土工合成材料在盐渍土地基处理中的应用

王 刘 星

(中煤科工集团北京华宇工程有限公司，河南 平顶山 467099)

土工合成材料在盐渍土地基处理中的应用

王 刘 星

(中煤科工集团北京华宇工程有限公司，河南 平顶山 467099)

以新疆某选煤厂末煤仓的地基处理为例，对土工合成材料在盐渍土地基处理中的应用进行了分析研究，结果表明加筋垫层结合复合土工膜防水技术在盐渍土地基处理中经济可行、效果理想。

土工合成材料，加筋垫层，复合土工膜，盐渍土，地基处理

0 引言

土工合成材料加筋垫层是在基础下的一定深度范围土体内水平铺设适当的抗拉加筋材料，如土工织物、土工格栅等，利用铺设在土体中的筋材扩散土体中的应力，均化地基应力，减少不均匀沉降，提高地基的稳定性，并在一定程度上减少地基的最大沉降量[1，2]。复合土工膜具有强度高，延伸性能较好，耐老化，耐酸碱，抗腐蚀，防渗性能好等特性，且运输方便、价格低廉，在各种防水工程中得到广泛的应用[3]。土工膜、土工格栅、土工筋带等土工合成材料在岩土工程中已经得到广泛的应用和研究，积累了较多的工程经验，但以往的工程研究多限于对软弱地基的处理或单纯的防水工程[4-6]，对于土工材料在盐渍土地基处理中的应用研究较少[7，8]。

文章以新疆某选煤厂末煤仓的地基处理为例，对土工合成材料在盐渍土地区地基处理中的应用进行了分析研究。

1 工程概况

新疆某选煤厂位于昌吉市，为矿井型动力煤选煤厂，设计生产规模为300万t/年，其主要建(构)筑物有主厂房、末煤仓、原煤仓、连接栈桥等。其中末煤仓(筒仓)2个，设计筒仓直径22 m，高度39 m，筏板基础，基础埋深4 m，基底压力的标准组合值330 kPa。

2 场地地质条件

该场地内地层自上至下为：①层填土，主要由煤块、矸石、砾石夹杂粉土组成，堆积时间小于5年，较松散；②层混合土，由薄层粉土、中粗砂、砾砂呈小于15 cm的层状交错混合构成，局部夹粉土透镜体，稍密～中密；③层圆砾，一般粒径为2 mm～10 mm，最大粒径40 mm～100 mm，以圆形～亚圆形为主，充填物主要以细砂、中粗砂为主，中密～密实。末煤仓处地层剖面如图1所示。

3 末煤仓地基基础方案

3.1 原设计方案

末煤仓基底标高约在自然地面下4 m，即基底持力层为②层混合土，由于②层混合土具有溶陷性且承载力较低，不能直接作为末煤仓的持力层，即天然地基不能满足设计要求。

由于末煤仓对地基的承载力要求较大，且②层混合土下面存在着工程性质较好的③层圆砾，是良好的桩端持力层，故勘察报告建议末煤仓采用桩基础，以③层圆砾作为桩端持力层。根据勘察报告建议，对末煤仓进行了桩基设计，设计桩端持力层为③层圆砾，桩径800 mm，有效桩长20 m，两个筒仓共布桩114根，根据当地桩基施工市场单价(以桩体积计，综合单价约1 700 m3)，预算桩基工程造价约194.8万元，工期约50 d。

3.2 方案的优化

为进一步确定②层混合土的地基承载力，基坑开挖后，对基底以下②层混合土进行了现场浸水载荷试验，试验位置为基底以下2 m处。检测结果表明：浸水压力为320 kPa时，附加湿陷量为3.10 cm，湿陷系数0.03；在不考虑管道跑水、地表水入渗等因素时，地基以下2 m处的地基承载力可按270 kPa考虑。

因②层混合土属亚硫酸盐盐渍土，其遇水主要表现是盐胀，而本场地地基土含盐量较小(平均仅为0.434%)，且上部荷载较大(末煤仓基底压力330 kPa)，硫酸盐的盐胀作用可以不计。根据现场实测结果，场地总溶陷量较小，故采取适当的防排水措施后，可以考虑采用加筋砂石垫层的地基处理方案；根据已有工程经验，加筋砂石垫层承载力可达400 kPa，鉴于其下部存在②层混合土，若采用换填方案，需进行下卧层②层混合土承载力验算。设计加筋砂石垫层厚度按2 m，换填后软弱下卧层②层混合土的承载力验算如下[9](按矩形基础扩散理论)：

其中，pz为相应于作用的标准组合时，软弱下卧层顶面处的附加压力值，kPa；p为相应于作用的标准组合时，基础底面处的平均压力值，p=330 kPa；b，l分别为矩形基础或条形基础底边的宽度和长度，b=l=22 m；pc为基础底面处土的自重压力值，pc=76.8 kPa；z为基础底面至软弱下卧层顶面的距离，z=2 m；θ为地基压力扩散线与垂直线的夹角，θ=35°；由上式计算得，pz=199.2 kPa，软弱下卧层顶面土的自重压力pcz=116.8 kPa；故软弱下卧层(②层土)顶面的总压力值为Pk=pz+pcz=316 kPa。

软弱下卧层(②层土)经深度修正后的承载力特征值如下：

fa=fak+ηdγm(d-0.5)。

其中，fa为软弱下卧层天然地基承载力特征值，fa=270 kPa；d为软弱下卧层顶界面的埋深，d=6 m；ηd为地基承载力深度修正系数，取1.5；γm为修正深度内软弱下卧层顶面以上土的重度加权平均值，γm=19.2 kN/m3。

经计算修正后的软弱下卧层(②层土)承载力特征值为fa=428.4 kPa，Pk

3.3 “加筋砂石换填+复合土工膜防水”设计方案

根据分析结果，采用“换填+防水”的地基处理方案是可行的。根据现场实际情况，最终对末煤仓采用“加筋砂石换填+复合土工膜防水”的地基处理方案。设计换填垫层厚度2 m，换填方量约3 300 m3，预算换填工程造价约42.9万元，比原桩基方案节省造价约151.9万元，预计施工工期约20 d，比原桩基方案节省工期约30 d。

垫层设筋带3层，筋带呈方格网状编织，间距500 mm×500 mm，筋带竖向间距400 mm，距离加筋垫层顶部300 mm处铺设复合土工膜防水，并设置200 mm厚的褥垫层(中粗砂)，换填垫层底边界距离基础边线不小于1 700 mm，换填剖面如图2所示。

3.4 工程实施

该工程地基处理的施工工艺主要包括砂卵石垫层的铺设、土工筋带的铺设及复合土工膜的铺设。

3.4.1 材料选型

换填材料采用天然级配砂卵石，最大粒径不大于10 cm；加筋材料采用SBJD/GF塑玻土工复合筋带，筋带规格为2.5 mm×50 mm；复合土工膜采用SN2/PE-16-600-0.5土工膜[10]。

3.4.2 砂卵石垫层的铺设

首先将基底表面浮土、杂物清理干净，然后运送砂卵石料至基坑中，逐层铺设碾压，分层压实厚度400 mm，每次虚铺厚度300 mm，压实系数不小于0.97。采用12 t振动压路机碾压，碾压次数不小于6遍，相邻碾压轮迹须重合一半，不得漏压，最后两次碾压沉落差应小于1 mm。

3.4.3 土工筋带的铺设

铺设筋带前，须用砂将基层表面凸凹不平处找平；筋带铺设前要进行调直，不得出现扭曲、褶皱、重叠等现象；土工复合筋带采用双向方格网状铺设，筋带的连接采用搭接法，搭接长度不小于1.0 m，垫层边缘处，筋带应反包回折压入垫层，端头回折伸入基础下不小于0.5 m，边缘回折处用土工胞腔式砂石袋压实。筋带不得在日光下曝晒或长时间裸露，筋带铺完后铺设20 mm厚砂层保护，防止碾压时砂石对筋带造成破坏，并尽快施工上层砂石垫层。

3.4.4 复合土工膜的铺设

防水复合土工膜距离换填垫层顶部300 mm，其上下各铺设10 cm粗砂作为防护层；土工膜采用波浪形松弛方式铺设，留设富余度约为1.5%，基坑边缘处土工膜沿基坑壁上翻不少于500 mm；土工膜的拼接采用热熔焊接，搭接宽度不小于20 cm，并采用目测法和真空法现场拼接检漏，补漏面积不小于破坏面积的4倍，边长不小于1.0 m。

3.5 地基处理效果检验

3.5.1 地基承载力检测

换填垫层施工完成后，对换填后的地基进行了地基承载力检测，检测方法采用静力载荷试验，使用圆形承压板，承压板面积1.0 m2，共布置检测点3个。根据现场检测结果，3个检测点的承载力均大于400 kPa，换填地基承载力满足设计要求。

3.5.2 地基变形监测

主要对末煤仓进行了沉降观测，根据末煤仓上设置的沉降监测点，对末煤仓施工过程中及竣工后进行了沉降观测。根据监测结果，末煤仓最终沉降量20.25 mm，整体倾斜小于0.000 2。

根据地基检验结果可知，末煤仓地基经处理后，承载力高，沉降小，地基工程性质得到明显改善，地基处理结果满足设计及规范要求，处理效果理想。

4 结语

1)在地基基础工程中，与桩基方案相比，“加筋砂石换填+复合土工膜防水”方案具有明显的经济优势，并且施工简易、安全高效。

2)“加筋砂石换填+复合土工膜防水”方案中，土工材料与砂石垫层的工程特性得到合理结合，既提高了地基承载力，又避免了地基土受浸水的影响，保证了末煤仓地基处理的安全性与可靠性，地基处理效果理想，同时也为条件相近的盐渍土地区地基处理提供了借鉴依据。

3)在地基土容易受浸水影响且承载力较低的盐渍土地区，土工合成材料可以与灰土垫层、砂石垫层组合设计，充分发挥“防水”与“提高承载力”的作用，该课题可以作为下一步的研究工作，丰富盐渍土地区的地基处理理论体系。

[1] 付志前，王广月，姜 萍，等.土工合成材料加筋垫层的应用研究[J].山东大学学报(工学版)，2003，33(5)：568-571.

[2] 施有志.加筋地基承载力的计算方法[J].土工基础，2007，21(1)：59-62.

[3] 贾知明，李 涛.复合土工膜防渗结构设计及施工工艺探讨[J].中国西部科技，2010，9(3)：54-55.

[4] 赵爱萍.加筋复合砂石垫层在软弱地基中的应用[J].山西建筑，2003，29(16)：20-21.

[5] 师一鹏.复合土工膜在防渗工程中的应用[J].甘肃科技，2006，22(6)：164-165.

[6] 王党在.复合土工膜防渗体在高土石坝中的应用研究[D].西安：西安理工大学，2005.

[7] GB/T 50942—2014，盐渍土地区建筑技术规范[S].

[8] 徐攸在，史桃开.盐渍土地基的处理方法[J].工业建筑，1991(3)：7-12.

[9] JGJ 79—2012，建筑地基处理技术规范[S].

[10] GB 50290—98，土工合成材料应用技术规范[S].

The application of geosynthetics in saline soil ground treatment

Wang Liuxing

(BeijingHuayuEngineeringCompanyLimited，ChinaCoalEngineeringandTechnologyGroup，Pingdingshan467099，China)

Taking the ground treatment of slack coal bunker in the coal separating plant in Xinjiang as an example， it analyzed the application of geosynthetics in saline soil ground treatment， the results show that the technology of reinforced cushion combination with composite geomembrane waterproofing in saline soil ground treatment has an ideal effect and economic benefits.

geosynthetics， reinforcement cushion， composite geomembrane， saline soil， ground treatment

2015-06-30

王刘星(1988- )，男，硕士，助理工程师

1009-6825(2015)25-0098-03

TU448

A