昆明集裝箱中心站軟土地基勘察及處理方法張顯明【摘要】通過(guò)對(duì)昆明集裝箱中心站站場(chǎng)范圍軟土地基勘察及處理方法的總結(jié)，闡述了該地區(qū)的軟土特性，探討了對(duì)沉降要求很高的全剛性基礎(chǔ)下軟土地基勘探點(diǎn)的布置原則、鉆進(jìn)、取樣、試驗(yàn)方法及軟土地基的處理措施.【期刊名稱】《鐵道勘察》【年(卷)，期】2006(032)004【總頁(yè)數(shù)】3頁(yè)(P51-52,72)【關(guān)鍵詞】軟土;勘察;處理;全剛性基礎(chǔ);沉降【作者】張顯明【作者單位】中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京,100020【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類】U2昆明鐵路集裝箱中心站為國(guó)內(nèi)在建的第一個(gè)鐵路集裝箱中心站，其設(shè)置地點(diǎn)在昆明鐵路樞紐內(nèi)南昆鐵路線上的昆明南站。該站地處昆明市呈貢縣王家營(yíng)地區(qū)，距昆明市20km，距呈貢縣7.5km，地理位置優(yōu)越，交通方便，附近有昆玉、安石等高速公路通過(guò)。站區(qū)地處昆明滇池?cái)嘞菖璧剡吘墸瑢俸榉e平原及殘丘區(qū)，地形略有起伏，低洼地帶均被墾為農(nóng)田及果林。經(jīng)勘察發(fā)現(xiàn)集裝箱堆放區(qū)范圍有軟土分布。集裝箱中心站要求地基為全剛性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)地面沉降要求很高(不得大于30mm)，徹底查清區(qū)內(nèi)軟土并提出有效的處理方法顯得尤為重要。1軟土特性1.1軟土一般特性軟土一般系指天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、透水性小、承載力低的軟塑狀態(tài)粉質(zhì)黏土和黏土，顏色為黑、灰黑、灰綠、青灰、灰白等，其中含有機(jī)質(zhì)、腐植質(zhì)，多具臭味。1.2集裝箱中心站內(nèi)軟土特性較高的含水量其天然含水量為28.2%-68.8%，且超過(guò)液限含水量，塑性指數(shù)Ip=17.9~35.9,液性指數(shù)IL=0.94~1.51,呈軟塑及流塑狀態(tài)，地下水埋藏淺，水量較豐富，水質(zhì)礦化度較高。土體顆粒粒徑小富含粉粒及黏粒，透水性很差，滲透系數(shù)很低，k值一般介于1.86-4.9x10-8m/d，甚至于不透水，因而地下水在土中長(zhǎng)期滯留，排泄困難。孔隙比大e=0.843-1.993，大于1或接近于1,土體中有較大的孔隙水壓力，呈海棉狀結(jié)構(gòu)，具高壓縮性。高壓縮性壓縮系數(shù)a0.1~0.2=0.52~1.45MPa-1，壓縮模量Es=1.44~2.8MPa，屬于高壓縮性土，在上部荷載作用下會(huì)產(chǎn)生大的壓縮沉降，而且這種沉降長(zhǎng)期難以消失。⑸抗剪強(qiáng)度低黏聚力C值一般為12.6-35.4kPa，內(nèi)摩擦角中=5~11.7°。軟土體抗剪切變形差，容易使鐵路路堤失穩(wěn)而產(chǎn)生滑移。(6)固結(jié)系數(shù)小Cu平均值為0.31-1.28x10-3cm/s，土體完成固結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，路堤穩(wěn)定要有一定的時(shí)間做保證。為使路基穩(wěn)定，施工時(shí)必須嚴(yán)加控制填土的厚度及加載的快慢，使土體沉降速率和側(cè)向變形速率均在允許范圍內(nèi)，以保證穩(wěn)定安全。靈敏度高St為2~8,土的原生結(jié)構(gòu)遭到破壞時(shí)觸變大。原位測(cè)試靜力觸探單橋Ps=200~700kPa。2勘察方法2.1勘察內(nèi)容勘察中著重查明場(chǎng)區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造、地層結(jié)構(gòu)(特別是硬殼層、軟土層和下臥層，以及土層中砂層、夾雜物的分布情況)、地貌特征和軟土分布范圍、成因類型、沉積年代、埋藏條件、物理力學(xué)性質(zhì)以及地下水的特性，同時(shí)查明周圍已有類似工程建筑物對(duì)地基強(qiáng)度和穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響，為本工程勘察提供參考。2.2勘探點(diǎn)取樣及試驗(yàn)綜合利用各種勘察方法，包括鉆孔、靜力觸探點(diǎn)、試坑，在縱向橫向間距10~50m左右布置1個(gè)勘探點(diǎn)。鉆進(jìn)工藝采用回轉(zhuǎn)或沖擊鉆進(jìn)，以全孔取樣為好，操作時(shí)應(yīng)快鉆慢提，防止真空引起孔壁收縮和塌孔。取樣以鉆孔試坑相結(jié)合的方法，宜用壓入法，鉆孔取土器宜采用薄壁長(zhǎng)口活塞式取土器，取樣間距一般為1~2m。試驗(yàn)方法除室內(nèi)試驗(yàn)外，原位測(cè)試方法有：靜力觸探和十字板剪切試驗(yàn)。靜力觸探可以獲得每層軟土的主要力學(xué)指標(biāo)和沿深度變化的力學(xué)剖面，測(cè)試應(yīng)在鉆探及挖試坑前進(jìn)行，以其結(jié)果確定鉆探的深度和取樣的位置。十字板試驗(yàn)在勘探孔內(nèi)可直接測(cè)定軟土天然抗剪強(qiáng)度隨深度分布的情況，是獲得穩(wěn)定計(jì)算參數(shù)的重要手段。一般在軟土厚度大于3m時(shí)做十字板剪切試驗(yàn)。本工程重點(diǎn)考慮計(jì)算沉降問(wèn)題，因此特別強(qiáng)調(diào)了取土的數(shù)量、質(zhì)量，并加強(qiáng)了土工試驗(yàn)中壓縮系數(shù)、彈性模量等項(xiàng)目的精確性操作，以便為后續(xù)設(shè)計(jì)提供最接近實(shí)際的地基設(shè)計(jì)參數(shù)。3軟土地基的評(píng)價(jià)軟土地基的評(píng)價(jià)，應(yīng)著重于軟土的變形和強(qiáng)度特征以及作為天然地基的可能性。當(dāng)采用人工地基時(shí)，還需提出地基處理或加固措施的建議。3.1軟土分布及結(jié)構(gòu)根據(jù)勘察資料，結(jié)合地形、地貌特點(diǎn)，闡明軟土分布及變化特點(diǎn)，分析軟土各結(jié)構(gòu)層，如硬殼層、排水層的厚度及其特性。3.2測(cè)試結(jié)果分析根據(jù)鉆探原始記錄和土樣描述，結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和原位測(cè)試資料，評(píng)價(jià)分析不同測(cè)試方法對(duì)各種參數(shù)的影響。3.3受力分析地基主要受力層中有薄砂夾層或砂土互層時(shí)，要根據(jù)其排水固結(jié)條件，判定其對(duì)地基的影響。當(dāng)?shù)鼗饕芰觾?nèi)有坡度大于10%的傾斜基巖面或其他軟硬地層接觸面時(shí)，要判定地基產(chǎn)生滑移和不均勻沉降的可能性。3.4容許承載力計(jì)算按抗剪強(qiáng)度指標(biāo)計(jì)算地基土的容許承載力時(shí)，要根據(jù)加荷速率與地基土的排水固結(jié)條件，合理選擇抗剪強(qiáng)度值。3.5水文地質(zhì)條件評(píng)價(jià)過(guò)量抽取地下水會(huì)引起承壓水頭的改變而導(dǎo)致局部或大面積的地面沉降。軟土地基的評(píng)價(jià)應(yīng)考慮上述因素和軟土地基承載力與變形因素相互之間的關(guān)系，進(jìn)行綜合比較。4軟土處理方法4.1一般的軟土處理方法換填措施或拋填片石一般厚1~3m的淺層軟土處理可采取此方法，適用于路基工程。堆載預(yù)壓法當(dāng)快速填筑路堤時(shí)，地基會(huì)發(fā)生剪切破壞，此種方法是在填筑路堤時(shí)分層分級(jí)施加荷載，從而控制加載速率，避免地基發(fā)生破壞，達(dá)到地基強(qiáng)度慢慢提高的效果。這種方法不需要特殊的施工機(jī)械和材料，但需要很長(zhǎng)的時(shí)間，在當(dāng)前尚難普遍推廣。當(dāng)工期緊、投資大，項(xiàng)目未批準(zhǔn)前不能征地，資金也無(wú)著落的情況下，無(wú)法采用此種方法。反壓護(hù)道法在路堤的兩側(cè)填筑一定高度和寬度的護(hù)道，以達(dá)到路堤穩(wěn)定的方法，起平衡抗滑的作用。此種方法有效且經(jīng)濟(jì)合理，不需控制填土的速度，能采用機(jī)械化快速完成路基填筑；但土方量大，占地多，更重要的是沉降期延長(zhǎng)，特別是后期的沉降量較大，對(duì)于鐵路竣工后路基的最終沉降控制不能滿足要求，故此法要因地制宜的采用。真空排水預(yù)壓法先在需要加固的軟基上設(shè)一定間距的砂井，然后鋪上砂墊層，再將不透氣的薄膜鋪設(shè)在砂墊層上，借助于埋設(shè)在砂墊層中的管道，通過(guò)射流泵，將膜下軟土層中的空氣和水抽出，使土體排水固結(jié)。此法缺點(diǎn)也是工期較長(zhǎng)，不適用于本工程。袋狀砂井處理法袋狀砂井的布置一般采用梅花形，砂井的間距為1.0-1.5m,深度視軟土埋置深度而定。一般不單獨(dú)使用，常與砂墊層、加載法、壓重法并用，對(duì)厚層軟土地基效果最好，地基中夾有砂層和泥炭質(zhì)土層時(shí)效果差一些。(6)石灰樁與粉噴樁石灰樁法是用生石灰在地基內(nèi)形成樁柱，靠生石灰的吸水作用使地基疏干，靠化合作用使地基凝固，從而減少沉降，提高地基強(qiáng)度，與此類似的方法有水泥樁、碎石樁等。粉噴樁是石灰樁的發(fā)展，此法在土中鉆進(jìn)時(shí)，利用壓縮空氣噴射生石灰粉或水泥干粉，與軟土強(qiáng)制攪拌。利用軟土中所含水分，使粉料與軟土產(chǎn)生物理、化學(xué)變化，以達(dá)到提高地基承載力，減少地基沉降量的目的。這種方法與灌注水泥漿液的深層攪拌法類似，但其原理不同，適用對(duì)象亦不同。對(duì)軟黏土而言，石灰較水泥效果好，但對(duì)礫砂層而言，用水泥形成強(qiáng)度較大的混凝土，明顯優(yōu)于石灰。因此水泥粉適用于含砂量較大的軟土中，而石灰粉適用于純軟土或含砂量低的的軟土。⑺其他方法主要有塑料板排水法、電滲法等軟土地基加固方法。4.2本工程選用的軟土處理方法綜合考慮該場(chǎng)地內(nèi)軟土的分布規(guī)模、厚度，以及軟土的各項(xiàng)土工化驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合以往南方地區(qū)處理軟土的實(shí)際成果和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，最終選擇了粉噴樁作為本工程的軟土地基處理方法。粉噴樁具有工期短、質(zhì)量可控性較強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。本地區(qū)的軟土具有較高的含水量，土體顆粒粒徑小，富含粉粒及黏粒，透水性很差，滲透系數(shù)很低，孔隙比大，土體中有較大的孔隙水壓力，呈海棉狀結(jié)構(gòu)，具高壓縮性，抗剪強(qiáng)度低，用粉噴樁處理此類軟土具有較強(qiáng)的針對(duì)性，比較適合本地區(qū)的軟土處理。同時(shí)選擇砂料作為填料可增強(qiáng)排水效果，減輕不均勻沉降。經(jīng)過(guò)多方面比較，采用粉噴樁作為本工程的軟土地基處理方法在技術(shù)層面上是有保證的。5沉降問(wèn)題軟土地基的沉降控制，是工程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，工后總沉降量一般包括瞬時(shí)沉降量、固結(jié)沉降量和次固結(jié)沉降量三部分。掌握沉降量的性質(zhì)，進(jìn)一步研究軟土的特性，對(duì)沉降控制將起到良好的作用。沉降量的計(jì)算一般采用e-p曲線計(jì)算，目的在于保證運(yùn)營(yíng)期間路基不產(chǎn)生不均勻沉降。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)沉降量加以控制，使之符合規(guī)范規(guī)定要求。6結(jié)論軟土是南方地區(qū)工程建設(shè)中經(jīng)常遇到的特殊土，我們應(yīng)該積極總結(jié)和吸取各工程中最成功和有效的軟土勘察和處理措施，注意從失敗的軟土勘察和處理事故中分析原因，吸取教訓(xùn)，更好地指導(dǎo)處理今后的類似工程問(wèn)題。昆明集裝箱中心站是國(guó)內(nèi)第一個(gè)開工建設(shè)的集裝箱中心站，對(duì)許多相關(guān)專業(yè)提出了新的技術(shù)要求。在南方軟土和其他特殊巖土發(fā)育地區(qū)，沉降問(wèn)題尤為突出，軟土勘察方法以及軟土的各項(xiàng)土工指標(biāo)要求更為嚴(yán)格。必須高度重視軟土的勘察方法及對(duì)試驗(yàn)精度的要求，進(jìn)行合理分析和選擇相應(yīng)的處理措施。參考文獻(xiàn)TB10012—2001鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范