基于渗透理论谈淤泥土的排水加固

2022-09-12

软土是指在静水或缓流环境中 (滨海、湖沼、谷地、河滩等) 近代沉积的细粒土。主要指淤泥和淤泥质土, 这类土孔隙率大、含水率高。

工程建设中, 经常不可避免遇到软土地基, 这类地基很难满足建筑物有关地基强度和变形的要求。在软弱地基上修建建筑物时, 必须对其进行加固处理。因我省的软基分布较多, 且居多是淤泥类的软土, 排水固结法是软基处理使用较广的一种方法。土的排水固结与土的工程性质有着密切的关系, 搞清淤泥土的工程性质对正确选择其加固的方案有着重要的意义。

1 淤泥工程性质

1.1 淤泥土物质组成

从整体上看淤泥土的粘粒含量比较高, 比表面积较大, 同时土体孔隙溶液中离子的浓度也较一般的土高。这种土具有较高的天然含水量和液、塑限。

福厦高速软土路段软土深度约0m~20m, 厚度约0m~19m。多数路段表层有一层硬壳层, 厚度从0.5m~5m不等, 以1m~3m为主, 土性以粘土或亚粘土为主。下卧层多为厚层 (砂质) 粘性土, 局部为砂层或卵石。软土层主要为淤泥或淤泥质粘土, 局部路段淤泥中含有一定量的砂土或夹砂层, 淤泥含水量为60%~70%, 孔隙比多在1.65~1.85之间。

1.2 淤泥中的孔隙

排水加固方法中淤泥的渗透系数、固结系数起着决定性的作用, 而土体的压缩性和渗透性又与土体的孔隙率直接相关。淤泥土是一类高孔隙率的土体, 根据土体中孔隙的存在方式和所起的作用, 孔隙可分为三种类型:孤立孔隙、粒间孔隙和粒内孔隙。这些孔隙的大小和形状直接影响着淤泥的性质。

孤立孔隙的直径较大, 分布不连续, 数量也比较少, 其连贯性较差, 所以对淤泥渗透性的影响较小, 但对土的固结有影响。粒间孔隙分布广, 数量多, 连贯性好, 它对淤泥的渗透与固结性起着决定性的作用。粒间孔隙直径小, 数量多, 一般对土的渗透性、固结影响较小。

2 淤泥土渗透性

福厦高速软土路段旧地基处理以袋装砂井、塑料排水板为主, 现拓宽软基处理中排水固结也是其中的方法之一。大量的工程实践中, 可以发现在不同的工程路段中排水固结的使用效果有很大的差异。淤泥土的渗透性能在这可以说起着决定性的作用。下面我们通过对淤泥土的渗压试验来分析。

2.1 压力的影响

通过淤泥的渗压试验发现当压力较小时, 渗透系数K随压力的增加而急剧的下降, 随着压力的继续增大, 慢慢变缓。 (详见图1) 根据现有的现场施工实践, 我们也可以发现如果选择预压加固的方法, 一般刚开始效果比较显著。这是由于淤泥土受压后首先排出的是淤泥中孤立孔隙与粒间孔隙中的自由水, 从而使土体孔隙比迅速变小。孔隙水的渗流不是通过土的整个截面, 而仅是通过该截面内土粒间的孔隙, 故渗透系数快速下降, 随着压力的继续增大, 自由水渐渐排完, 后面排出的就主要是结合水, 结合水有一定的抗剪强度, 当压力超过时水才会排出。根据库伦定律, 随着为力的增大, 结合水的抗剪强度亦增大, 故渗透系数慢慢变缓。

2.2 淤泥颗粒的成分及矿物成分的影响

淤泥颗粒大小、形状及级配会影响土的孔隙大小及形状, 故影响土的渗透性。淤泥中土粒的颗粒越粗、越浑圆、越均匀, 渗透性越大。

矿物成分对淤泥的影响较大, 特别是淤泥质粘土, 如含有亲水性较大的粘土矿物或有机质时, 由于其具有的膨胀性, 就大大降低了土的渗透性。大量的试验和实践证明, 含有大量有机质的淤泥几乎是不透水的。淤泥质粘土如钠离子含量较高, 会使土颗粒的扩散层变厚, 渗透性就降低了。

2.3 淤泥液限的影响

某淤泥软基处理, 用了预压排固结法, 一个场地效果良好, 但另一场地效果不佳。分其原因, 两个场地的淤泥的液限有较大差别, 一个场地淤泥的液限为62%, 加固后淤泥的含水量还是高达61%左右。而另一场地淤泥的液限在37%, 受压后淤泥土的含水量由54%下降到了37.5%。加固前两个场地的含水量均大于其液限, 加固后的含水量正好在其液限的附近。

当土体的含水量靠近或低于液限时, 孔隙中的水主要是由具有抗剪强度的结合水组成, 这同样决定了当淤泥中的水排至一定程度及含水量接近液限时, 要用预压法加固已经没什么用处了, 排不出什么水。