❶ 软岩的水理特性分析
通过吸水率测试,最后统计得软岩岩组吸水率值见表4-6。除泥质粉砂岩试样在1.5%～6%之间相对较低外,其他几组吸水率指标很高,在10%～20%之间,说明软岩极易吸水的特性。
表4-6 软岩主要物理水理特性参数测试成果
注:软岩极易吸水,遇水后发生泥化、软化和崩解,岩石抵抗水的软化作用的性能主要取决于岩石中亲水性矿物和易溶性矿物的含量,以及岩石中孔隙与微裂隙的发育程度。
崩解试验研究表明:软岩中泥质含量对其崩解特性的影响很大,崩解度与泥质含量关系为:S=70ln(Wm)-215。根据崩解度及崩解物形态,枢纽区软岩可分为五类:炭质页岩与泥化夹层为A类,遇水极易崩解,破坏后含水量会显著增大,原岩强度完全丧失,属遇水极不稳定的岩石;泥质粉砂岩与煤属于B、C、D类,崩解性较差,属遇水较不稳定岩石。通过崩解试验分析,研究区内发育的几种典型软岩,均属于遇水不稳定岩石。
❷ 软岩崩解机理分析
岩石浸水之后,引起其强度降低的性质称为水对岩石的“软化作用”。岩石抵抗水的软化作用的性能主要取决于岩石中亲水性矿物和易溶性矿物的含量以及岩石中孔隙与微裂隙的发育程度。亲水性或可溶性矿物的含量愈多,岩石中的孔、裂隙愈发育,岩石愈易软化、崩解。
通过对泥化夹层岩组X射线粉晶衍射分析测试结果(见表3-2)可知,其成分以黏土矿物为主(含84%～92%),其余为石英、长石、方解石等,由于伊利石等黏土矿物颗粒较小,亲水性很强,当水进入岩石的孔隙、裂隙中时,细小岩粒的吸附水膜便会增厚,引起岩石体积的膨胀。由于这种体胀是不均匀的,使得岩石内产生不均匀的应力,部分胶结物会被稀释、软化或溶解,加之大多都含先存裂隙及微裂缝(见表4-3),于是导致岩石颗粒的碎裂解体。如伊利石与水发生物理化学反应引起软岩膨胀,可使原体积增加50%～60%。
下面从两个方面来分别研究几种典型岩组的崩解机理。
1.泥质含量与崩解特性的关系
泥质岩(泥化夹层与炭质页岩岩组)遇水后,宏观裂隙的增生扩张和崩解软化,是同在水的作用下软岩的物质组成、微结构与微孔隙的变化紧密相关的,崩解软化是软岩内部微观结构和微孔隙的宏观反映。从图4-2a可以看出,不同岩组泥质含量对其崩解度的影响,从泥化夹层、炭质页岩到泥质粉砂岩,其含泥量依次减少,其崩解性也愈来愈差。图4-2b为所有软岩与泥质含量的关系曲线,得对数关系式为S=70ln(Wm)-215。炭质页岩与泥化夹层试样崩解现象均极为明显,而且崩解速度很快。由前述知6#剖面,即进水口发育L10层间剪切破碎带内含泥化夹层、炭质页岩占50%以上,遇水极易崩解,严重影响进水口边坡的稳定性,在工程当中应该引起重视。
图4-2 泥质含量对崩解度的影响曲线
2.循环崩解次数与崩解特性的关系
炭质页岩与泥化夹层岩组大部分试样已100%崩解,其崩解物由碎屑、角砾及大小不一的碎块组成,崩解稳定后取崩解物进行颗粒筛分,筛分试验结果如图4-3所示,从图中看出不同岩性,颗粒大小分配也有明显的差异,炭质页岩与泥化夹层试样曲线类似,得出小于0.5mm粒径的颗粒含量占20%～30%,含量较高,即由岩石转化成土,无法多次循环崩解,只进行一次循环。而泥质粉砂岩颗粒大多大于16mm,粒径相对较大。颗粒大小的不同,也说明其崩解的差异性。
图4-3 软岩崩解物粒度分析曲线图
图4-4 循环崩解次数与崩解度的关系曲线
因此对于循环次数与崩解特性的分析,只针对煤和泥质粉砂岩岩组,如图4-4所示。
从关系曲线图4-4a中可以看出,煤岩组试样在经过第二次循环崩解以后,崩解度均为降低的趋势,第3次崩解后,除2#与5#试样有明显增加外,其余试样仍为递减。2#与5#试样由于前两次在重复试验中未崩解,而在第3次试验时达到崩解状态,说明煤在反复的干燥与潮湿的环境条件下,也会发生不同程度的崩解。
第一次将1#-2泡水,崩解现象不明显,有少量碎屑脱落,沉于水底;第2次泡水,表面裂隙有所扩大,崩解不明显,有少量岩屑脱落沉于水底;第三次泡水,试样表面吸附有气泡,较少量崩解。整个试验过程,试样即使在反复干湿循环条件下,也无大量崩解,说明其崩解性很差。
由镜下鉴定分析结果得知,2#-2岩性为含泥煤,岩石致密未见裂隙,煤质组分形成过程中有陆源云母碎片的沉积,有陆源物质、粉砂的混入。但实际上其遇水之后崩解性很差,说明其胶结性很好,而对于有机质胶结的软弱岩土,由于有机质的憎水性,故不易崩解。
镜下鉴定5#-2为含云泥粉砂质泥岩变形纹层状含炭质泥页岩,含泥80%,粉砂15%,炭屑及有机质5%,在被反复干湿循环后,再次遇水,崩解明显。即开始泡水时,表层先存裂隙,有所扩大,但并未达到崩解,在多次循环后,裂隙扩大,内部夹泥较多,遇水后产生泥化,崩解明显,从崩解现象也可以看出,在第三次循环过程中,水表层覆盖有泥膜,水色混浊,为损失量,也为崩解物的一部分。
从图4-4b可以看出,泥质粉砂岩岩组试样在经过3次循环崩解以后,崩解度均有降低的趋势,即随崩解次数的增多,崩解度无明显反弹现象,说明已崩解完全。由试验过程描述可知,试样在初崩时刻现象不明显,崩解是慢慢进行的,从开始冒气泡到微裂纹继续扩展。随着在静水中浸泡时间的增加,导致微裂纹继续增大,随后可见有岩屑、煤屑崩解,混入水中,大多悬浮停于试样表面,还可见有小的岩块脱离试样表面,沉于水底。第二次循环崩解试样为第一次的未崩解物,有较少裂隙存在,整体较完整,因此崩解现象不明显,到第三次时所取的未崩解物,几乎完整,不存在较明显的裂隙,因此试验过程几乎无崩解,从而也得出结论为泥质粉砂岩崩解性差。
镜下鉴定3#-3为条带状粉砂质泥岩,6#-3为粉砂质泥质岩,含泥较多,但经过3次循环崩解后崩解度急剧下降,说明在试样表层含泥在第一次崩解过程中已泥化,内部为泥质粉砂岩,含泥较少,已很难崩解。
3.软岩崩解试验成果分析
根据崩解试验的现象、崩解物形态将该区软岩的浸水崩解破坏形式进行以下分类。
A类:泥糊状破坏,完全崩解,崩解时间短,崩解现象非常明显(一般含泥较重)。
B类:碎屑状破坏,其碎屑直径1～5mm;崩解现象较明显。
C类:角砾状破坏,角砾直径5～10mm;崩解现象存在,少量崩解物。
D类:碎块状破坏,碎块直径大于10mm;崩解不明显,有极少量崩解物。
E类:浸水稳定,不破坏;随时间增加,崩解仍稳定,几乎无崩解性。
根据颗粒筛分结果及上述分类依据,各软岩岩组具体分类及崩解度范围见表4-5。从表中可以看出,炭质页岩与泥化夹层极易崩解,属于A类,遇水易产生崩解,破坏后含水量会显著增大,其吸水率可以超过液限,原岩强度完全丧失,属遇水极不稳定的岩石。泥质粉砂岩与煤崩解性较差,属于B、C、D类,属遇水较不稳定岩石,无E类。
表4-5 软岩崩解试验成果表
续表
通过试验分析,枢纽区内发育的几种典型软岩,均属于遇水不稳定岩石。在崩解过程中,化学性质没有变化,只是强度迅速降低,表面上与岩石的风化相似,但变化过程短暂。时间越长,崩解越彻底,且经过有限的时间后,呈稳定状态。在工程施工中除注意防止其失稳外,在支护工作方面要予以特别加强。
❸ 软土地基的处理措施
1、强夯法处理。强夯法是利用重锤自由落下的巨大冲力能所产生地冲击波反复夯击地基土,将夯面以下一定深度地土层夯实,以提高地基的承载力和土体的稳定性,降低压缩性。由于夯击能力大,加固深度也大。对于一般的软土地基加固有着良好的效果。现在常用的强夯技术加固软土地基的方法有:挤密碎石桩加夯法、砂桩加夯法、真空/堆载预压加强夯、强夯碎石墩。
2、粉煤灰应用法。粉煤灰具有容量小,渗透性好,有较高的静力抗剪强度,较低的压缩性,与石灰等碱性物质产生水化反应后产生凝硬性。根据软土地基存在的弱点,利用粉煤灰可处理软土地基。粉煤灰应用的主要有二灰桩,粉煤灰混凝土桩,粉煤灰固结桩等,与土体形成复合地基加固深层软土地基。
2.1二灰桩法。(1)以粉煤灰为主的二灰桩,主要是对软土地基产生挤密和置换作用。用于软土地基加固时,使复合地基承载力较天然地基承载力提高了142%,桩间土承载力提高了46%。(2)以石灰为主的石灰—粉煤灰桩,配比为粉煤灰:生石灰=3:7-1:9,主要对地基产生置换,成孔挤密,膨胀挤密,脱水挤密和胶凝作用。
2.2粉煤灰固结桩。在软土地基中采用粉煤灰固结桩,具有成型可靠,形状任意选择,造价低廉,改良地基的效果好,抗变形能力强,桩体密实度高等优点。粉煤灰固结桩由粉煤灰,石膏,水泥加水而成,加压注入尼龙袋中,挤密周围土体,必要注浆管可上下反复二次压浆,尼龙袋具有模板,过滤脱水,加压和增强等作用,由于灌注加压排水措施,尼龙袋微孔在灰浆向外渗出的过程中,水只能向外渗,并被隔离在袋外,形成固结硬化均匀的桩体。
2.3粉煤灰混凝土桩。粉煤灰混凝土桩由粉煤灰,碎石,中粗砂和水泥组成,在软土地区采用钻孔压浆工艺施工粉煤灰混凝土桩时,必须使混凝土的塌落度达到140-180mm,且碎石最大粒径为1-3cm,为保证桩身强度和降低成本,掺入35%-45%中粗砂作为细骨料。粉煤灰桩和桩间土一起通过铺设在其上的褥垫层形成复合地基,其承载力的提高具有很大的可调性,沉降变形小,造价低。加入粉煤灰后,使桩体具有明显的后期强度。根据其桩身强度较高的特点,在软土地基中采用就可得到更高的承载力。
3、水泥土粉喷桩法。粉喷桩与周围的土体形成复合地基,与土体结合紧密,承载能力较大,其桩体上存在应力集中现象,大部分荷载由桩体承担,桩间土上的应力相应的减少,使复合地基承载力较原土层有所提高,沉降量有所降低。采用该法加固软土地基时,水泥粉具有较大的吸水,发热和膨胀作用,对桩间土起到一定的加固作用,同样提高复合地基的强度。
在利用水泥土粉喷桩加固软土地基时,需考虑各种因素对加固强度的影响:①要以水泥粉为加固料,其强度最高;②搅拌时间为2min时就可以达到最佳的搅拌效果,若搅拌时间太长,强度会有所降低,若搅拌的时间未达到2min时,强度会很低;③置换率越高,强度越高,而随着龄期的增加,强度大致呈线性增加;④当含水量为某值时,桩体的强度达到最高,一般桩体的需水量为4kg/m。
4、振冲法。在软土地基中应用振冲法,就是在地基中嵌入一根根砂石桩柱,形成一种复合地基,这种地基的承载力标准应根据现场复合地基荷载试验确定。振冲法就是利用振冲器的振动力和水冲作用形成连续的孔洞,直至设计的加固深度。
5、渣土桩法。在加固过程中,由于重锤的冲击能造成一系列压缩波,使土体内出现排水网络,土的渗透性骤然增大,孔隙水迅速排出,孔隙压力很快消散,从而产生瞬时沉降,使土体压密,强度提高;同时重锤的冲击作用使填料向夯击方向和侧向挤密,从而对其周围的土体产生挤密加固作用,形成一个自内向外的挤密圈。在挤密过程中,周围土体的孔隙水压力随之增高,形成超静孔隙水压力。根据巴伦固结原理因为固结时间与排水距离的平方成正比,所以,增加排水途径,缩短排水距离,才能加速软土固结,提高地基承载力。加固柱体本身与软基有不同强度,它既是软土固结的排水体,又是基础的渣土桩。渣土桩和挤密后的地基土共同组成复合地基,从而提高地基强度并减小地基变形。
6、排水固结法。目前公路软基的处理要综合考虑经济适用、稳妥可行、施工简便的方法。首选是排水固结,它通过在软土地基设置的竖向排水体,改变原有地基的边界条件,增加孔隙水的排除途径,大大缩短了固结时间,一般采用袋装砂井和塑料排水板配合砂垫层来达到上述目的。
7、复合地基处理法。复合地基是用专门机械将固化剂、水泥、石灰或掺加粉煤灰单一的或混合物喷出后,在地基深处就地与软土强制搅拌,利用固化剂和软土间发生的一系列物理化学作用,在原地基中形成强度、刚度较大的加固桩体,同时也使桩周土体性质得到改善,使桩体与桩间土体形成复合地基共同承担外部荷载,可实现稳定条件下的快速填土。这些加固土桩,不考虑加固土桩加快地基的排水固结速度和对地基的挤密作用,仅考虑桩的置换作用、应力集中效应,进而减少总沉降量。加固土桩按施工划分有拌和法和粉喷法。
❹ 求助泥岩基坑底排水措施
泥岩本身是相对隔水的地层，即使有裂隙或强烈风化，遇到水就裂隙堵塞，因此，把泥岩理解成不透水更合理。至于基坑涌水，本人认为不是从泥岩，估计源于泥岩以上的卵石层。开挖基坑前应该考虑降水，如果来水量太大，排不干或降不下，可能需要考虑截渗堵水方案。当然可以考虑降水+ 少量灌浆帷幕方案，以卵石层为主要灌浆地层。要特别注意，如果卵石层有地下水涌出，后果是可能带出来砂和细粒土 - 产生机械管涌，从而出现地层损失，引起地面沉降！比降水本身引起的地面沉降大很多。因此，要引起重视。基坑里应该设立排水系统和集水井，集中排出；基坑底部应该预留200 - 300mm厚的地基土或岩石，为地基保护层。等施工前开挖，马上浇注混凝土，不让地基土长期浸泡在水里，特别是泥岩 - 遇水可能膨胀、软化甚至泥化。会迅速丧失应有强度。
❺ 什么是软土，软土地基处理的主要措施有哪些
软土【soft soil】是淤泥（muck）和淤泥质土（mucky soil）的总称。主要是由天然含水量大、压缩性高、承载能力低的淤泥沉积物及少量腐殖质所组成的土。软土是指滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、孔隙 比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土。具有天然含水量高、天 然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、 灵敏度高、扰动性大、透水性差、土层层状分布复杂、各层之间物 理力学性质相差较大等特点。
软基处理常用工法及其特点
软土地基处理的主要措施有
1、复合地基法：水泥土搅拌桩、粉喷桩、碎石桩等；缺点：造价较高
2、排水固结法
（1）塑料排水板联合堆载：工期长，效果不理想
（2）塑料排水板联合真空预压：工期90天以后，效果容易控制，成本低
3、强夯法：缺点：质量不可控，易形成“弹簧土”。
4、无排水砂垫层真空预压：新型工法，工期短 造价低 成本比塑料排水板联合真空预压节约三分之一，效果可靠
施工现场常用处理软土路基方法
在施工中经常碰到的情况多数不是软土地基，因为如果有软土地基一般情况在设计时应该根据地质资料，提出处理方法。多数情况是有局部地段地质情况和原来设计不同，出现局部地基承载力达不到设计要求，或者由于局部地段含水量过大(原有排水系统不畅，原有地基土质渗水性不好)造成地基软弹(翻浆，弹簧土地段)。根据出现的这些情况一般常用的方法主要有：
1、换填。这是最常用的方法。这种方法最大有效处理深度3米。采用人工或机械挖除路堤下全部软土，换填强度较高的粘性土或砂、砾、卵石、片石等渗水性材料。换填的深度要根据承载力确定。
2、抛石填筑。就是在有软土或弹簧土以及有积水的路段填石头，填石的高度以露出要处理的路段原有土层(或积水)高度为宜。在填石的过程中注意一定要用推土机把石块压实，不能出现软弹现象。然后再填筑土方。
3、盲沟。就是在要处理的路段根据要处理的路段的长度，在横向或纵向挖盲沟，盲沟通常用渗水性大孔隙填料或片石砌筑而成。也可以填入不同级配的石块起到排水的功能。注意盲沟的出口要与排水沟连接，以便把路基中的水排出路基。
4、排水砂垫层。排水砂垫层是在路堤底部地面上铺设一层砂层，作用是在软土顶面增加一个排水面，在填土的过程中，荷载逐渐增加，促使软土地基排水固结渗出的水就可以从砂垫层中排走。为确保砂垫层能通畅排水，要采用渗水性良好的材料。砂垫层一般的厚度为0.6～1.0米。为了保证砂垫层的渗水作用，在砂垫层上应该填一层粘性土封住水不让水返上路基。在路基两侧要修好排水沟，通过砂垫层渗出的水通过排水沟排出路基外，保持路基的稳定。
5、石灰浅坑法。由于粘性土含水量影响，施工中经常出现“弹簧土”松软现象。一般较轻的可以采用挖土晒干，敲碎回填的方法：“石灰浅坑法”可以用于各种不同面积的路段(就是说大面积可以使用，小面积也可以使用)。具体做法是：挖40～50cm方形或圆形，深一般1m上下的坑，清除坑内的渗水(最好挖好坑后，第二天清除渗水)，放入深为坑深1/3的生石灰，即可回填碾压。坑的行距和坑距在轻度弹簧路段为5～6m，在严重弹簧路段为3～4m。
软基处理广泛地应用在我国沿海及内地。例如：天津、连云港、上海、杭州、宁波、温州、福州、厦门、湛江，广州等沿海地区，以及昆明、武汉、南京等内地地区。特别是填海的一些地区，一般建筑前都需要进行勘测，然后进行软基处理，否则存在很大的风险和后患。