冲击碾压消除低液限粉土轻微液化的应用及提高粉土地基承载力的问题研究

王胜儒 衡培哲 黄贵涛 苏 建

中铁北京工程局集团有限公司 北京 102308

0 前言

液化土是地震时饱和砂土和粉土颗粒在强烈震动下有变密的趋势,颗粒之间发生相对位移,颗粒间的孔隙水来不及排泄而受到挤压,因而孔隙水压力急剧上升,当孔隙水压力上升到与土颗粒所受到总的正压力接近时,土颗粒之间因摩擦产生的抗剪力接近零,此时的土像液体一样,故称之为液化土。

液化土在国内分部广阔,尤其是山东、河南等广大地区,液化土属于不良地质土,对施工建设危害极大。冲击碾压在消除液化土上的作用效果不够明确、水泥改良土对液化土地基承载力的提高作用不够清晰。本研究通过科学的试验研究,进一步探索冲击碾压及水泥改良土在液化土地基处理中的作用机理和改善效果;此研究成果可以作为全国低液限土地基处理的使用依据。通过研究液化土的液化消散,探索出经济、有效处理轻微液化土的方法,为日后处理类似地质情况提供可靠合理的依据。

1 研究方案及区段划分

将试验研究区域分为I区和II区,其中I区不做液化土处理,II区做液化土处理。液化土处理采用原地面冲击碾压的方式消除土的液化;再将II区划分为A、B、C、D四个区域分别填筑水泥掺量为0%、3%、4%、5%的水泥改良土,通过各区域的试验数据对比得出科学合理的研究成果。主要分区见表1所示:

表1 试验分块表

2 试验方法

2.1 液化土处理 原地面需要做液化土处理,否则施工时局部会产生液化现象,上部土体也难以压实[1]。经过对II区各试验块冲击碾压,每5遍后进行标准贯入及静力触探[2]液化土液化消除情况,分析冲碾是否达到了消除液化的要求并得出最经济的冲碾遍数。

2.2 低液限粉土填筑 按照试验区域划分,对比各施工区域填土后的地基反应模量,分析低液限液化土不消除液化、消除液化后采用不同水泥掺量的水泥改良土回填后的地基承载力[3]增长情况,得出最经济的水泥掺量。

3 试验区施工

3.1 冲击碾压施工技术要求

①采用三边形冲击式碾压机(25kJ)对土基进行冲击碾压,速度为12～15km/h。每轮连续冲碾遍数暂定为5遍。连续5遍冲碾后要求孔压消散70%之后再进行下一轮冲碾[4],根据现场实际情况,可将一轮需连续完成的冲碾遍数分几次进行,但要保持总能量满足设计要求。

②对于转弯等冲碾能量不足或靠近原道肩边无法冲碾的部位应采用48T压路机进行振动碾压。

③根据工程经验,冲击碾压遍数暂定为25遍。

④区块每冲碾5遍之后进行原位检测,检测指标和要求如下:

标贯检测:对场地2m深度内的土体进行液化判定,以检验地基处理的效果。勘探孔宜布置在原有勘探孔附近。检验频率为每区块2点。

静探检测:对场地2m深度内的土体进行液化判定,以检验地基处理的效果。勘探孔宜布置在原有勘探孔附近。检验频率为每区块2点。

3.2 土方(改良土)填筑施工技术要求

①放线:放出改良土施工范围、填土标高。

②填土:在施工区域按照10m*10m方格网打桩[5],用桩上做标记表明填土高度用于控制填土厚度,严格控制土方填筑厚度。

③平整:按照桩上的标记高度,用推土机将填料摊铺整平,用平地机刮平,压路机静压一遍,使各处填土厚度达到每层厚度要求且均匀,整平后检测高程,高程满足设计要求后进行下一步施工,如不满足设计高程,进行整平处理,直到满足位置。

④撒布水泥前检测:检测土的含水量,并控制在最佳含水量的±(1%～2%)范围内[6],必要时进行晾晒或洒水。

⑤水泥撒布:适应现场机械配置合理划分作业区段,水泥撒布车按水泥用量均匀撒布在作业区段内。撒布前计算水泥用量,控制撒布速度,确保水泥撒布均匀。

⑥改良土拌和:水泥摊铺均匀后用冷再生机充分拌和,控制拌和深度,保证拌和深度为在每层的虚铺厚度。拌合机施工过程中控制机械行走速度在10-15m/min保证拌和充分,每幅拌和应衔接合理,杜绝出现漏拌现象。

⑦碾压阶段:改良土施工碾压采用22t压路机静压与振动碾压,先用20吨压路机静压一遍,再用22吨压路机震动碾压5遍,弱振1遍,静压1遍收面后进行土方压实度检测,检测合格进行下一道工序,如果检测不合格继续碾压直到压实度达到规范要求为止。碾压后施工工序必须在水泥初凝前碾压完成。

填土时保证每层填土压实度达到96%以上时方可进行上层填土;顶层填土完毕后对每一区段进行地基承载力检测,每分块进行四组试验,对比试验结果。

4 试验结果分析

① 通过对冲碾处理后的II区A块、II区B块、II区C块、II区D块四块区域进行标贯、静探分析,发现II区B块在冲碾15遍后液化已经消除;II区A块与II区C块在冲碾20遍后液化现象消除;II区D块冲碾25遍后液化现象消除。

由此可知:冲击碾压能够很明显的消除低液限粉土的轻微液化现象,且冲碾20遍后基本上能够消除大部分轻微液化,冲碾25遍能够保证轻微液化土的消除。

②不同区段地基承载力数据及对比分析见下图所示:

通过图1、图2可以看出:经过消除液化处理后地基承载力可以明显的道提升12.6%左右;同样经过消除液化处理,地基承载力随着回填改良土的水泥掺量增加而增加,当水泥掺量增加到4%时,地基承载力增加不大明显,因此最佳的水泥掺量为4%。

图1 不同水泥掺量地基反应模量对比图

图2 地基反应模量对比图

5 结论

采用三边形冲击式碾压机(25kJ)冲击碾压20-25遍后基本能够消除低液限粉土轻微液化现象。

经过消除液化处理后地基承载力可以明显的道提升12.6%左右;同样经过消除液化处理,地基承载力随着回填改良土的水泥掺量增加而增加,当水泥掺量增加到4%时,地基承载力增加不大明显。