陳 蘭，時(shí) 杰，崔海弘，崔麗麗

(哈爾濱商業(yè)大學(xué)能源與建筑工程學(xué)院，哈爾濱150076)

采用密實(shí)樁進(jìn)行地基的加固處理，目前已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了良好的效益.其基本加固機(jī)理就是擠密、置換、壓密排水，其適用范圍也非常的廣泛，無論是砂性土地基還是黏性土地基都可采用［1－2］.近幾年我國(guó)建筑用砂量以10%以上的速度增長(zhǎng)，去年達(dá)75億t，許多地方河道非法采砂現(xiàn)象愈演愈烈，造成環(huán)境破壞，安全事故頻發(fā).天然砂是不可再生資源，隨著大規(guī)模的開采利用，已日漸走向枯竭.壓密固結(jié)樁中所需要的填充材料優(yōu)質(zhì)砂的開采量也面臨著逐年減少的趨勢(shì)，砂資源的合理利用受到越來越廣泛的關(guān)注.因此，今天對(duì)砂資源的匱乏應(yīng)必須有更深刻的認(rèn)識(shí)，這對(duì)于當(dāng)前實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有十分重要的意義.

另一方面，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，基本建設(shè)的投資也越來越多，建筑物施工中開挖基礎(chǔ)的基坑土、邊坡土或碎石等建設(shè)發(fā)生土的數(shù)量也呈逐年遞增趨勢(shì)，如果把這些建設(shè)發(fā)生土用作填充材料，加以有效的利用，這將是我國(guó)建筑業(yè)要面臨解決的重大課題之一，同時(shí)也將是減低環(huán)境負(fù)荷發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重大措施之一［3］.

本研究是利用建設(shè)發(fā)生土作為壓密固結(jié)密實(shí)樁法中砂樁的部分填充材料，對(duì)其性能進(jìn)行分析研究，評(píng)價(jià)其適用性.

1 填充材料的性能及其要求

碎石樁、砂樁等地基處理方法中，對(duì)于填充材料性能，必須滿足設(shè)計(jì)和施工2方面的要求.砂樁用于處理黏性土地基時(shí)，由于砂樁與周圍的黏性土形成了復(fù)合地基，要求砂樁不僅自身要具有足夠的強(qiáng)度，而且更要求砂樁對(duì)周邊地基具有良好的排水減壓機(jī)能.在密實(shí)狀態(tài)下成樁后，砂樁自身抗剪強(qiáng)度和滲透系數(shù)是兩個(gè)重要因素.本文僅為了評(píng)價(jià)填充材料的強(qiáng)度特性，對(duì)樁身強(qiáng)度要求排水剪切內(nèi)摩擦角(Φd也稱剪切抵抗角)應(yīng)大于30°［4］.

在對(duì)填充材料的要求中，大部分土的材料特性是由顆粒組成決定的，尤其是僅根據(jù)細(xì)顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的多少來劃分的.由于第一類建設(shè)發(fā)生土為幾乎沒有細(xì)顆粒的干凈砂土，其剪切抵抗角大，透水性好，即使不做剪切試驗(yàn)和透水試驗(yàn)而只對(duì)它的細(xì)顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行控制，就能保證滿足基本的要求.但是像第3～6類的建設(shè)發(fā)生土，由于細(xì)顆粒高，呈現(xiàn)出中性土或黏性土的特征，為了判斷其能否作為填充材料，就必須了解它們的材料性能、剪切強(qiáng)度及透水性之間的關(guān)系［5］.對(duì)于將含有更多細(xì)顆粒的建設(shè)發(fā)生土作為填充材料，為明確其適用性，經(jīng)人工調(diào)整粒度后，進(jìn)行了不同材料的試驗(yàn).對(duì)于中性土、黏性土，塑性指數(shù)是一個(gè)重要指標(biāo)，本研究的重點(diǎn)就是粒度特性，以外的另一個(gè)材料特性，即塑性指數(shù).

2 根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)研究適用土的工學(xué)特性

2.1 使用材料和實(shí)驗(yàn)概要

試驗(yàn)中采用的人工調(diào)制試料如表1所示，砂礫成分、粉土成分和黏土成分，分別按不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)組成的12組不同粒組的試樣.分4種(A～D)質(zhì)量分?jǐn)?shù)各不相同的黏土.其中黏土部分，主要采用的是含有黏土礦物成分的材料，并盡可能使其粒度相接近，混合均勻而制成的.含有不同礦物成分的4種黏土中，其細(xì)顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)(粉土+黏土)基本相近，由于4種黏土中各自礦物成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，活性也不相同，因此制成了塑性指數(shù)為大、中、小不同的試樣.高中低塑性材料的塑性指數(shù)范圍分別是28～47、12～18和2.6～6.

表1 材料的粒度及塑性指數(shù)

把這12種試料看成是建設(shè)發(fā)生土，進(jìn)行試驗(yàn).試驗(yàn)分2種情況，即密實(shí)填充狀態(tài)和松散填充狀態(tài)，密實(shí)填充狀態(tài)即假想試驗(yàn)材料可以達(dá)到100%密實(shí)度;松散填充即假想試驗(yàn)材料可以達(dá)到80～85%密實(shí)度，拔管時(shí)，材料沒有阻塞黏管的狀態(tài).把試料制成直徑為50 mm，高為100 mm的園柱體試件，進(jìn)行三軸不排水壓縮試驗(yàn)進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn).

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

密實(shí)狀態(tài)下進(jìn)行了9種材料試驗(yàn)，疏松狀態(tài)下進(jìn)行了6種材料試驗(yàn).剪切抵抗角和細(xì)顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系如圖1所示.由圖1中可知，剪切抵抗角和細(xì)顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間不存在有意義的關(guān)系.圖2所表示的是各種材料的塑性指數(shù)和剪切抵抗角之間的關(guān)系.從圖2中可以看出，無論是密實(shí)填充還是疏松填充，剪切抵抗角都隨塑性指數(shù)的增大而減小，塑性指數(shù)在30以下時(shí)，都能保證剪切抵抗角在30°以上.

圖1 剪切內(nèi)摩擦角和細(xì)顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系

圖2 剪切內(nèi)摩擦和塑性指數(shù)的關(guān)系

3 填充材料適用性評(píng)價(jià)

不同的地基條件對(duì)于填充材料性能的要求也不一樣，有砂性土地基和黏性土地基之分.另外，考慮到施工的可行性，施工時(shí)填充材料狀態(tài)(疏松狀態(tài))的工學(xué)特性也尤為重要.通過本研究對(duì)填充材料的適用性評(píng)價(jià)如下:塑性指數(shù)越大，抗剪強(qiáng)度越小，對(duì)于塑性指數(shù)在30以下的中、低塑性材料，能夠保證排水剪切內(nèi)摩擦角在30°以上.

4 結(jié)語

本文為了評(píng)價(jià)砂樁等地基處理方法中采用建設(shè)發(fā)生土(砂、粉土和黏土)作為再利用填充材料的適用性，經(jīng)過人工調(diào)整后，制備了不同種類的試樣，進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)，并且分析了影響強(qiáng)度的主要因素，研究了與強(qiáng)度塑性指數(shù).得出以下結(jié)論，對(duì)于塑性指數(shù)在30以下的中、低塑性材料，即使細(xì)顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，也適合作為填充材料，具有較大的內(nèi)摩擦角.

由此可見，與以往對(duì)填充材料質(zhì)量的要求規(guī)定細(xì)顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于等于5%的限制，不如說對(duì)于非塑性、中低塑性材料，如果塑性指數(shù)Ip≤30，與細(xì)顆粒含量無關(guān)，都可以考慮作為砂樁等密實(shí)樁法中的填充材料.就是說，填充材料再利用的適用性，從非塑性、中低塑性的砂性土到細(xì)顆粒土，有了更廣泛的應(yīng)用范圍.

［1］ 楊順安，馬曉臘，張沖辰.軟土理論與工程［M］.北京:地質(zhì)出版社，2000.

［2］ 龔曉楠.21世紀(jì)巖土工程發(fā)展展望［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2000，22(2):238－242.

［3］ 阮廣雄.環(huán)境巖土工程綜合評(píng)價(jià)及建筑垃圾加固地基的應(yīng)用研究［D］.廣東:廣東工業(yè)大學(xué)，2006.

［4］ 小橋秀俊，大下武志.建設(shè)發(fā)生土和建設(shè)污泥［J］.土和基礎(chǔ)，2007(10):38－40.

［5］ 龔曉楠.軟黏土地基土體抗剪強(qiáng)度若干問題［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2011，33(10):1596－1600.