❶ 軟岩的水理特性分析
通過吸水率測試,最後統計得軟岩岩組吸水率值見表4-6。除泥質粉砂岩試樣在1.5%～6%之間相對較低外,其他幾組吸水率指標很高,在10%～20%之間,說明軟岩極易吸水的特性。
表4-6 軟岩主要物理水理特性參數測試成果
注:軟岩極易吸水,遇水後發生泥化、軟化和崩解,岩石抵抗水的軟化作用的性能主要取決於岩石中親水性礦物和易溶性礦物的含量,以及岩石中孔隙與微裂隙的發育程度。
崩解試驗研究表明:軟岩中泥質含量對其崩解特性的影響很大,崩解度與泥質含量關系為:S=70ln(Wm)-215。根據崩解度及崩解物形態,樞紐區軟岩可分為五類:炭質頁岩與泥化夾層為A類,遇水極易崩解,破壞後含水量會顯著增大,原岩強度完全喪失,屬遇水極不穩定的岩石;泥質粉砂岩與煤屬於B、C、D類,崩解性較差,屬遇水較不穩定岩石。通過崩解試驗分析,研究區內發育的幾種典型軟岩,均屬於遇水不穩定岩石。
❷ 軟岩崩解機理分析
岩石浸水之後,引起其強度降低的性質稱為水對岩石的「軟化作用」。岩石抵抗水的軟化作用的性能主要取決於岩石中親水性礦物和易溶性礦物的含量以及岩石中孔隙與微裂隙的發育程度。親水性或可溶性礦物的含量愈多,岩石中的孔、裂隙愈發育,岩石愈易軟化、崩解。
通過對泥化夾層岩組X射線粉晶衍射分析測試結果(見表3-2)可知,其成分以黏土礦物為主(含84%～92%),其餘為石英、長石、方解石等,由於伊利石等黏土礦物顆粒較小,親水性很強,當水進入岩石的孔隙、裂隙中時,細小岩粒的吸附水膜便會增厚,引起岩石體積的膨脹。由於這種體脹是不均勻的,使得岩石內產生不均勻的應力,部分膠結物會被稀釋、軟化或溶解,加之大多都含先存裂隙及微裂縫(見表4-3),於是導致岩石顆粒的碎裂解體。如伊利石與水發生物理化學反應引起軟岩膨脹,可使原體積增加50%～60%。
下面從兩個方面來分別研究幾種典型岩組的崩解機理。
1.泥質含量與崩解特性的關系
泥質岩(泥化夾層與炭質頁岩岩組)遇水後,宏觀裂隙的增生擴張和崩解軟化,是同在水的作用下軟岩的物質組成、微結構與微孔隙的變化緊密相關的,崩解軟化是軟岩內部微觀結構和微孔隙的宏觀反映。從圖4-2a可以看出,不同岩組泥質含量對其崩解度的影響,從泥化夾層、炭質頁岩到泥質粉砂岩,其含泥量依次減少,其崩解性也愈來愈差。圖4-2b為所有軟岩與泥質含量的關系曲線,得對數關系式為S=70ln(Wm)-215。炭質頁岩與泥化夾層試樣崩解現象均極為明顯,而且崩解速度很快。由前述知6#剖面,即進水口發育L10層間剪切破碎帶內含泥化夾層、炭質頁岩佔50%以上,遇水極易崩解,嚴重影響進水口邊坡的穩定性,在工程當中應該引起重視。
圖4-2 泥質含量對崩解度的影響曲線
2.循環崩解次數與崩解特性的關系
炭質頁岩與泥化夾層岩組大部分試樣已100%崩解,其崩解物由碎屑、角礫及大小不一的碎塊組成,崩解穩定後取崩解物進行顆粒篩分,篩分試驗結果如圖4-3所示,從圖中看出不同岩性,顆粒大小分配也有明顯的差異,炭質頁岩與泥化夾層試樣曲線類似,得出小於0.5mm粒徑的顆粒含量佔20%～30%,含量較高,即由岩石轉化成土,無法多次循環崩解,只進行一次循環。而泥質粉砂岩顆粒大多大於16mm,粒徑相對較大。顆粒大小的不同,也說明其崩解的差異性。
圖4-3 軟岩崩解物粒度分析曲線圖
圖4-4 循環崩解次數與崩解度的關系曲線
因此對於循環次數與崩解特性的分析,只針對煤和泥質粉砂岩岩組,如圖4-4所示。
從關系曲線圖4-4a中可以看出,煤岩組試樣在經過第二次循環崩解以後,崩解度均為降低的趨勢,第3次崩解後,除2#與5#試樣有明顯增加外,其餘試樣仍為遞減。2#與5#試樣由於前兩次在重復試驗中未崩解,而在第3次試驗時達到崩解狀態,說明煤在反復的乾燥與潮濕的環境條件下,也會發生不同程度的崩解。
第一次將1#-2泡水,崩解現象不明顯,有少量碎屑脫落,沉於水底;第2次泡水,表面裂隙有所擴大,崩解不明顯,有少量岩屑脫落沉於水底;第三次泡水,試樣表面吸附有氣泡,較少量崩解。整個試驗過程,試樣即使在反復干濕循環條件下,也無大量崩解,說明其崩解性很差。
由鏡下鑒定分析結果得知,2#-2岩性為含泥煤,岩石緻密未見裂隙,煤質組分形成過程中有陸源雲母碎片的沉積,有陸源物質、粉砂的混入。但實際上其遇水之後崩解性很差,說明其膠結性很好,而對於有機質膠結的軟弱岩土,由於有機質的憎水性,故不易崩解。
鏡下鑒定5#-2為含雲泥粉砂質泥岩變形紋層狀含炭質泥頁岩,含泥80%,粉砂15%,炭屑及有機質5%,在被反復干濕循環後,再次遇水,崩解明顯。即開始泡水時,表層先存裂隙,有所擴大,但並未達到崩解,在多次循環後,裂隙擴大,內部夾泥較多,遇水後產生泥化,崩解明顯,從崩解現象也可以看出,在第三次循環過程中,水表層覆蓋有泥膜,水色混濁,為損失量,也為崩解物的一部分。
從圖4-4b可以看出,泥質粉砂岩岩組試樣在經過3次循環崩解以後,崩解度均有降低的趨勢,即隨崩解次數的增多,崩解度無明顯反彈現象,說明已崩解完全。由試驗過程描述可知,試樣在初崩時刻現象不明顯,崩解是慢慢進行的,從開始冒氣泡到微裂紋繼續擴展。隨著在靜水中浸泡時間的增加,導致微裂紋繼續增大,隨後可見有岩屑、煤屑崩解,混入水中,大多懸浮停於試樣表面,還可見有小的岩塊脫離試樣表面,沉於水底。第二次循環崩解試樣為第一次的未崩解物,有較少裂隙存在,整體較完整,因此崩解現象不明顯,到第三次時所取的未崩解物,幾乎完整,不存在較明顯的裂隙,因此試驗過程幾乎無崩解,從而也得出結論為泥質粉砂岩崩解性差。
鏡下鑒定3#-3為條帶狀粉砂質泥岩,6#-3為粉砂質泥質岩,含泥較多,但經過3次循環崩解後崩解度急劇下降,說明在試樣表層含泥在第一次崩解過程中已泥化,內部為泥質粉砂岩,含泥較少,已很難崩解。
3.軟岩崩解試驗成果分析
根據崩解試驗的現象、崩解物形態將該區軟岩的浸水崩解破壞形式進行以下分類。
A類:泥糊狀破壞,完全崩解,崩解時間短,崩解現象非常明顯(一般含泥較重)。
B類:碎屑狀破壞,其碎屑直徑1～5mm;崩解現象較明顯。
C類:角礫狀破壞,角礫直徑5～10mm;崩解現象存在,少量崩解物。
D類:碎塊狀破壞,碎塊直徑大於10mm;崩解不明顯,有極少量崩解物。
E類:浸水穩定,不破壞;隨時間增加,崩解仍穩定,幾乎無崩解性。
根據顆粒篩分結果及上述分類依據,各軟岩岩組具體分類及崩解度范圍見表4-5。從表中可以看出,炭質頁岩與泥化夾層極易崩解,屬於A類,遇水易產生崩解,破壞後含水量會顯著增大,其吸水率可以超過液限,原岩強度完全喪失,屬遇水極不穩定的岩石。泥質粉砂岩與煤崩解性較差,屬於B、C、D類,屬遇水較不穩定岩石,無E類。
表4-5 軟岩崩解試驗成果表
續表
通過試驗分析,樞紐區內發育的幾種典型軟岩,均屬於遇水不穩定岩石。在崩解過程中,化學性質沒有變化,只是強度迅速降低,表面上與岩石的風化相似,但變化過程短暫。時間越長,崩解越徹底,且經過有限的時間後,呈穩定狀態。在工程施工中除注意防止其失穩外,在支護工作方面要予以特別加強。
❸ 軟土地基的處理措施
1、強夯法處理。強夯法是利用重錘自由落下的巨大沖力能所產生地沖擊波反復夯擊地基土,將夯面以下一定深度地土層夯實,以提高地基的承載力和土體的穩定性,降低壓縮性。由於夯擊能力大,加固深度也大。對於一般的軟土地基加固有著良好的效果。現在常用的強夯技術加固軟土地基的方法有:擠密碎石樁加夯法、砂樁加夯法、真空/堆載預壓加強夯、強夯碎石墩。
2、粉煤灰應用法。粉煤灰具有容量小,滲透性好,有較高的靜力抗剪強度,較低的壓縮性,與石灰等鹼性物質產生水化反應後產生凝硬性。根據軟土地基存在的弱點,利用粉煤灰可處理軟土地基。粉煤灰應用的主要有二灰樁,粉煤灰混凝土樁,粉煤灰固結樁等,與土體形成復合地基加固深層軟土地基。
2.1二灰樁法。(1)以粉煤灰為主的二灰樁,主要是對軟土地基產生擠密和置換作用。用於軟土地基加固時,使復合地基承載力較天然地基承載力提高了142%,樁間土承載力提高了46%。(2)以石灰為主的石灰—粉煤灰樁,配比為粉煤灰:生石灰=3:7-1:9,主要對地基產生置換,成孔擠密,膨脹擠密,脫水擠密和膠凝作用。
2.2粉煤灰固結樁。在軟土地基中採用粉煤灰固結樁,具有成型可靠,形狀任意選擇,造價低廉,改良地基的效果好,抗變形能力強,樁體密實度高等優點。粉煤灰固結樁由粉煤灰,石膏,水泥加水而成,加壓注入尼龍袋中,擠密周圍土體,必要注漿管可上下反復二次壓漿,尼龍袋具有模板,過濾脫水,加壓和增強等作用,由於灌注加壓排水措施,尼龍袋微孔在灰漿向外滲出的過程中,水只能向外滲,並被隔離在袋外,形成固結硬化均勻的樁體。
2.3粉煤灰混凝土樁。粉煤灰混凝土樁由粉煤灰,碎石,中粗砂和水泥組成,在軟土地區採用鑽孔壓漿工藝施工粉煤灰混凝土樁時,必須使混凝土的塌落度達到140-180mm,且碎石最大粒徑為1-3cm,為保證樁身強度和降低成本,摻入35%-45%中粗砂作為細骨料。粉煤灰樁和樁間土一起通過鋪設在其上的褥墊層形成復合地基,其承載力的提高具有很大的可調性,沉降變形小,造價低。加入粉煤灰後,使樁體具有明顯的後期強度。根據其樁身強度較高的特點,在軟土地基中採用就可得到更高的承載力。
3、水泥土粉噴樁法。粉噴樁與周圍的土體形成復合地基,與土體結合緊密,承載能力較大,其樁體上存在應力集中現象,大部分荷載由樁體承擔,樁間土上的應力相應的減少,使復合地基承載力較原土層有所提高,沉降量有所降低。採用該法加固軟土地基時,水泥粉具有較大的吸水,發熱和膨脹作用,對樁間土起到一定的加固作用,同樣提高復合地基的強度。
在利用水泥土粉噴樁加固軟土地基時,需考慮各種因素對加固強度的影響:①要以水泥粉為加固料,其強度最高;②攪拌時間為2min時就可以達到最佳的攪拌效果,若攪拌時間太長,強度會有所降低,若攪拌的時間未達到2min時,強度會很低;③置換率越高,強度越高,而隨著齡期的增加,強度大致呈線性增加;④當含水量為某值時,樁體的強度達到最高,一般樁體的需水量為4kg/m。
4、振沖法。在軟土地基中應用振沖法,就是在地基中嵌入一根根砂石樁柱,形成一種復合地基,這種地基的承載力標准應根據現場復合地基荷載試驗確定。振沖法就是利用振沖器的振動力和水沖作用形成連續的孔洞,直至設計的加固深度。
5、渣土樁法。在加固過程中,由於重錘的沖擊能造成一系列壓縮波,使土體內出現排水網路,土的滲透性驟然增大,孔隙水迅速排出,孔隙壓力很快消散,從而產生瞬時沉降,使土體壓密,強度提高;同時重錘的沖擊作用使填料向夯擊方向和側向擠密,從而對其周圍的土體產生擠密加固作用,形成一個自內向外的擠密圈。在擠密過程中,周圍土體的孔隙水壓力隨之增高,形成超靜孔隙水壓力。根據巴倫固結原理因為固結時間與排水距離的平方成正比,所以,增加排水途徑,縮短排水距離,才能加速軟土固結,提高地基承載力。加固柱體本身與軟基有不同強度,它既是軟土固結的排水體,又是基礎的渣土樁。渣土樁和擠密後的地基土共同組成復合地基,從而提高地基強度並減小地基變形。
6、排水固結法。目前公路軟基的處理要綜合考慮經濟適用、穩妥可行、施工簡便的方法。首選是排水固結,它通過在軟土地基設置的豎向排水體,改變原有地基的邊界條件,增加孔隙水的排除途徑,大大縮短了固結時間,一般採用袋裝砂井和塑料排水板配合砂墊層來達到上述目的。
7、復合地基處理法。復合地基是用專門機械將固化劑、水泥、石灰或摻加粉煤灰單一的或混合物噴出後,在地基深處就地與軟土強制攪拌,利用固化劑和軟土間發生的一系列物理化學作用,在原地基中形成強度、剛度較大的加固樁體,同時也使樁周土體性質得到改善,使樁體與樁間土體形成復合地基共同承擔外部荷載,可實現穩定條件下的快速填土。這些加固土樁,不考慮加固土樁加快地基的排水固結速度和對地基的擠密作用,僅考慮樁的置換作用、應力集中效應,進而減少總沉降量。加固土樁按施工劃分有拌和法和粉噴法。
❹ 求助泥岩基坑底排水措施
泥岩本身是相對隔水的地層，即使有裂隙或強烈風化，遇到水就裂隙堵塞，因此，把泥岩理解成不透水更合理。至於基坑涌水，本人認為不是從泥岩，估計源於泥岩以上的卵石層。開挖基坑前應該考慮降水，如果來水量太大，排不幹或降不下，可能需要考慮截滲堵水方案。當然可以考慮降水+ 少量灌漿帷幕方案，以卵石層為主要灌漿地層。要特別注意，如果卵石層有地下水湧出，後果是可能帶出來砂和細粒土 - 產生機械管涌，從而出現地層損失，引起地面沉降！比降水本身引起的地面沉降大很多。因此，要引起重視。基坑裡應該設立排水系統和集水井，集中排出；基坑底部應該預留200 - 300mm厚的地基土或岩石，為地基保護層。等施工前開挖，馬上澆注混凝土，不讓地基土長期浸泡在水裡，特別是泥岩 - 遇水可能膨脹、軟化甚至泥化。會迅速喪失應有強度。
❺ 什麼是軟土，軟土地基處理的主要措施有哪些
軟土【soft soil】是淤泥（muck）和淤泥質土（mucky soil）的總稱。主要是由天然含水量大、壓縮性高、承載能力低的淤泥沉積物及少量腐殖質所組成的土。軟土是指濱海、湖沼、谷地、河灘沉積的天然含水量高、孔隙 比大、壓縮性高、抗剪強度低的細粒土。具有天然含水量高、天 然孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度低、固結系數小、固結時間長、 靈敏度高、擾動性大、透水性差、土層層狀分布復雜、各層之間物 理力學性質相差較大等特點。
軟基處理常用工法及其特點
軟土地基處理的主要措施有
1、復合地基法：水泥土攪拌樁、粉噴樁、碎石樁等；缺點：造價較高
2、排水固結法
（1）塑料排水板聯合堆載：工期長，效果不理想
（2）塑料排水板聯合真空預壓：工期90天以後，效果容易控制，成本低
3、強夯法：缺點：質量不可控，易形成「彈簧土」。
4、無排水砂墊層真空預壓：新型工法，工期短 造價低 成本比塑料排水板聯合真空預壓節約三分之一，效果可靠
施工現場常用處理軟土路基方法
在施工中經常碰到的情況多數不是軟土地基，因為如果有軟土地基一般情況在設計時應該根據地質資料，提出處理方法。多數情況是有局部地段地質情況和原來設計不同，出現局部地基承載力達不到設計要求，或者由於局部地段含水量過大(原有排水系統不暢，原有地基土質滲水性不好)造成地基軟彈(翻漿，彈簧土地段)。根據出現的這些情況一般常用的方法主要有：
1、換填。這是最常用的方法。這種方法最大有效處理深度3米。採用人工或機械挖除路堤下全部軟土，換填強度較高的粘性土或砂、礫、卵石、片石等滲水性材料。換填的深度要根據承載力確定。
2、拋石填築。就是在有軟土或彈簧土以及有積水的路段填石頭，填石的高度以露出要處理的路段原有土層(或積水)高度為宜。在填石的過程中注意一定要用推土機把石塊壓實，不能出現軟彈現象。然後再填築土方。
3、盲溝。就是在要處理的路段根據要處理的路段的長度，在橫向或縱向挖盲溝，盲溝通常用滲水性大孔隙填料或片石砌築而成。也可以填入不同級配的石塊起到排水的功能。注意盲溝的出口要與排水溝連接，以便把路基中的水排出路基。
4、排水砂墊層。排水砂墊層是在路堤底部地面上鋪設一層砂層，作用是在軟土頂面增加一個排水面，在填土的過程中，荷載逐漸增加，促使軟土地基排水固結滲出的水就可以從砂墊層中排走。為確保砂墊層能通暢排水，要採用滲水性良好的材料。砂墊層一般的厚度為0.6～1.0米。為了保證砂墊層的滲水作用，在砂墊層上應該填一層粘性土封住水不讓水返上路基。在路基兩側要修好排水溝，通過砂墊層滲出的水通過排水溝排出路基外，保持路基的穩定。
5、石灰淺坑法。由於粘性土含水量影響，施工中經常出現「彈簧土」松軟現象。一般較輕的可以採用挖土曬干，敲碎回填的方法：「石灰淺坑法」可以用於各種不同面積的路段(就是說大面積可以使用，小面積也可以使用)。具體做法是：挖40～50cm方形或圓形，深一般1m上下的坑，清除坑內的滲水(最好挖好坑後，第二天清除滲水)，放入深為坑深1/3的生石灰，即可回填碾壓。坑的行距和坑距在輕度彈簧路段為5～6m，在嚴重彈簧路段為3～4m。
軟基處理廣泛地應用在我國沿海及內地。例如：天津、連雲港、上海、杭州、寧波、溫州、福州、廈門、湛江，廣州等沿海地區，以及昆明、武漢、南京等內地地區。特別是填海的一些地區，一般建築前都需要進行勘測，然後進行軟基處理，否則存在很大的風險和後患。