长期荷载压实地基土物理力学性质变化特征探讨

2010-03-21靳文博吕军利

河南建材 2010年4期

靳文博，吕军利

河南省有色工程勘察有限公司（450016）

某氧化铝厂用于分解、提取氧化铝的种子分解槽是该厂的核心设施。种子分解槽的槽体直径Ф9m，高32m，采用天然地基筏板独立基础。筏板直径Ф12m，厚1.6m，基底埋深3.5m，设计荷载250kPa。为了提高氧化铝的分解能力、产能和产品质量,厂方在技术改造中将采用机械搅拌取代鼓风搅拌,进入分解槽的浆液容重由原来的12.0kN/m3,增加到16.5 kN/m3，有效荷载增加37.5%。基础筏板上浆液容重和机械设备的增加,对原有基础的承载能力和沉降变形提出了新的要求。

长期荷载压实作用下地基土的物理力学性质会发生变化，承载能力将有所提高，但压实地基在荷载增加后，能否满足设计荷载和变形要求，是技术改造中首要关注的问题。受厂方的委托，作者主持完成了三组40个种子分解槽基础下的岩土工程补充勘察工作,为地基托换加固设计部门提供地基土物理力学参数。

1 长期压实状态下和天然状态下地基土物理力学性质指标

氧化铝厂位于郑州市上街区,地貌单元属黄河中游冲积平原。经过几十年的工程建设，原始地貌发生了很大变化，在厂区勘察深度范围内地层为杂填土,第四系上更新统（Q3al）黄土状粉土和粉质粘土，中更新统（Q2al）粉质粘土等。本次补充勘察采用钻探取样、标准贯入试验、土工试验，取得了大量的第一手资料。长期荷载压实作用下地基土的物理性质指标见表1。

表1 长期荷载压实作用下地基土的物理性质指标统计表

为进行分析对比,收集了某勘察设计研究院在距离补充勘察场地西部100～200m范围内,与补充勘察同期进行的天然状态下地基土的勘察资料。地基土的物理性质指标见表2。

同一场地、同一成因两种荷载状态下地基土主要受力层压缩模量对比结果见表3。

不同受力状态、不同深度区段黄土状粉土孔隙比统计值见表4。

2 地基土物理力学性质变化特征分析

厂区内天然地基土的物理力学特征与区域内其它场地地基土的性质相差不大,而长期荷载作用下地基土的性质则发生很大变化，主要表现在以下几个方面。

2.1 地基土孔隙比的变化

根据郑州地区勘察资料，在第四系冲洪积成因下形成的同类土，基本是呈层状韵律沉积，受自重应力的作用，在密实度方面遵循上部土疏松、下部土密实的规律。某勘察院是在空旷场地上进行勘察，场地土未受到长期压缩，地基土孔隙比变化符合上部大下部小的规律，随着勘察深度的增加孔隙比逐渐减小，变化规律见表4。

表2 天然状态下地基土的物理性质指标统计表

表3 主要受力层压缩模量对比结果表

表4 不同受力状态、不同深度区段黄土状粉土孔隙比统计值

由图表对比分析,经过后期长期稳定荷载的压实作用,在基础底面下12m深的范围内，地基土的孔隙比均有变小的趋势,为天然状态下所得82%～96.5%。在深度变化范围上，接近基础底面范围内的孔隙比变化大,远离基础底面地基土孔隙比变化小，深度增加到16m之后，孔隙比接近于天然土。

再由单孔勘察资料显示,分布在分解槽中间钻孔的孔隙比要比边缘钻孔的孔隙比小，说明荷载叠加效应愈大，对地基土的压实作用愈强。

2.2 地基土重度与干重度变化规律

根据表1和表2可以看出，压实作用下地基土重度、干重度比天然状态下分别提高。在20m深度范围内，压实土的天然重度提高幅度在1%～8%，干重度提高幅度在2%～7%之间，靠近基础底面地基土重度增幅较大,与地基土埋深呈负相关关系,而土的重度与孔隙比的变化呈正相关渐变关系。

2.3 黄土状粉土湿陷性得到消除

场地内黄土状粉土为冲洪积成因，按勘察资料基底下6 m范围内，湿陷系数平均为 0.16，孔隙比在 0.766～1.105，孔隙比较大且具有大孔结构，属于非自重湿陷性黄土。黄土状粉土在受到30余年长期荷载的作用后，其孔隙内的空气和孔隙水在压力的作用下，逐渐消失或运移，土原生结构遭到破坏而趋于密实，土的湿陷性基本消除。

2.4 影响压缩深度的因素

土的性质是影响压缩深度的主要因素。由于场地地基土的原始状态属于冲洪积成因，主要承力层为黄土状粉土，孔隙比较大且具有大孔结构,在受到后期长期荷载的作用后，其孔隙内的空气和孔隙水在压力的作用下,逐渐消失或运移，土原生结构遭到破坏而趋于密实。其埋藏厚度愈大，压力影响的深度随之加大。后期荷载的大小也是影响压缩深度的主要因素，荷载愈大，对地基土影响的深度也愈大,其原理与土工试验中高压固结试验的原理相同。

地下水对压缩深度的影响主要与地下水稳定水位有直接关系，水位下降幅度加大，压缩深度加大。