摘要:环境岩土工程作为一门新兴的综合性学科,其研究内容跨越多个学术领域,问题复杂,半个世纪以来,全球经济高速发展带动了各类基础设施的建设,使土木工程活动与环境相互作用的深度和广度不断增加。目前仍处于不断探索、完善及发展阶段。该学科以应用岩土工程的理论、技术和方法为保护环境服务为宗旨,强调岩土体环境与建设活动相互关系的重要性,力求使工程项目实现社会、经济和环境三方效益的最优结合。
关键词:环境岩土工程;适宜性评价;建筑垃圾;地基加固
1 工程岩土环境宏观评价
环境岩土工程问题研究的本质和核心是预测,而预测是在了解环境系统运动和变化规律的基础上,对有可能产生未来影响的范围、程度、性质和状态及其后果所进行的估计和推测。为此需要全面分析评价与特定岩土工程问题密切关联的宏观环境条件,从其现状去预测工程活动将引起的各种环境岩土问题,一方面为开展环保工作作出整体规划,另一方面为解决具体岩土工程技术问题提供背景资料和控制指标。
珠三角位于珠江出海口的冲积平原上,地势低平、河网交错、土质肥沃,岩土地基大体上以沉积巨厚的软土及饱和细砂为主;水力资源丰富,但由于是西江、北江、东江汇合出海之地,常是洪水泛滥区。此外,广东的海岸带除珠三角和潮汕平原为构造沉降区外,其余基本是地壳构造上升区,这使珠三角受洪涝的影响更为严重。珠三角的水文特征可归纳为以下几点:
1.1 河汉密布,水道交错,呈网状水系。
1.2 河流流量大,水资源丰富。珠江年平均径流量为3412亿m3,仅次于长江,而为黄河的7倍。
1.3 河流量年内变化明显,年际变化小。
1.4 汛期长,分为以锋面降水为主的前汛期(4一6月)和以台风降水为主的后汛期。
珠三角各类灾害频发,环境恶化是主要根源,而人们对自然资源和环境的不合理开发则是导致环境恶化的基本因素。例如,沿海一些地区滥围滥垦,侵占滩地,加剧了洪涝灾害;盲目的工程开发出现了人为的地裂、地陷等。由于珠三角经济发达、人口密集,发生同样灾害要比经济落后的山区所造成的损失大得多,防灾减灾的重要性不言而喻。
2 建筑垃圾加固地基的应用处理
2.1 建筑垃圾减量化处理
由于道路建设、原有建筑物的拆除、平整场地、新建筑物施工中必要的修葺、材料运输散落、加工剩余物以及机械、天气因素造成的材料损坏或失效等客观原因,建筑垃圾的产生是不可避免的。事实上,根据时空相对性,建筑垃圾并非一无是处,像大学城建设这样一个大型项目,充分利用不同地域空间的特点和条件可以实现垃圾物尽其用并达到减量化、资源化的目的。环境岩土工程的一个工作内容就是研究固体废物的物理化学性质及其地质处置方法,例如土工指标、填埋场选址与设计、用建筑垃圾加固地基。
小谷围岛某建设场区软土层厚10一15m,由淤泥、淤泥质土、粉质粘性土和砂土组成,地基条件较差,且场区的地面标高未达到设计要求,不仅需要加固地基,还要进行大面积的填高。附近场区在施工中产生的5万吨建筑垃圾在此处正好发挥了回填和静预压的作用。铺平建筑垃圾后地面标高增加Zm,最大填土厚度3.sm,相当于在软土地基上外加约40kPa的预压荷载,3个月后软土固结沉降20Omm。
2.2 浅层换填处理
从建设场地的用途或建筑物的结构、体重、荷载及基础形式等因素出发,在地基持力层和下卧层满足设计要求的情况下,可首先考虑采用工期短、造价低、施工方法简便的浅层换填处理。其操作过程是挖除整片或局部浅部软弱土或不良土,回填经过分拣、破碎的建筑垃圾,并分层碾压夯实以提高承载力和减小变形。对于自然堆积多年的建筑垃圾地基,当成孔过程被一些体积较大的碎块阻碍而难以使用钻(挖)孔桩等深层加固方法时,浅层的压(夯)实就显得更为实用。
换填法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理,包括松散的杂填土、素填土、埋深较浅且层厚较薄的淤泥、淤泥质土。其作用机理是把强度高的建筑垃圾置换软弱土体,利用压实原理,通过机械碾压夯击使地基表面形成一个硬壳层,扩散应力,提高持力层的承载力,减少沉降量。建筑垃圾颗粒粗大,比表面积小,含薄膜水少,不具备塑性,良好的透水性不仅能阻断毛细水上升,在潮湿状态和环境下,垫层强度变化不大,稳定性好,而且也会加速软弱土层的排水固结,并能防止冻胀和消除膨胀土的胀缩。
图1渣土桩
如图1。最后在顶部铺设一层由碎砖、土组成的垫层,使地面荷载均匀的传递到桩上。渣土桩主要是通过成孔及成桩过程中对地基土的动力挤密作用、固结作用,夯填建筑垃圾的置换作用(物理置换)、生石灰的水化胶凝作用(化学置换)来加固软土地基的。
2.3 建筑垃圾应用于扩底桩
建筑垃圾扩底桩是在夯扩桩和灌注桩的基础上发展起来的,属于孔内深层强夯技术(DDC技术)。通过机具成孔(钻孔或冲孔),在地基深层填入建筑垃圾,用特制的重锤进行冲、砸、压的高压实、强挤密的夯击作业,形成底部扩大头作为人造持力层,从而达到消纳垃圾的目的。扩端上部放入钢筋笼,浇注混凝土成桩。垃圾扩底桩是由桩身和下部呈梨状的挤密实体组成,就受力模式分析是桩与人工地基的组合,其传力系统为:桩身一连接层一夯扩体一持力土层。
3 结语
环境岩土工程研究环境与岩土体之间的相互作用和影响,应用岩土工程的理论、技术和方法为治理和保护环境服务。建筑垃圾由工程渣土、混凝土块、碎砖石、沥青块、竹木材、金属料等组成,渣土和硅碎块是主要部分。与普通土类相比,它有自身的特点:结构复杂、成分多样、透水性好、不冻胀、塑性小,物理性质稳定。建筑垃圾具有良好的强度、硬度、耐磨性、抗冻性、耐水性,可替代砂石料用于地基加固。
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论文作者:莫昕旎
论文发表刊物:《基层建设》2019年第2期
论文发表时间:2019/4/11
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