特殊软土地基处理加固

2011-08-15陈添槐

山西建筑 2011年31期

陈添槐

1 工程概况

某大型火力发电厂因扩建需要在原堆灰场地规划新建附属建(构)筑物，灰场面积达20万m2，粉煤灰层厚4.7 m～8.5 m，粉煤灰层下为海积淤泥层含有腐蚀质和少量的贝壳碎片及粉、细砂，很湿，流塑状;以下依次为砂土层、海积粉质粘土层、残积粉质粘土层、强风化、中等风化和微风化基岩。

由于粉煤灰层含水量大，强度很低，国内对此类软土地基处理的工程实践经验很少，因此本工程的场地平整及地基处理主要是针对粉煤灰层的处理，使经处理后承载力特征值提高至不小于120 kPa，以确保施工时施工机械安全运行，投产后地坪不继续下沉，以免影响使用安全。场地的回填处理效果和粉煤灰层的处理密切相关，要对粉煤灰层进行处理，就必须对粉煤灰层的工程性质作充分研究和认识。

2 粉煤灰的工程特性

电厂粉煤灰浸水后呈现出明显的结构软化性，由于煤粉灰是采用水力输送堆填，且场地地下水位较高及南方雨水多、雨量大，粉煤灰层处于长期浸水状态，其强度显著下降。

粉煤灰是高分散度的固体颗粒集合体，在电子显微镜下呈蜂窝状，颗粒表面有很多裂隙和孔洞，表面孔洞较大，深部孔洞较小，呈漏斗形。颗粒本身的孔隙占颗粒体积的比例很大，孔洞与裂隙易于蓄水。

粉煤灰的化学成分主要是SiO2，A12O3。灰水呈弱碱性，削弱了颗粒的聚沉作用，增强了胶溶作用，提高了粉煤灰的持水性。在沉积过程中由于无上覆压力，仅靠自重作用下固结，而粉煤灰的颗粒比重小，虽然具有较好的渗透性，仍不能达到应有的固结度。粉煤灰重度约为13.83 kN/m3，含水量 72.3%，孔隙比在 1.2～2.4之间，平均孔隙比为1.70，标贯平均值 N63.5=0.5 击，从此可看出粉煤灰具有淤泥特性、强度低、压缩性高，粉煤灰压缩系数 á0.1～0.2=0.68 kPa－1，承载力标准值25 kPa～59 kPa，因粉煤灰层密实度极不均匀，承载力标准值不能代表粉煤灰层的地基承载力，实际承载力标准值约为10 kPa～30 kPa。颗粒各粒度组分含量差异较大，静力触探、渗透系数和其他一些指标都表现了粉煤灰地基无论在垂直方向和水平方向上物理力学性能的差异。渗透固结性能大于粘性土，在施加适当外力时自由水排出快、固结快、密实度增长快。

由此可见，粉煤灰地基是一种特殊的软土地基，要在这样一种地基上堆煤或建造建(构)筑物，必须进行加固处理，以改善其物理力学性能，减少沉降。

3 地基处理加固方法

本灰场现有层面标高比设计场地标高低3.2 m，要求在7个月内完成场地回填平整及地基处理，对粉煤灰层的处理可选的方案有:井点降水联合强夯法;真空联合堆载预压法;水泥搅拌桩加固处理法;振冲碎石桩加固处理法等。经技术、经济、工期三方面比较论证，技术上各方案都可行，但后三种方案的经济性较差、工期不能满足要求，决定采用井点降水联合强夯法对本场地进行处理加固。

该法是在粉煤灰层上铺50 cm～100 cm砂垫层，将场地依降水设备容量划分为4个独立的降水系统，在小区外围3 m处布置一排1.8 m间距的封堵井，小区内依加固深度和渗透性按3 m×5 m间距插入竖向排水滤管，插入深度为加固深度以下0.5 m～1.0 m(约6 m～10 m深)，排水滤管连接水平管网，管网连接真空泵。由于真空泵抽吸作用，使竖向排水管网中产生负压，从而产生高真空强排水，接着通过施加由小至大合适夯击能的三遍夯击，点夯夯击能第一遍采用500 kN·m，第二遍采用1000 kN·m，第三遍采用1500 kN·m满夯夯击，本方法能巧妙地解决软土强夯中空隙水压力的消散，又避免了强夯使土成橡皮土的问题，并能使软土在快速降低含水量情况下夯击压密软土，从而提高土层承载力。

粉煤灰层的降水夯密历时近4个月，地面平均夯沉量510 mm，含水量减少60%～85%，标贯平均值击数提高50%～90%，有效地解决了二次回填问题。

最后回填4.1 m厚开山土，采用二遍点夯和一遍满夯，一、二遍点夯夯击能分别为2500 kN·m，2000 kN·m，满夯夯击能取1000 kN·m进行强夯处理，进一步提高复合地基强度。处理后的地基承载力特征值不小于130 kPa，工期和造价都得到有效控制，达到了预期效果。