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印尼Dumai滨海软土的工程特性研究

更新时间:2016-07-05

1 概述

Dumai市位于印度尼西亚苏门答腊岛北部廖内省,北侧濒临Dumai海峡,Dumai滨海地区广泛分布深厚的海相软土。软土具有含水量高、压缩性高、沉降变形大、强度低和稳定性差的特点,不利于工程建设。目前,学者对广州软土、江苏海相软土、珠江三角洲海陆交互相软土、宁波海相软土、深圳软土、三亚软土和连云港海相软土的工程特性进行了广泛研究,研究成果对指导工程建设具有重要意义,但有关东南亚地区滨海软土的研究相对较少。随着我国“一带一路”倡议的推进和印度尼西亚经济的发展需要,Dumai地区的工程建设项目逐步增多,鉴于软土对工程建设具有重大影响,研究该地区滨海软土的工程特性及相应的地基处理方法则具有重要的理论和实际意义。

本文对Dumai 2×135 MW燃煤电站工程中软土的试验数据进行统计,并与我国部分沿海地区软土特性进行对比,总结出Dumai滨海软土的工程特性,并分析Dumai滨海软土存在的主要工程地质问题,探讨了适用于Dumai滨海软土的地基处理方法。

2 软土的工程特性

2.1 成因及分布规律

Dumai市区域地貌以冲积平原和海岸堆积平地为主,滨海地区基岩埋深一般大于80m,具有深厚的第四纪沉积物,主要成分为淤泥、淤泥质土、粘土、粉质粘土和粉细砂。地表广泛分布一层海相淤泥,其中含有较多未腐烂的树木和腐殖质,下部地层为海相成因的淤泥质土、粉质粘土和粉细砂。软土主要包括海相淤泥和淤泥质土,以灰色、棕褐色为主,呈流塑状,含有机质、树木残骸及珊瑚礁碎屑,夹有薄层粉土、粉砂。该层软土在平面和空间上分布不均匀,一般厚6~15 m,局部地段厚度超过20 m。

2.2 物理力学指标与工程特性

表1列出了Dumai滨海软土的物理力学性质指标,表2列出了我国部分沿海地区软土的物理力学性质指标,通过对比分析,得出Dumai滨海软土的工程特性如下。

(1)高含水量、低重度、高液限。Dumai滨海软土的含水量平均值为68.6%,高于我国沿海地区软土的含水量。由于Dumai滨海软土中含有较多未腐烂的树木残骸和腐殖质,造成其重度平均值为11.2 kN/m3,远小于我国沿海地区软土的重度。

(2)高孔隙比、高压缩性、低渗透性。Dumai滨海软土的孔隙比平均值为2.650,压缩系数平均值为2.8 MPa-1,孔隙比和压缩性均高于我国沿海地区软土。Dumai滨海软土的渗透系数平均值为2.43×10-7 cm/s,具有一般软土的低渗透性特征。

表1 Dumai滨海软土的物理力学性质指标

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表2 我国部分沿海地区软土的物理力学性质指标

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Dumai滨海软土塑性指数与液限的关系见图1。塑性指数与液限的回归方程见式(1)。

(4)塑性指数与液限的关系

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(3)抗剪强度低。Dumai滨海软土的内摩擦角一般为2~4°,粘聚力一般为10~28 kPa。标准贯入试验击数一般为1~2击。说明该类软土地基承载力低、抗剪强度低,颗粒主要以粘粒为主,抗剪强度以粘聚力为主,内摩擦角很小。

不同地区软土特性有一定差异,我国部分地区软土塑性指数与液限关系统计见表3。

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表3 国内部分沿海地区软土塑性指数Ip与液限ωL的回归方程[10,13]

地区 回归方程 地区 回归方程上海 IP=0.78(ωL-18.2) 浙江沿海 IP=0.59(ωL-11.0)天津 IP=0.68(ωL-12.5) 广东沿海 IP=0.56(ωL-8.1)连云港 IP=0.62(ωL-10.7) 国家标准 IP=0.73(ωL-20)

(2)预压法:分为堆载预压、真空预压和真空-堆载联合预压法。在软土中设置塑料排水板或袋装砂井作为竖向排水通道,当工期要求高时,可采用真空-堆载联合预压法,通过排水固结提高软土的承载力、减少沉降量,可适用于对变形要求不高的轻型建筑物、堆场、地坪和道路,目前,堆载预压在Dumai地区有应用实例。

图1 Dumai滨海软土塑性图

3 地基处理方法探讨

3.1 工程地质问题

Dumai滨海软土厚度一般大于6m,具有天然含水量高、孔隙比大、重度低、压缩性高、强度低、渗透性差等特点,在该类软土地区进行工程建设时,将遇到以下工程地质问题。

(1)地基承载力低。Dumai软土的无侧限抗压强度和抗剪强度很低,具有较大的孔隙比,压缩性高,在附加荷载作用下将产生较大的变形,从强度和变形两方面考虑,该类软土的承载力很低,不宜作为建筑物的地基持力层。

(1)换填垫层法:将上部一定厚度软土挖除,底部进行抛石挤淤,在块石层上采用砂砾石、粘土、碎石土等分层碾压回填,形成强度较高的换填垫层,减小下卧层的附加应力和压缩变形量,适用于对变形要求不高的轻型建筑物、堆场、地坪和道路,工期较短、施工方便,换填深度不宜超过6.0 m。该方法是目前Dumai地区最为常用的一种地基处理方法。

针对Dumai滨海软土的工程特性和存在的工程地质问题,讨论地基处理方案如下。

(3)软土震陷。Dumai地区在50 a超越概率10%的地表地震动峰值加速度为0.25 g,相当于中国抗震设防烈度为8度,在地震作用下,Dumai滨海软土可能发生震陷,引起建筑物局部或整体沉陷而造成破坏。

3.2 地基处理方法

(2)工后沉降大、固结时间长。该类软土的渗透性极差,排水固结时间很长,一般需要几年或数十年才能完成固结过程,而大部分沉降将在工程完工后发生,极易发生沉降过大、不均匀变形而引起建筑物开裂。由于表层淤泥中含有未腐烂的树木残骸,腐烂过程仍将继续发展,在长期的腐烂、分解作用下,土体结构将发生变化,可能导致不均匀沉降发生。

(2)体现“综合性、设计性”课程特点.机械设计作为一门设计性、实践性、综合性、应用性课程,在课程质量标准中,应把学生具有课程知识的综合应用能力、一定的实践设计能力作为一项重要质量要求,并要求在课程教学过程中有具体的教学环节的体现(如本课程质量标准中的阶段性项目设计).通过针对性教学环节的设置来训练学生综合应用已学的机械制图、工程力学、机械原理、材料及热处理、互换性与测量技术、机械设计等课程知识的能力,培养学生的设计技能和设计素养,建构起真正属于学生自己的知识和技能[2].

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式(1)与国家标准《土的分类标准》中的塑性图关系较为接近,由于该类软土的液限多大于50%,按照土的工程分类,可将Dumai滨海软土定名为CH(高液限粘土),说明该类软土中粘粒成分对土的工程性质起主导作用。

(3)桩基:采用桩基穿透软土层,桩端置于下部强度较高的土层中,适用于各类建构筑物。桩长根据荷载大小、地层分布、沉降控制等综合确定。在Dumai地区桩基应用十分普遍,常用的桩基类型为预制方桩和PHC管桩,一般采用锤击法沉桩。

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(4)木桩:该方法将木桩打入软土中,在桩顶设置碎石或块石垫层,利用木桩与桩周土构成复合地基共同承担上部荷载。木桩将桩顶荷载有效传递至深部地层中,并可对桩周土产生挤密作用,可提高复合地基的承载力、减小沉降变形。该方法适用于轻型建筑物、小型堆场、地坪和道路,在Dumai地区具有应用实例。

4 结论

(1)Dumai滨海地区广泛分布一层海相软土,包括淤泥和淤泥质粘土,属于高液限粘土,含有未腐烂的树木和腐殖质,以灰色、棕褐色为主,呈流塑状,夹薄层粉土、粉砂。具有天然含水量高、孔隙比大、重度低、强度低、压缩性高和渗透性差的特性。

(2)Dumai滨海软土的天然地基承载力低、工后沉降大,排水固结周期长,在地震作用下可能发生震陷,未经处理的软土不宜作为建构筑物的地基持力层。

分析方法:采用SPSS19.0软件对数据进行描述性分析、各项检验和因子分析。先通过因子分析测算企业价值共创体系价值创造能力的综合值,再进一步明确价值创造能力的结构和主要成分。

(3)该类软土可采用换填垫层法、预压法、桩基础、木桩和水泥土搅拌桩进行地基处理,具体方法的选用要根据建筑物的使用要求、沉降要求、荷载等级及软土的分布等综合确定,具体工程需通过技术经济对比后确定适宜的地基处理方法。

参考文献

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张明瑞,胡孔飞,马克刚
《电力勘测设计》 2018年第05期
《电力勘测设计》2018年第05期文献

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