一種排水松木樁加固軟黏土地基及其施工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種軟黏土地基及其施工方法，屬于軟土工程技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]軟黏土地基是指由軟黏土(淤泥、淤泥質(zhì)土)構(gòu)成的地基，它是在靜水或非常緩慢的流水環(huán)境中沉積，經(jīng)生物化學(xué)作用形成的。軟黏土的具有“黏粒含量高、含水率高、滲透性低、不排水強(qiáng)度低、流變性高”的特征。軟黏土的工程特性決定了軟黏土地基承載力低、地基變形大、不均勻變形也大，且變形穩(wěn)定歷時(shí)較長(zhǎng)，常導(dǎo)致軟弱地基上的構(gòu)筑物發(fā)生沉降、傾斜、開裂等病害，嚴(yán)重者導(dǎo)致構(gòu)筑物倒塌或是喪失了正常使用功能。
[0003]針對(duì)軟黏土地基的工程特性，在多年工程實(shí)踐和理論研究的基礎(chǔ)上，形成了多種軟黏土地基加固處理方法，其加固機(jī)理、施工工藝、適用范圍及優(yōu)缺點(diǎn)互有異同，簡(jiǎn)述如下:
方法1:化學(xué)加固法。即采用深層攪拌、高壓旋噴等方法，形成水泥土粧柱體，粧柱體比軟弱土具有更高的強(qiáng)度剛度，粧柱體和軟土形成復(fù)合地基共同承擔(dān)上部荷載、協(xié)調(diào)變形，從而達(dá)到提高軟軟地基承載力、減小地基變形的目的。該方法需要專門的施工機(jī)械設(shè)備，適合場(chǎng)地平整的較大面積軟弱地基的加固處理；且當(dāng)軟土中有機(jī)質(zhì)含量較高時(shí)(如泥炭土)，化學(xué)加固效果則很不穩(wěn)定，需要專門研究改性使用。
[0004]方法2:排水預(yù)壓法。排水預(yù)壓法包括排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)。排水系統(tǒng)通常采用砂井、袋裝砂井、塑料排水帶構(gòu)成豎向排水系統(tǒng)，水平向排水系統(tǒng)常有砂墊層構(gòu)成。加壓系統(tǒng)常采用堆載預(yù)壓和真空預(yù)壓。加壓系統(tǒng)的作用是使得軟弱地基中產(chǎn)生水頭差，排水系統(tǒng)的作用是縮短排水路徑，加速固結(jié)完成的時(shí)間。預(yù)壓法需要專門的施工設(shè)備、施工工藝要求較高，適合大面積平整場(chǎng)地的加固處理。
[0005]方法3:碎石粧法:采用振沖法、沉管法、強(qiáng)夯置換等方法，在軟弱中形成散體材料粧，碎石粧在復(fù)合地基中起到置換、排水、粧體作用。該法需要專門施工設(shè)備，對(duì)施工場(chǎng)地平整度、施工條件有一定要求。在軟黏土地基中，碎石粧的承載力主要取決于軟黏土本身對(duì)碎石粧的側(cè)向極限約束力，因此當(dāng)軟黏土較軟弱時(shí)，碎石粧法在軟弱地基中很難形成有效的粧柱體。
[0006]方法4:剛性粧法:常采用打入預(yù)制粧、或者采用CFG粧法就地形成剛性粧處理軟弱地基。該法需要專業(yè)的施工設(shè)備，且一般在軟弱地基工程特性較好的場(chǎng)地才能充分發(fā)揮剛性粧的效果。在超軟弱黏性土地基中，剛性粧難以發(fā)揮其承載力高的特點(diǎn)。
[0007]方法5:松木粧法:對(duì)于一些修建在軟弱地基上的中小型水工構(gòu)筑物，常采用小松木粧進(jìn)行軟黏土地基的加固處理。這是由于中小型水工構(gòu)筑物高度一般不大(如
3.0m~6.0m)，作用于軟黏土地基的應(yīng)力也不高(一般小于200 kPa)，而中小型水工構(gòu)筑物常呈細(xì)長(zhǎng)型，需要根據(jù)地形地貌條件設(shè)置；在這種條件下，采用大型常規(guī)軟黏土地基處理方法存在施工場(chǎng)地條件差、大型設(shè)備轉(zhuǎn)場(chǎng)困難、施工材料難以就地取材、地基過(guò)度處理、施工成本高等問(wèn)題。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面考慮，工程中常采用壓入(打入)小松木粧(就地取材，簡(jiǎn)單加工)進(jìn)行中小型水工構(gòu)筑物的軟黏土地基處理，經(jīng)濟(jì)效果明顯。但小松木粧加固處理軟黏土地基，常存在如下問(wèn)題:
i)當(dāng)軟黏土地基工程特性較好、水工構(gòu)筑物不高時(shí)，松木粧處理軟黏土地基效果較好，使用多年水工構(gòu)筑物變形很小，能夠滿足正常使用的要求；
ii)當(dāng)軟黏土地基工程特性較差時(shí)(如軟土液性指數(shù)較高，處于軟塑或流塑狀態(tài))，松木粧復(fù)合地基使用多年后，常出現(xiàn)水工構(gòu)筑物沉降變形較大且多年難以穩(wěn)定，造成水工構(gòu)筑物(擋土擋水結(jié)構(gòu))開裂甚至失穩(wěn)破壞的問(wèn)題。該問(wèn)題一直未引起業(yè)界足夠重視的原因主要有如下幾點(diǎn):a)中小型水工構(gòu)筑物變形是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，短期內(nèi)變形積累沒(méi)有明顯影響構(gòu)筑的正常使用；b)多年后變形過(guò)大時(shí)，常采用拆除重修的方法解決；正因?yàn)樽冃蔚木徛院烷L(zhǎng)期性，松木粧復(fù)合地基常用于中小型水工構(gòu)筑物軟黏土地基的加固處理，但對(duì)其長(zhǎng)期變形破壞機(jī)理及解決方案長(zhǎng)期以來(lái)一直沒(méi)有引起工程界的重視，使得小松木粧處理軟黏土地基的缺陷長(zhǎng)期存在而未得到應(yīng)有的改進(jìn)和解決。
[0008]可見，傳統(tǒng)松木粧加固軟黏土地基存在變形大的問(wèn)題，該問(wèn)題長(zhǎng)期以來(lái)未引起工程界的重視和解決，限制了松木粧在軟黏土地基加固處理中的應(yīng)用。針對(duì)松木粧加固軟黏土地基的變形問(wèn)題的土力學(xué)原理，改進(jìn)松木粧結(jié)構(gòu)，將排水固結(jié)功能引入松木粧，使傳統(tǒng)松木粧兼具排水固結(jié)和加固補(bǔ)強(qiáng)作用，是解決松木粧處理軟黏土地基變形問(wèn)題的一種有效方法。這是本發(fā)明的技術(shù)背景和出發(fā)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種排水松木粧加固軟黏土地基及其施工方法，以解決傳統(tǒng)松木粧加固軟黏土地基時(shí)存在的如下幾個(gè)問(wèn)題:(i)沉降變形過(guò)大問(wèn)題；(ii)沉降變形時(shí)間過(guò)長(zhǎng)問(wèn)題；(iii)地基承載力難以通過(guò)固結(jié)排水途徑提高的問(wèn)題；(iv)軟土粘地基在荷載作用下蠕變變形較大問(wèn)題。
[0010]本發(fā)明采用了下述技術(shù)方案，一種排水松木粧加固軟黏土地基，其特征在于，軟黏土地基中壓入若干排水松木粧，所述排水松木粧以松木粧為芯材，并包裹土工織物或土工布作為排水結(jié)構(gòu)層。
[0011 ] 進(jìn)一步改進(jìn)，軟黏土地基表面布置水平排水砂墊層。
[0012]進(jìn)一步，水平排水砂墊層上方構(gòu)筑水工構(gòu)筑物或預(yù)壓載荷層。
[0013]上述排水松木粧軟黏土地基的施工方法，步驟如下:
(O將天然松木材料經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單加工(直徑約100 mm~200 mm)，作為排水松木粧的芯材(同傳統(tǒng)松木粧);長(zhǎng)度可根據(jù)工程性質(zhì)和場(chǎng)地條件確定，一般適合處理1.5m~4.0m淺層軟弱地基；
(2)以松木粧為芯材，包裹土工織物或土工布作為排水結(jié)構(gòu)層，從而形成了排水松木粧；排水結(jié)構(gòu)層總厚度為10 mm~15 mm，具有良好的縱向和橫向排水能力，可起到排水減壓、縮短排水路徑長(zhǎng)度的作用。
[0014](3)在軟黏土地基加固處理中，根據(jù)軟黏土地基的狀態(tài)和加固處理要求，將排水松木粧采用人工靜壓(或者采用挖掘機(jī)等輔助靜壓)方式，以一定的間距和深度壓入軟黏土地基，形成兼具排水和加固功能的復(fù)合地基。
[0015]進(jìn)一步優(yōu)選，排水松木粧的排水結(jié)構(gòu)層超出芯材頂部約500mm，排水結(jié)構(gòu)層超出部分埋于水平排水砂墊層中。
[0016]排水松木粧將塑料排水帶的排水功能與木粧的加固功能復(fù)合于一體，特別適合于中小型水工構(gòu)筑物軟黏土地基的加固處理；也適于超軟弱吹填土、泥炭土地基的初級(jí)加固處理，根據(jù)處理的時(shí)效性，排水松木粧可以拔出后重復(fù)使用。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
i)與傳統(tǒng)松木粧相比較:由于增加了排水結(jié)構(gòu)層，工程荷載引起的超孔隙水壓力可通過(guò)排水結(jié)構(gòu)層快速排出，壓縮沉降可短期完成；由于排水固結(jié)作用可有效提高軟黏土的不排水抗剪強(qiáng)度，從而起到提高復(fù)合地基承載力、減小工后沉降的作用和效果。
[0018]ii)與傳統(tǒng)剛性狀(CFG粧，混凝土粧)相比:排水松木粧采用天然材料，可就地取材；施工工藝簡(jiǎn)單，對(duì)場(chǎng)地條件的適宜性強(qiáng)；從技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面來(lái)看，在中小型水工結(jié)構(gòu)軟土地基處理、泥炭質(zhì)有機(jī)土軟弱地基、超軟弱吹填土軟弱地基的初級(jí)處理中，排水松木粧技術(shù)具有較明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。
[0019]iii)與單純的砂井、袋裝砂井、塑料排水帶處理軟黏土地基相比:排水松木粧復(fù)合結(jié)構(gòu)中的松木粧可作為豎向增強(qiáng)體起到粧柱體的作用，通過(guò)置換作用可提高復(fù)合地基的承載力；而傳統(tǒng)的砂井、袋裝砂井、塑料排水帶在軟弱地基處理中僅起到排水減壓作用，而沒(méi)有豎向增強(qiáng)體的置換增強(qiáng)作