实后土的干土质量密度，其合格率不应小于90％；不合格干土质量密度的最低值与设计值的差不应大于0.08g／cm３，且不应集中，环刀法取样的方法及数量应符合规定。4)施工时不得刮蹭防水材料，影响防水功能

2、允许偏差项目，见表-1 回土工程允许偏差表-1 项目

允许偏差（mm）

本工程

允许偏差（mm）

检验方法

表面平整度 15

用2m靠尺和楔形塞尺检查

标高

±10（mm）

±7（mm）

水准仪检查

五、加强成品保护：

1、施工时，应注意保护已经成型的砼墙、柱、梁、板等构件

2、夜间施工时，应合理安排施工顺序，设有足够的照明设施，防止铺填超厚

3、基础的现浇混凝土应达到一定强度，不致因填土而受损坏时，方可回填。

六、应注意的质量问题：

1、未按要求测定土的干土质量密度：

回填土每层都应测定夯实后的干土质量密度，检验其密实度，素土压实系数达到0.94以上才能铺摊上层土。试验报告要注明土料种类、要求干土质量密度、试验日期、试验结论及试验人员签字。未达到设计要求部位应有处理方法和复验结果。

2、回填土下沉：

因虚铺土超过规定厚度或夯实不够遍数，甚至漏夯，坑底有机物或落土清理不干净等造成，这些问题均应在施工中认真执行规范规定，发现后及时纠正。

3、回填土夯压不密实，应在夯压前对干土适当洒水加以润湿；回填土太湿，同样夯压不密实，呈“橡皮土”现象，这时应挖出换土重填。

注：由于土方回填工程是甲方分包，望甲方和监理配合管理土方分包单位，确保质量达标。如土方单位不服从项目部管理，或不按图纸规范和技术交底施工，我单位将上报监理、甲方，停止土方回填工作。直到整改完成后，再予复工。温州东风建筑工程公司西安分公司汇林华城项目部 2013年3月21日

汇林华城F区3#、4#、5#楼回填土质量保证措施编制人：审核人：批准人：

高回填土篇3

中国电信云计算内蒙古信息园A1综合楼项目, 总建筑面积41 765 m2 (其中地上33 611 m2, 地下8 154 m2) , 南北两侧纯地下室, 东侧裙房。为控制沉降差, 沿主楼周边设置U形沉降后浇带一道 (见图1) 。

2工程现状

当前南北纯地下室顶板已经浇筑完毕 (见图2) ;东侧裙房已经结顶;主楼区域基础混凝土正在浇筑 (见图3) 。地下室外墙外侧尚未回填, 外墙外侧与基坑边缘间距约2.5 m (见图4) 。

3施工现场描述

为地下室外墙场地美观、便于施工等因素, 甲方、施工单位要求尽早回填。

4地下室外墙内力计算

1) 计算简图见图5。

2) 计算结果:每米外墙对顶板简支端水平力标准值:2.2+8.8+11.2=22.2 k N。每米外墙对底板固支端水平力标准值:3.7+14.6+44.9=63.2 k N。

5回填土时间分析

由于原地下室外墙计算设计时, 按上部简支, 下部固支计算, 土侧压力对外墙有水平作用通过顶板、底板水平传递。顶、底板需要有水平方向的可靠支撑 (平面内) , 或者建筑单体有足够的水平抗剪能力, 才能抵抗外墙对顶板的水平力。

下面按各区段, 不同支撑情况下区别分析:

1) 东侧裙房南北两侧外墙。东侧裙房已经施工完毕, 且南北外墙通过顶板互相支撑, 当前即可回填至设计标高。

2) 东侧裙房地上2层框架对应东侧外墙 (采用竖向构件抗震承载力换算原则判别) 。根据SATWE地震力输出, 地下1层X向地震剪力标准值6 657 k N;裙房区域外墙总长25.8 m, 对顶板总水平力设计值为:

承载力满足, 当前即可回填至设计标高。

3) 东侧裙房南北纯地下室对应东侧外墙+主楼南北纯地下室对应西侧外墙。外墙水平力方向有多个框架柱, 且有纯地下室南北两侧外墙作平面外支撑, 具有足够的侧向刚度, 当前即可回填至设计标高。

4) 主楼高层区域对应西侧外墙。主楼为框剪结构, 具有足够的侧向刚度, 但须等主楼地下室顶板浇筑并养护完毕且强度达标后回填。

5) 主楼高层区域南北两侧纯地下室对应南、北外墙。由于该区域当前仅有1.5跨施工完, 见图2, 若当前回填, 外墙顶传递的侧向力由边跨中柱承担。

以单柱为计算对象, 单柱轴力设计值取2 300 k N, 外墙顶部水平力产生的弯矩设计值为:

剪力设计值为:

柱截面600×600, 混凝土强度等级C30, 经计算对应弯矩方向每侧需配筋12D22, 原配筋4D22, 柱抗弯强度不满足, 当前无法回填至-0.950标高。

根据结构配筋返算当前可回填高度如图6所示。

6) 以下计算当主楼顶板浇筑并养护完毕强度达标时若外墙回填, 沉降后浇带内的梁板钢筋是否可作为支撑传递顶板水平力, 选取其中1个主跨, 即8.4 m范围内进行计算。

a.判断地下室顶板钢筋。地下室顶板钢筋为顶φ14@150;底φ12@150, 沉降后浇带宽1 000 mm。对直径14 mm的圆钢:

b.判断框架梁钢筋 (钢筋水平, 轴心受压) 。框架梁钢筋为顶4φ25, 底11φ25, 沉降后浇带宽1 000 mm。对直径25 mm的圆钢:

长细比满足, 可以作为支撑。

钢结构规范附录C, a类截面查表:φ=0.203。

1根框架梁承担8.4 m长外墙荷载 (按恒载考虑分项系数) , 单根钢筋受到的轴压力:

钢结构规范5.1.2:

满足。

c.由于沉降后浇带两侧施工期间可能因施工误差或沉降差导致主梁钢筋不水平, 因此须考虑钢筋偏心产生的弯矩, 见图7 (设偏心为s, 钢筋按压弯构件) 。

单根钢筋弯矩:

钢结构规范5.2.2:

考虑钢筋无横向荷载作用, 两端固接, 端弯矩M1=M2, 钢筋中部产生反弯点:

即理论计算, 后浇带两侧高差在13 mm范围内是安全的。

d.为保证受力模型得以实施, 对高差有如下建议:

第一外墙外侧土回填时应保证后浇带两侧高差在控制范围内, 此时主楼区域地下室顶板养护完毕时, 预计施工到地上2层~3层楼面。一般施工到地下室顶板时沉降后浇带两侧已找平, 则顶板以上新增1层~2层的主体结构产生的沉降很小 (地下室底板标高比开挖前天然地面标高低约4 m, 为超补偿状态) , 此时顶多为一部分回弹再压缩的变形量 (基底土的压缩模量增大2倍~3倍) 。根据施工图阶段的理论最终沉降计算值为62 mm, 估算主楼沉降在5 mm之内。为保证回填安全, 排除施工期间各种不利因素, 依旧建议对后浇带两侧高差按5 mm控制为宜。

第二外墙外侧土回填后, 由于主楼的继续施工加载, 沉降差会继续增大, 由于实际沉降的不确定性, 建议对后浇带两侧进行高差观测, 每天汇报设计, 由设计根据实际高差发展的趋势确定是否在后浇带主梁位置增加支撑及确定增加支撑的时间点。假定已有高差为s1 (mm) , 每天观测到的高差增加值为Δs (mm/d) , 施工单位加工及设置支撑需要的时间为t (d) , 控制公式为:

e.验算独立纯地下室结构的抗倾覆, 如图8所示 (以绕边跨中柱底为转轴的计算模型不利情况考虑) 。

取一个柱跨8.4 m计算, 土侧压力产生的弯矩为:

外墙对旋转轴的抵抗弯矩为:

外墙下条基对旋转轴的抵抗弯矩为:

抗倾覆满足。

f.底板抗滑移验算:

判断底板钢筋:

底板钢筋为顶双层双向φ22@200;底双层双向φ22@200, 对直径22的圆钢:

长细比满足, 可以作为支撑。

钢结构规范附录C, a类截面查表:φ=0.159。

1 m长底板对应1 m长外墙荷载 (按恒载考虑) 。

钢筋总数为, 单根钢筋承担的轴力:

钢结构规范5.1.2:

满足。

该值远小于地下室顶框架梁钢筋的受压稳定应力168, 即当框架梁不需要支撑时, 底板亦不需要支撑。

g.小结:上述a.~f.的计算过程中, 为方便计算忽略了部分构件的抗力和部分安全因素, 如:a.中判断地下室顶板是否可作为支撑时多而密的钢筋实际存在的支撑作用;b., c.中计算传至顶板框架梁轴力时地下室外墙和纯地下室边跨中柱的实际抗弯、抗剪作用;c.中计算沉降后浇带产生高差时框架梁钢筋拉长产生能部分抵消压应力的拉应力;d.中验算纯地下室结构抗倾覆时旋转轴可能因底板的刚度移向后浇带一侧 (有利方向) 及部分底板和框架梁自重产生的抗倾覆弯矩;e.中计算底板抗滑移时底板与土的摩擦力等, 上述因素都可作为安全储备。

7) 施工处理方案。

a.经过综合考虑及施工方便原则, 各区域回填示意图见图9。

b.实粗线段:当前即可回填。

c.虚粗线段:当前~主楼地下室顶板浇筑并养护完毕且强度达标前时间段内, 按图6回填;剩余部分待主楼地下室顶板浇筑并养护完毕且强度达标后回填;主楼南北两侧沉降后浇带两侧, 在灰色段外墙回填前观测一次高差, 高差不大于5 mm即可回填;在虚粗线段外墙回填后每天观测高差 (南北两侧后浇带各3处, 见图中三角形) 并将结果通知设计。

d.回填后, 沉降后浇带两侧地下室顶板悬挑区域下方支撑须能承受上部荷载。

e.汽车坡道与地下室交接区域 (图9中 (1) 处) 若坡道未施工并养护完, 当前回填土应向坡道两侧外墙向外侧退一定的放坡距离, 该距离应以回填土不影响进出坡道人员、设备安全为原则。坡道附近回填土宜待坡道施工并养护完毕后回填。

8) 结论。地下室外墙回填土的回填时机应由设计进行确认, 当施工期间地下室顶、底板因后浇带等因素尚未完全封闭, 应根据外墙顶和底不同的支撑方式进行复核以判断回填土是否可回填, 复核方法如下:

a.对多跨框架作为顶板支撑时, 可通过简化计算将框架柱抗震承载力换算成抗剪承载力判断;

b.对沉降后浇带离外墙较近, 当前至主楼地下室顶板浇筑并养护完毕且强度达标前时间段内, 通过外墙自身承载力判断;

c.对沉降后浇带离外墙较近, 主楼地下室顶板浇筑并养护完毕且强度达标后至沉降后浇带封闭并养护完毕前时间段内, 通过对地下室顶梁板钢筋按压弯构件进行复核计算并结合后浇带两侧的沉降差实时观测值判断。

通过对本项目施工期间的设计配合, 较好的满足了现场施工和管理的需要, 保证了工程的顺利进行。

摘要：为了解决基坑边坡开挖时自然放坡造成地下室外墙与基坑边坡顶形成的“鸿沟”影响上部结构施工安全、场地美观等问题, 提出了一种基于结构现状的计算方法, 通过基于结构现状的计算方法表明, 该方法能有效地确定外墙回填土的最早回填时间, 提供施工安全保障, 美化场地环境。

关键词：基坑,外墙,回填土,回填时间

参考文献

浅谈基坑地基回填土处理方法篇4

沈阳某基坑支护工程3-3剖面共设计9道锚索, 第7道、第8道及第9道锚索的设计标高分别为-21.00m, -23.00m, -25.00m, 第9道锚索未施工, 800mm厚筏板底标高为-19.50m, 垫层厚100mm。第7道及第8道锚索施工后需要进行地基处理的厚度为3.40m, 长度为74m, 宽度为7m。地基处理部位位于9#楼主体东边边裙房部位。

2 方案的确定

方案一:现场采用混凝土回填需要消耗C15混凝土1761.2m3, C15混凝土单价为285元、共需要施工成本为50.19万元。如采用方案一建设单位考虑成本太高。方案二:现场采用地基灰土换填处理, 但是由于抗拔桩施工完成不能采用机械开挖施工, 只能人工作业。如采用第二种方案建设单位考虑施工工期太长。

因此建设单位要求施工单位给出一个切实可行的施工方案, 施工单位在考虑施工成本、工期以及以前的施工经验的情况下, 给出第三种注浆处理的施工方案。

由于施工现场工期紧、任务重以及现场施工条件限制, 业主单位在考虑施工成本及施工工期的前提下对上诉三种施工方案进行对比分析, 最后决定采用第三种施工方案对地基进行注浆处理, 但注浆处理方案的施工效果无法有效控制, 业主单位要求在地基处理完成后进行地基承载力检测以确保地基承载力达到设计要求。

3 注浆施工方案

1) 注浆材料为水泥浆液, 水灰比为1:1, 浆液流量根据试注浆确定。2) 根据砂砾层以往的注浆经验, 浆液扩散半径R为1.5m。3) 注浆压力控制大小为0.2~0.4Mpa, 可根据现场试注浆结果调整压力。4) 注浆孔布置。为确保注浆的质量, 应首先对端头两钻孔进行注浆, 中间的钻孔采用跳孔注浆的方法迸行注浆。孔距2.5m, 排距为2.5m, 注浆孔等边三角形布置, 共布置3排孔, 每排30个孔, 共90个注浆孔。5) 浆液注入量估算。根据计算得出:单孔浆液注入量Q=3.14*R2*h*40%=10.3m3

4 施工措施

注浆技术概述:注浆技术是指利用气压、液压或电化学原理, 通过注浆管把具有填充性、流动性、胶凝性的一种或几种浆液材料, 按一定的配比注入地基土中, 浆液以充填、渗透和挤密等方式挤走土粒间的水分和空气, 使浆液与原来松散的土粒或裂隙胶结成一个整体, 从而提高原来土体的水理性能及物理力学性能。

注浆法改良和加固土体主要是通过化学胶结、离子交换、惰性填充三种作用。注浆加固地基的注浆类型按加固机理可分为充填注浆、渗透注浆、挤密注浆和劈裂注浆四种类型。根据不同的地层类型选用不同的注浆类型, 通常要达到一个较好的注浆加固效果需要采取两种或两种以上的注浆方法。

注浆加固地基采用的浆体材料通常分为粒状浆材和化学浆材。粒状浆材主要包括水泥浆、粘土水泥浆及水泥砂浆等;化学浆材常用的是水玻璃、水玻璃水泥浆、氢氧化钠等。浆体材料的选择应根据施工环境、加固目的、施工方法等因素综合确定。

4.1 工艺流程

水及水泥经搅拌后进入注浆泵, 注浆泵将浆液注入花管, 自上而下下行逐段钻孔注浆。

4.2 注浆花管制作

花管管径50mm, 花管长度3.3m, 花管孔眼直径10mm, 间距300mm, 孔眼梅花形布置。花管顶标高-18.85m, 打眼段长度为2.5m。

4.3 处理完成后地基承载力检测标准

地基承载力值达到设计要求的实测值800MP。

5 现场实际施工及施工效果

1) 现场采用人工砸入注浆钢管 (钢管管身间距300mm梅花钻孔孔眼直径100mm) , 砸入深度为3.4m。2) 施工前准备。对已经扎入回填层的注浆钢管顶口进行螺纹套口焊接, 以确保与注浆机形成封闭连接, 并在换填部位先进行底板混凝土垫层施工, 且在垫层上部放上混凝土块进行加压, 以确保注浆效果。3) 现场进行注浆。现场采用注浆机进行注浆, 注浆泵管与钢管连接紧密, 每根注浆管注浆压力达到0.35~0.4MP, 并且达到水泥浆在注浆管周边出现返浆现象为止。

注浆过程中的主要设计注浆参数有:注浆压力、水泥注入量、注浆速度等。此工程根据情况的不同制定了不同的过程控制标准。a.对于端头两个钻孔主要是以注浆的压力和注浆的速度两个指标来控制, 控制好最大注浆压力在0.4MPa, 控制注浆速度在10L/min左右, 在控制指标满足的情况下尽可能的加大水泥注入量;b.对于上水管线区域钻孔主要是控制注浆压力, 控制好最大注浆压力为1.0MPa。注浆压力过大将会导致管线上抬从而引起管线接头开裂漏水, 因此注浆压力需严格控制;c.于上述钻孔之外的其它钻孔主要是以注入水泥量来控制;d.在注浆施工过程中除采取上述过程控制措施外, 如果遇到地面冒浆现象时, 应立即停止注浆, 增大或减小水泥浆的浓度来达到上述过程控制标准。

6 注浆效果检测

注浆后第15日进行静力触探试验的方式进行检测注浆实际效果。试验点选择在两个注浆管中间注浆效果最不弱处进行, 现场选择30个试验点, 现场实测结果为实测平均值400MP, 距离注浆管600mm范围之内达到800MP满足设计标准, 设计承载力特征值为620MP, 地基检测单位根据《建筑地基基础设计规范》 (DB50007-2011) 计算得出现场实测值应为800MP。第一次检测结果表明第一次注浆效果未达到设计实测值标准 (注浆管中间部位效果最差, 距离注浆管600mm范围之内能够达到实测值标准) , 需要进行回填地基二次注浆处理。

7 第二次注浆处理

第二次注浆管位置选择为第一次注浆管中间部位进行下管, 并且采用跳孔注浆的方法迸行注浆, 处理回填土第一次注浆薄弱处。在二次注浆完成进行后第15天进当注入的水泥浆的强度达到设计值时, 对注浆部位的地基承载力进行实地检测, 实地检测数据平均值为810MP, 已达到设计承载力特征值620MP, 并且满足地基承载力实测值800MP的要求。

8 结束语

目前, 注浆理论和注浆加固质量的检测评价手段现阶段已经比较成熟。注浆技术从经济角度和技术角度在地基加固处理方面已得到广泛应用。

参考文献

[1]建筑地基基础工程施工质量验收. (GB50202-2013)

强夯加固回填土的分析及应用篇5

1 强夯时振冲作用的波动方程

当土体受到强夯的动力作用时,土体的应力-应变关系为[1]

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式中,σij为总应力;λ、G为拉梅系数;α为土颗粒压缩常数;εij为土颗粒的应变;μ为孔隙压力。

渗流连续方程为

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式中,U为土体颗粒的位移;M为孔隙流体的压缩常数。

土体运动方程为

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式中,ρ为饱和土体的密度。

流体运动方程为

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式中,m=aμ/n, a是变形常数, n是孔隙率,κp为渗透系数。

由此可以建立饱和土体中的波动方程

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式中,ᐁ2为拉普拉斯算子。

从上述推导的饱和土的波动方程可知强夯作用产生的体波对振冲点周围的土体起到密实作用。强夯作用时,震动作用使得土层发生振动,往复的振动使得砂土、粉砂土下部被振实压密而向上排水,排至上部的水由于砂土层上面的硬壳层隔水压力,随着这种往复运动,砂土层下部不断被压密向上排水,上部超静孔压就会不断增加,当超静孔压超过上覆土重时,砂土层上部就会膨胀而顶起上覆土层,土体内的孔隙水压因此呈波动上升。

2 强夯法有效加固深度的影响因素

有效加固深度是指满足地基基础的强度和变形条件时的加固深度。Menard曾提出用下列公式估算有效加固深度[2]

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式(1)中,H为有效加固深度,m;W为夯锤重,kN;h为落距,m。

近年来,国内外学者相继建议对Menard公式进行修正,即

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式中,α为修正系数,一般粘性土修正系数取0.5,砂性土取0.7,黄土取0.35~0.5。

实际上影响强夯有效加固深度的因素很多,除了锤重和落距(即夯击能)外,还有地基土的性质、不同土层的厚度和埋藏顺序、地下水位以及其它强夯的设计参数等都与有效加固深度有着密切的关系。

国内研究者根据量纲一致原则,对Menard公式进行修正后的有效加固深度表示为

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式中,As为夯锤底面积;γd为土体平均干容重;ω为土体平均含水量。

可以用集中质量法在一定程度上对强夯特性进行理论分析[3]。夯锤的振动特性可以用图1表示,离地面高度为h的质量块m,以零初始速度向下做自由落体运动,在地面和地基半空间碰撞,然后做自由振动。根据半空间理论及比拟法,等效集总体系的弹簧系数和阻尼系数分别为

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式中,r为质量块的半径;G、ρ、ν分别为半空间的剪切模量、质量密度和泊松比。

自由振动的运动方程为

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自由振动的初速度按自由落体理论为

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在上述初值条件下,二阶微分方程的解为

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式中,A为最大振幅;fn为无阻尼固有频率;fd为有阻尼固有频率;ξ为阻尼系数,它们分别为

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其中fn和fd相差很小,因此可以近似认为fd=fn,则有

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分析式(11)、式(12)可得:

1) 在夯锤质量一定的情况下,锤的半径越大,其下土体波动的频率越高,相应的有效加固深度就越浅。

2) 在夯锤底面半径一定的情况下,锤的质量越大,其下土体波动的频率越低,相应的有效加固深度就越深。

3) 在相同的夯击能作用下,锤的半径越大,其下土体的位移振幅越小,有效加固深度也就越浅;锤底半径相同的情况下,夯击能越大,其下土体的位移振幅越大,有效加固深度也就越深。

4) 在其它参数确定的情况下,土体的剪切模量越小,有效加固深度越深;泊松比越小,有效加固深度越深。

3 工程应用

深圳市第三人民医院东临李朗路,南临规划路,北临水官高速公路,西临寮坑水库。场地原始地貌单元为低丘陵坡地、谷地。根据地质资料揭露,本场地自上而下土层为层素填土、层粉质粘土、有机质粘性土、含砾粘性土、⑤粉质粘土、⑥强风化粉砂岩、⑦中风化粉砂岩、⑧微风化粉砂岩。场地内地下水主要分布在层素填土中的下部,为微弱透水地面。场地相对较为复杂,场地内人工填土厚度为0.5~25 m,一般为10~15 m,故对填土较厚处采用强夯法对其进行加固处理以避免拟建建筑物发生沉降。

初设计时,根据地质情况及现行规范初定强夯参数做为试夯的依据,具体设计程序详见图2。

按Menard修正公式及现行规范[4]初定强夯参数:单位夯击能、夯击点的布置及间距、单点夯击数及夯击遍数等,详见表1。

Menard修正公式对各单位夯击能的预估强夯有效加固深度如表2所示,修正系数取0.5。

由于进度部署等因素,此工程等不及试夯确定有效加固深度和强夯参数,施工方承诺:如果按设计院初定参数全面强夯施工后达不到设计要求,则无偿重新补夯。在这种情况下,设计院同意强夯施工。

最后,回填土经强夯处理后干密度增大,孔隙比减小,在加固范围内地层承载力提高。按土工试验指标及标贯原位试验综合分析,承载力特征值≥120 kPa,符合设计要求。证明了修正的Menard公式具有强大的生命力,对强夯施工很有指导意义。

4 结论

a.从上述推导的饱和土的波动方程可知强夯作用产生的体波对振冲点周围的土体起到密实作用,土体内的孔隙水压呈波动上升。强夯加固地基的施工工程是一个复杂的能量传递与转换过程,其加固机理十分复杂,对其认识还需要深入研究分析。

b.在夯锤质量一定的情况下,锤的半径越大,其下土体波动的频率越高,有效加固深度就越浅。在夯锤底面半径一定的情况下,锤的质量越大,其下土体波动的频率越低,相有效加固深度就越深。

c.在相同的夯击能作用下,锤的半径越大,其下土体的位移振幅越小,有效加固深度也就越浅;锤底半径相同的情况下,夯击能越大,其下土体的位移振幅越大,有效加固深度也就越深。

d.修正的Menard公式具有强大的生命力,如果修正系数取值比较准确,对于指导实际施工有很大的帮助。

e.强夯施工简单,成本低,加固效果好,只要执行强夯规程,合理制定参数,则可以把软弱地基转化为中等强度地基,把不均匀地基变为地基,大大改善了填土性质,使整个地层强度十分协调。

参考文献

[1]吴世明.土介质中的波[M].北京:科学出版社,1997.

[2]叶书麟,韩杰,叶观宝.地基处理与托换技术[M].第2版.北京:中国建筑工业出版社,1995.

[3]黄诚.强夯特性的非线性有限元分析及部分施工参数的优化设计[D].上海:同济大学学报,2002:25-37.

回填土的击实原理及施工要点篇6

关键词：回填土,击实,曲线,因素

1 击实机理

进行换土夯实或压实地基处理时, 有必要研究在击 (压) 实功的作用下土的密度变化的特性。研究击实试验的目的在于:如何用最小的击实功把土击实到所要求的密度。

室内击实试验方法大致过程是:把某一含水量的试样分三层放入击实筒内, 每放一层用击实锤打击至一定击数, 对每一层土所做的击实功为锤体重量、锤体落距和击打次数三者的乘积, 将土层分层击实至满筒后, 测定击实后土的含水量w和湿密度ρ, 算出干密度。用同样的方法将五个以上的不同含水量的土样击实, 每一土样均可得到击实后的含水量w与ρd干密度。以含水量w为横坐标, 干密度ρd为纵坐标, 连接各点绘出的曲线即为能反映土体击实特性的曲线, 称为击实曲线。

1.1 细粒土的击实曲线

1.1.1 细粒土的实际击实曲线

细粒土是以粉粒及粘粒为主的土, 主要指粘性土。图1是粘性土的击实曲线, 从图1可知, 土的ρd随含水量的变化而变化, 并在击实曲线上出现一个峰值, 这个峰值就是最大干密度, 用ρdmax表示;峰值对应的含水量就是最优含水量, 用wop表示。

当土中所含粘土矿物越多、颗粒越细时最优含水量越大。

实践证明, 对过湿的土进行夯实或碾压会出现软弹现象 (俗称橡皮土) , 此时土的密度是不会增大的;对很干的土进行夯实或碾压, 也不能将土充分压实。所以, 要使土的压实效果最好, 含水量一定要适宜。

1.1.2 细粒土的理论击实曲线

从理论上讲土中的气从孔隙中全部排走, 孔隙中只有水, 变为完全的饱和土, 即饱和度Sr=100%时, 这样的土最密实。在不同含水量的条件下, 将土中孔隙气全部排走后, 绘出干密度与含水量的关系曲线称为最大压实曲线或饱和曲线或理论压实曲线 (见图1) 。

从饱和曲线图可以看出, 当w≤wop时, 实际孔隙中的气不容易排走, 实际压缩曲线干密度小, 并且理论压实曲线与实际压实曲线两根曲线随着含水量降低, 差距越来越大, 当w=0%, ρd=ds (固体颗粒密度) 时, 很显然是不可能的, 与实际不符, 松散土是不可能达到这个密度的;但w>wop时, 孔隙中的气不多了, 两根曲线相近, 并且大体平行, 与实际压缩曲线差距缩小。

1.2 粗粒土的击实曲线

粗粒土主要指砂土和碎石土。如图2所示为中砂和粗砂的压缩曲线, 其特点为:

1) 击实过程中可自由排水, 不存在最优含水量。

2) 在压实前完全干燥或充分洒水后, 土粒间无毛细压力挤压形成毛细粘聚力 (假粘聚力) , 容易重新排列靠拢, 干砂容易振密, 饱和砂毛细压力消失, 在振动压力作用下, 击实效果也良好, 所以干砂或饱和砂容易压实到较大干密度, 因此施工时要压实砂粒, 要要么风干, 要么充分洒水。

3) 潮湿状态下, 由于存在毛细压力, 存在假粘聚力, 加大了击实的阻力, 击实效果不好, 干密度明显降低, 研究表明, 粗砂w=4%~5%, 中砂w=7%时, 干密度最低。

4) 压实标准:用土的相对密度Dr控制, 试验结果表明对于饱和的粗砂:Dr>0.7~0.85, 土的强度明显增强, 变形明显减小。

2 影响压实的因素

2.1 土的含水量

细粒土的含水率是影响填土压实性的主要因素之一。当含水量较小时, 土中水主要是强结合水, 土粒周围的水膜很薄, 颗粒间具有很大的分子引力, 阻止颗粒移动, 受到外力作用时不易改变原来位置, 因此压实就比较困难;当含水量适当增大时, 土中结合水膜变厚, 土粒间的连接力减弱而使土粒易于移动, 压实效果就变好;但当含水量继续增大时, 土中水膜变厚, 以致土中出现了自由水, 击实时由于土样受力时间较短, 孔隙中过多的水分不易立即排出, 势必阻止土粒的靠拢, 所以击实效果反而下降。

前面已知粗粒土压实效果与含水量有关, 但不存在最佳含水量, 干燥和完全洒水压实效果最好。

2.2 击实功 (能)

对于同一种土料, 若击实功不同, 其最优含水率与最大干密度并不相同 (见图3) 。随着击实功增加, 击实曲线形状不变, 但位置向左方上移, 即ρdmax增大, wop减少。图3中曲线还表明, 当土偏干时, 增加击实功对提高干密度影响较大;当偏湿时, 含水率与干密度的关系曲线趋近于饱和曲线, 这时提高击实功是无效的。击实功小, 所能达到的最大干密度也小, 则最优含水率大;反之, 击实功大, 所能达到的最大干密度也大, 而最优含水率变小。

2.3 土的类型和土的颗粒级配

对于粘性土, 在相同击实功下, 粘性土的粘粒含量愈大, 塑性指数愈大, 颗粒愈细, 击实愈困难, 最大干密度愈小, 最优含水率愈大。其原因是随着土中粘粒的增大, 土中水为结合水, 在瞬间动荷载的作用下, 不易排水, 因而不易击实;随着颗粒的增大, 土的塑性低, 土颗粒间的水膜联结较微弱, 容易击实。因此在筑坝工程中, 填料一般选用粉土、塑性粘土。

对于砂、砾石等无粘性土的击实性能与粘性土大不一样, 其击实曲线前面已提及。工程实践证明, 对于无粘性土的压实, 应该有一定静荷载与动荷载联合作用, 才能达到较好的压实度。所以, 对于不同性质的无粘性土, 振动碾是最为理想的压实工具。

土的颗粒级配对土的击实性影响很大, 粗粒含量愈大, 级配良好的土, 其最大干密度愈大, 击实性愈好, 最优含水率愈小;级配不良的土, 击实效果愈差。

3 施工要点

3.1 回填料的准备

根据设计要求, 如工程回填料为三七灰土, 其中土宜优先利用基槽中挖出的优质土, 土内不得含有有机杂质, 粒径不应大于50 mm, 淤泥和淤泥质土不能用作填料。石灰为生石灰粉, 不得含有粒径大于5 mm的生石灰块, 也不得含有过多的水分;三七灰土是指体积比, 每1 m3的三七灰土中, 白灰 (生石灰粉) 掺量为246 kg。

3.2 机械设备及施工机具的配备

挖土机、压路机、推土机、自卸汽车、打夯机;手推车、筛子 (孔径6 mm~10 mm和16 mm~20 mm两种) 、标准斗、靠尺、耙子、平头铁锹、胶皮管等。

3.3 施工过程

基坑在填灰土前先请监理工程师验槽, 办完隐检手续。施工前, 作好水平高程的标志。土料种类和质量以及石灰材料的质量是否符合标准的要求;生石灰粉可直接使用;土料及石灰粉均应确保粒径的要求。

高回填土篇7

1 试验

1.1 试验材料

(1)粉煤灰:采用贵州省纳雍电厂生产的Ⅱ级干灰。0.25~0.075 mm细沙粒占5.3%,0.075~0.005 mm粉粒占70.2%,小于0.005 mm黏粒占23.5%。粉煤灰的主要化学成分见表1,物理性能见表2[1]。

GB 50007—2002《建筑地基基础设计规范》中粉土定义为:塑性指数不大于10,且粒径大于0.075 mm的颗粒含量不超过全重50%。该粉煤灰中粒径大于0.075 mm的颗粒含量为5.3%,且塑性指数为6.8,因此该粉煤灰归为粉土。其不均匀系数为8.9,曲率系数为1.04,在粒度分析上相当于级配良好的粉土。

(2)脱硫石膏:取自贵州省纳雍电厂,纯度大于95%,Cl-含量小于0.01%,其主要化学成分和颗粒组成见表3、表4[2]。

1.2 试验方案

试验主要依据GB/T 50123—1999《土工试验方法标准》、GB 50007—2002《建筑地基基础设计规范》和GB 50021—2001《岩土工程勘察范围》进行。

采用下列配合比方案进行试验:(a)粉煤灰;(b)粉煤灰+5%脱硫石膏;(c)粉煤灰+10%脱硫石膏;(d)粉煤灰+15%脱硫石膏。共制备212个试件,其中击实试验32件,直剪试验(固结快剪)试验80件,压缩试验100件。

2 试验结果与分析

2.1 击实试验

为得出脱硫石膏改性粉煤灰的最优含水率及最大干密度,以期获得最佳压实效果,本次试验采用重型击实试验,共32件(每种8件)试样。为了与工程实际自然环境相符,采用风干法制备回填土。

取一定量的代表性回填土,放置在露天环境下,使其自然丧失水分,并测定风干后回填土的含水量,然后将风干后的回填土放置于胶皮垫上碾散。根据预估最优含水量,按依次相差约2%的含水量制备1组试样(8个),其中3个大于最优含水量,3个小于最优含水量,2个接近最优含水量。将回填土平铺于不吸水的盛土盘内,按预定含水量用喷水设备往回填土上均匀喷洒所需加水量,将回填土拌匀并装入不透气塑料袋内静置24 h,以使水分充分混合均匀[3]。在试验过程中,每1层土料击实完毕后,要对土料表面进行刮毛后再添加下1层土料。最后1层土料要适量添加以减小余土高度造成的误差。最优含水率和最大干密度统计结果见表5。

由表5可以看出,随着脱硫石膏含量的不断增加,脱硫石膏改性粉煤灰的最大干密度和最优含水率也呈上升趋势。

2.2 直剪(固结快剪)试验

为了测试回填土的强度特性,检验回填土回填压实后的力学性能,对4种回填土进行直剪(固结快剪)试验。每种回填土采取20件试样,在标准条件下养护龄期为30 d,养护结束后即开始试验,粘聚力c和内摩擦角φ的统计结果见表6。

从表6可以看出,随着脱硫石膏含量的增加,回填土的粘聚力也逐渐增加,说明试样的强度越来越高。

2.3 压缩试验

为了检验回填料的变形特性,对4种回填土分别进行压缩试验,试验试样共100件(每种25件),在标准条件下养护龄期为30 d,养护结束后即开始压缩试验,压缩系数a1-2和压缩模量Es1-2统计结果见表7。

从表7可看出,压缩系数随脱硫石膏含量的增大明显降低;压缩模量则呈上升趋势,说明回填土的抗变形能力越来越强。

通过以上3种试验结果可以看出,粉煤灰经脱硫石膏改性后,在强度、抗渗透性、抗变形能力方面均有很大提高。

3 工程应用

3.1 工程概况

贵州省纳雍电厂电煤运输系统改造工程是贵州省2010年的重点建设项目,该工程采用管状皮带将煤炭直接从中岭煤矿运至纳雍电厂。此方法对于改变单一的汽车运输方式,提高煤炭运输的安全性和抗灾能力,降低运输成本,提高电厂的经济效益等具有重要意义。同时还可减轻当地公路的运输和通行压力,延长公路的使用寿命。

电煤运输系统全长7318 m,管带线路穿越的大部分地段覆盖层较薄,基岩外露较多,岩溶(尤其是浅表岩溶)特别发育,局部与地下裂痕具有一定的连通性。某些地段软土层很厚,工程性质很差,施工困难。储煤场处于河漫滩地区,淤泥较深,地基处理工程量大、造价高,土方填筑量将近40万m3,周围皆是山区,土源十分困难而且价格较高。另一方面,纳雍电厂每天要产出数千吨粉煤灰,还要花费较高的费用专门征地进行掩埋。因此,如果将这些粉煤灰用作基坑回填、边坡防护以及深厚软黏土地基处理中,将会有巨大的经济和社会效益。

为了取得较好的施工效果,该工程采用15%的脱硫石膏改性粉煤灰作为回填土。

3.2 实际应用效果检测

3.2.1 密实度检测

为了检验现场回填的压实效果,需要测定碾压后回填土的密实度,密实度按式(1)计算:

式中:Rc———回填土的密实度;

ρ0——现场实测回填土的干密度,g/cm3;

ρdmax——标准击实试验所得最大干密度,g/cm3。

现场选取8个不同的测试点,通过灌砂法测出回填土的实际干密度见表8。

由实测数据可以看出,现场测得的回填土干密度比实验室测得的最大干密度值要小,但已经比较接近,说明现场碾压质量较高。稍小的原因可能是回填土在拌制过程中含水率与最佳含水率稍有偏差、铺土厚度不均匀或机械行驶稍快等因素造成。

将8个不同测试点现场实测干密度均值ρ0=1.258 g/cm3和ρdmax=1.348 g/cm3代入式(1)中,计算得Rc=0.933,现场压实效果较好,满足工程需要。

3.2.2 CFG单桩复合地基承载力检测

外来煤受煤场区采用CFG桩处理软土地基,有效桩长11.0 m,桩直径0.50 m,呈正方形布置,桩距1.3 m,桩土面积置换率为11.6%,单桩设计承载力为200 k N,要求加固后的复合地基容许承载力fsp=300 k Pa。现场荷载试验方法检测直观,符合工程实际情况,精度较高,故采用此种方法进行回填地基承载力检测。本次检测依据GB 50007—2002《建筑地基基础设计规范》、JGJ 79—2002《建筑地基处理技术规范》和JGJ 94—2008《建筑桩基技术规范》进行。根据规定,静载荷试验所取桩数不应少于总数的1%,同时不应少于3根,因此本试验取6根桩基,待30 d养护龄期满后,进行复合地基静载荷测试。测试时将1.5 m×1.5 m刚性荷载板水平、居中安放在CFG桩上,板下用约3 cm厚中砂找平,安置高程与设计高程一致[4]。试验采用600 k N液压千斤顶加载,采用慢速维持荷载法,最大加载量为设计值的1.5倍,每级施加的荷载为最大加载量的1/10。每次加载后第1 h内按第5、15、30、60 min测读试桩沉降量,以后每隔0.5 h测读1次,当沉降速率达到相对稳定标准时,进行下一级加载。卸载时,每级荷载维持1 h,按第5、15、30、60 min测读,卸载至0时,测读稳定的残余沉降量。取1 h的沉降量不超过0.1 mm,并连续出现2次作为试桩稳定标准[5]。测试结果见表9。

由表9可看出,复合地基承载力实测值均大于设计值,说明CFG桩复合地基承载力满足工程要求。

试验完毕后经低应变动力检测,除3、5号桩局部稍有破损外,其余桩均保持完整。

4 结语

通过室内和现场试验研究表明,将脱硫石膏改性粉煤灰用作地基回填土是完全可行的。在纳雍电厂电煤运输系统改造工程中,脱硫石膏改性粉煤灰回填地基将近20万m3,在保证工程质量的同时又节约了大量成本,仅此一项即可节约资金近300万元,收到了良好的经济效益。本文的研究可为今后工程中“以灰代土”、推广应用脱硫石膏和粉煤灰提供一定的技术支持和借鉴意义。

参考文献

[1]郭新亮.燃煤电厂粉煤灰综合利用技术研究[D].西安:长安大学,2009:19-26.

[2]王方群.粉煤灰-脱硫石膏固结特性的实验研究[D].北京:华北电力大学,2003:7-16.

[3]宋晓晨.大连机场升降带回填土力学特性实验研究[D].大连:大连理工大学,2007:12-13.

[4]沈祥.CFG桩复合地基设计方法与工程实现的研究[D].武汉:武汉理工大学,2003:17-30.

高回填土篇8

某地对极低放废物准备采用浅地层填埋的方式进行处置, 其任务是研究处置该地极低放废物中的主要核素238U、90Sr、137Cs的地球化学屏障新技术, 地球化学屏障的技术指标是使238U、90Sr、137Cs的迁移分配系数 (Kd) 增大百倍以上, 或者使Kd值达到103以上[1]。

在当地水文地质条件下, U238、90Sr易于迁移, 且迁移规律迥异, 所以必须分层治理, 建立U、Sr双层人工屏障。而Cs+离子半径较大, 易于被粘土吸附固定, 所以经过双层人工屏障和天然屏障的作用, Cs+基本不会释放到外部环境中, 因而无需再建立专门的人工屏障[2]。

U、Sr双重人工屏障主要依靠回填土的吸附作用, 在此基础上, 选择适宜的添加剂增强对核素的吸附[3]。机理为:U人工屏障是以正电荷发育的黏性土作回填材料, 其有利于吸附以UO2 (CO3) 2-阴离子形式迁移的U, Sr人工屏障是以负电荷发育的黏性土做回填材料, 其有利于吸附以Sr2+形式迁移的Sr。此外利用Ca (OH) 2、软锰矿、人造沸石等添加剂来增强回填土对238U、90Sr、137Cs的固定[4]。

锶在自然界分布很广, 存在于一切生命体中。锶是人体必需的微量元素之一, 是人体骨骼和牙齿的正常组成成分。但是放射性锶 (如89锶、90锶) 会破坏环境、损害人体健康。另外, 又由于90Sr在生物圈中的活动性较大, 所以90Sr做为核爆炸或核反应事故放射性物质释放到外环境以后, 是对人类和动物构成远期危害的主要核素之一[5]。基于此, 我们将90Sr做为重要核素来进行研究, 主要研究90Sr在双重屏障中的迁移规律。

二、实验

本实验采用静态吸附实验。静态实验测定的是核素在固相和液相间的分配系数, 它只反映地质介质对核素的阻滞能力的总效果, 没有考虑地下水流速的影响。静态实验是测定土壤对核素Kd值的一个比较便捷的方法。

本文就是通过静态吸附实验来测定核素的Kd值, 进而来研究回填土中90Sr的迁移规律。实验过程如下所示:

第一步:粘土表面电荷的测定

第二步:大圆包及哨兵营附近土样对核素238U、90Sr的静态吸附实验

第三步:90Sr在双重屏障回填土中的静态吸附实验

选用第二步实验选出的U、Sr屏障回填土来做静态吸附实验。在此过程中我们通过改变回填土中添加剂的含量, 核素的初始浓度以及溶液的PH值来进一步研究90Sr在双重屏障回填土中的迁移规律。

三、双重屏障回填土中90Sr的迁移规律研究

(1) Sr屏障回填土中添加剂的含量对90Sr吸附比的影响

屏障添加剂的实验效果, 是根据90Sr在试样中的分配系数Kd值, 及其比空白样所增大的程度为指标, 来综合确定的。相关实验已确定人造沸石和天然粗沸石对90Sr的吸附效果良好, 在此基础上, 我们研究了添加剂用量对90Sr的吸附比的影响, 结果见图3-1和图3-2。

综合图3-1和3-2可知:在土样TY29中加入人造沸石后, 土样对90Sr的吸附比显著增大, 人造沸石的添加量仅为1%时, 土样对90Sr的吸附比就比空白土样时增大了3个数量级, 达到了105, 远超过了地球化学屏障的要求;在土样TY29中加天然沸石, 随着天然沸石添加量的增大, 土样对90Sr的吸附比明显增大。但是, 当天然沸石的添加量达到30%时, 土样对90Sr的吸附比才达到了103, 即达到了地球化学屏障的要求。

相比之下, 人造沸石只需添加1%, 土样对90Sr的吸附比就达到了105, 而天然沸石需要添加30%, 土样对Sr的吸附比才能达到103。这是因为人造沸石内部中孔结构较多, 微孔、中孔、大孔之间的匹配性好, 有大的比表面积, 从而具有较强的吸附能力。

综上所述, 从吸附固定效果良好, 经济可行的原则出发, 我们适宜选择1%的人造沸石作为Sr屏障回填土的添加剂。

(2) 初始浓度对90Sr的吸附比的影响

研究了双重屏障回填土中核素初始浓度对90Sr的吸附比的影响, 结果见图3-3。

从图3-3数据显示可知:不管核素的初始浓度如何变化, 在同一初始浓度下, 土样TY29对核素90Sr的吸附比总是高于土样TY28对核素90Sr的吸附比。

从以上的分析我们可以发现, 双重屏障对90Sr的吸附效果是随着核素的初始浓度的改变而改变的, 在不同的初始浓度下, 双重屏障对90Sr的吸附效果是不同的。因此, 在处理核废物时, 还应该考虑核素的初始浓度对土样吸附比的影响。

(3) PH值对90Sr吸附比的影响

溶液在一定温度、浓度和同一介质中, 平衡吸附比与溶液的p H的变化关系如图3-4所示。

从图3-4可以看出:不管溶液的酸碱度如何变化, 在相同的PH值下, 土样TY29对核素90Sr的吸附比总是高于土样TY28对核素90Sr的吸附比。

从图3-3和3-4我们可以看到, 在实验范围内, 在相同的实验条件下, 不管核素的初始浓度和溶液的PH值如何变化, 土样TY29对90Sr的吸附比都高于TY28对90Sr的吸附比。

综上所述, 我们在处理核废物时不仅要选择合适的屏障回填土, 还要考虑屏障添加剂的含量, 核素的初始浓度以及溶液的酸碱度对核素的迁移规律的影响。

参考文献