軟土真空預壓處理有效性的宏微觀分析

2015-01-25 莫海鴻華南理工大學土木與交通學院

　　地基處理前分析軟土宏微觀性質對預測真空預壓法處理的有效性具有重要意義。通過室內宏微觀試驗，對珠海金灣地區(qū)軟土礦物成分、比表面積，以及固結前后的微觀結構、孔隙特征等進行分析和研究，得出土體結合水量、強度指標等影響真空預壓法處理效果的關鍵因素。研究結果表明，珠海金灣軟土黏土礦物成分含量不高，且黏膠粒占50%，比表面積較黏土礦物小;顆粒呈曲片絮凝狀疊聚體，固結變形后出現(xiàn)團聚現(xiàn)象，孔隙壓密，無顆粒破碎形狀變化;微孔隙尺寸分布主要為400 nm

　　引言

　　真空預壓法是軟土地基加固較為有效的處理方式之一，可以很好地解決地基的穩(wěn)定問題并能在短期內一次性將荷載加上去而不會失穩(wěn)從而縮短工期，具有明顯的經濟和社會效益。

　　目前對于真空預壓法處理后的土體強度變化、孔隙水壓力變化、微觀對比幾種固結法的效果，以及相關理論、技術都有一定的研究。但對于真空預壓法的加固效果方面的研究仍然存在許多疑問，需要從土體的微觀性質角度本質地去認識土體表現(xiàn)出的宏觀工程性質，同時把握土體基本的沉積條件。

　　真空預壓法屬于排水固結法的一種，處理的效果關鍵取決于軟土中自由水的排出，以及土體強度(承載力)的提高。在軟土顆粒細小，比表面積大，黏性強，黏聚力很大的性質條件下，真空預壓固結法的效果會大大降低，較多強結合水的存在會導致排水效果差，土體強度難以達到要求。因此真空技術網(wǎng)(http://www.mp99x.cn/)認為可以事先通過土體宏微觀性質分析去判定真空預壓法處理的有效性，從而使從宏微觀角度去研究真空預壓法處理的有效性具有很強的預見性和實用價值。

　　2、試樣的基本性質

　　試驗土樣取自廣東省珠海市金灣區(qū)珠海航空產業(yè)基地三區(qū)(典型的珠三角軟土區(qū)域)，該區(qū)域位于珠江下游，場地原始地貌單元屬濱海灘涂地貌，20世紀50 年代填海造地，原為甘蔗地，90 年代被征為建設用地。土樣較為均勻，為灰黑色淤泥，干強度高，韌性中等，呈飽和，流塑狀態(tài)，含少量貝殼和云母類物質。其物理力學性質如表1 所示。土樣天然含水率達58.7%，孔隙比為1.71，垂直滲透系數(shù)為1.4×10^-7 cm/s，且強度特征指標都較小。

　　對各軟土土樣進行X 射線衍射的物相分析，并用顆粒分析法將軟土試樣中各粒組分離，測得各深度試樣的顆粒大小分布，結果如表2 所示。珠海金灣軟土的礦物成分以石英為主，占到41.8%，其次為高嶺石、伊利石、蒙脫石、長石等，其中蒙脫石含量為8.5%，說明該土樣的黏土礦物含量并不高。同時試樣顆粒組成主要為黏粒和粉粒，黏粒(粒徑<0.005 mm)含量達到50%，粉粒(粒徑0.075～0.005mm)含量達到47.1%，其中膠粒(粒徑<0.002 mm)含量為30%，該軟土主要由細粒土組成，較少粗顆粒，且黏膠粒含量比例占到土體的50%。平均比表面積為161.1 m2/g，較純黏土礦物的比表面積小。由于蒙脫石礦物兩結構單元之間沒有氫鍵，相互的聯(lián)結弱，水分子可以進入兩晶胞之間，其親水性最大;伊利石晶格層組之間具有結合力，親水性低于蒙脫石;而高嶺石晶胞之間的距離不易改變，水分子不能進入，其親水性最小。因此蒙脫石和伊利石含量越高的軟土，對應的天然含水率越大，結合水量越多，真空預壓法處理效果越不明顯。

　　黏土礦物蒙脫石顆粒間主要靠黏滯性的結合水膜連接，靜吸附力高，顆粒間以潤滑摩擦為主，抗剪強度與內摩擦角很低而黏聚力較高;而非黏土礦物，如石英和長石的粒間直接接觸較多而吸附水膜很薄，靜吸附力非常微弱，主要靠直接摩擦和機械咬合力抵抗顆粒間的滑動，其抗剪強度與內摩擦角較高，但缺乏黏聚力;高嶺土的結合水膜厚度有限，顆粒之間也能形成較多的直接接觸而具有較高的抗剪強度和內摩擦角，由結合水膜產生的吸附作用和顆粒間直接接觸形成的機械咬合力共同提供了可觀的黏聚力。其中黏土礦物蒙脫石的含量相對其他非

　　黏土礦物會較大影響整個土體的性質。由珠海金灣軟土的黏土礦物成分、顆粒組分、以及比表面積等物理力學性質可以看出，該軟土的結合水膜具有一定厚度，但自由水的比例仍較大，真空預壓法處理的效果應仍比較明顯。

表1 軟土試樣的物理力學性質

軟土試樣的物理力學性質