堿渣地基處理效果研究

摘 要：在采用氨堿法制堿時，會伴隨產生大量的廢渣廢液，需要在渣場加以堆存。堿渣層屬于軟弱地基，渣池內堿渣力學強度較低，且堿渣顆粒極細，采用真空預壓的方式，堿渣顆粒很容易堵塞塑料排水板，導致地基處理失敗。選擇合適的地基處理方式，處理堿渣地基，就是本次研究的重點。

關鍵詞：地基處理;堆載法;沉降;水平位移

1 研究目的

本工程所屬企業是世界上最大氨堿生產企業，目前產能已達到280萬噸/年。雖然氨堿法具有產品純度高、生產成本低、勞動效率高等優點，但該方法的主要缺點是排放大量的廢渣廢液，每產一噸純堿約產生10m3的廢渣廢液。常規采用渣場加以堆存，隨著廢渣廢液的排放越來越多以及土地成本越來越高，有必要通過渣場筑壩提高渣場儲存量。

堿渣層屬于軟弱地基，渣池內堿渣力學強度較低，難以滿足加高壩體對其的承載力要求，須對其先行加固處理。由于堿渣顆粒極細，采用傳統的真空預壓的方法，風險極大，且曾有試驗區失敗的先例，故考慮選用堆載法進行加固處理。

由于工程建設周期長、投入高、風險大，因此有必要先進行試驗區的建立，研究堆載法進行地基處理是否可行，并達到以下幾個目的：

（1）通過試驗區工作，掌握堆載區堿渣層的形變情況，用以指導堆載，以確保堆載過程安全;

（2）通過壩基加固施工期全程監測來分析壩基堿渣在排水固結過程中的固結程度、強度增長和沉降變化規律，評價處理效果;

（3）通過壩基加固施工期全程監測來總結壩基堿渣在堆載預壓過程中的變化規律及特點，為相關科學研究及工程設計提供數據支撐。

2 研究方法

本工程試驗區通過進行加固區加固過程監測的方法，對加固效果進行評價，并論證堆載法對堿渣地基進行處理是否可行。在施工過程中，首先對預壓區打入塑料排水板，然后進行逐層堆載。

2.1 堿渣地基地表沉降觀測

在堿渣地基堆載過程中，對堆載區進行地表沉降觀測。為確保研究數據有足夠高的精度，能夠滿足研究需要，本試驗區采用進口萊卡水準儀進行地表沉降觀測。

根據現場情況，將沉降觀測路線布設成網狀形式，以便進行平差處理，提高觀測精度，求得各點高程。在地基加固過程中測出各觀測點高程為Hn，則高差ΔH=H0-Hn即為沉降值。外業觀測結束后，及時整理每次測量觀測點的高程，進而計算出各觀測點的累計沉降值。

監測工作全部完成后，根據現場監測數據，采用“經驗雙曲線法”計算固結度，推算工后沉降，判斷堿渣地基土體固結情況，從而對堆載法處理堿渣地基做出初步評價。

2.2 堿渣地基深層土體水平位移觀測

為掌握堆載過程中堿渣內部水平位移隨地基土層的變化情況，依據現場情況采用鉆孔埋入法布設測斜管。在試驗區施工之前完成測斜管的埋設工作，按設計要求布設，測斜管底部須埋入相對穩定的土層中。

通過觀測堿渣地基在打板期以及堆載施工期間深層水平方向基礎變化情況，判斷堿渣地基處理效果，并根據監測數據指導堆載施工強度，防止壩基失穩滑坡。

監測深層土體水平位移可掌握土體的運動規律及施工區域周邊土體位移變化規律，據以研究減小施工擾動的相關措施。先用地質鉆機成孔，孔徑應等于或大于89mm。然后將預先連接好的測斜管放入孔中。管底標高位于硬土層內。測斜管應豎直，埋置時應確保其中一組導向槽垂直于邊線，測斜管就位后，采用中粗砂對測斜管與鉆孔孔壁之間的空隙進行封堵，保證測斜管與周邊土體形成整體，最后在管口裝配保護蓋。

通過觀測土體側向位移可掌握土體的運動規律及預測地基處理施工區周邊土體位移變化規律，據以研究減小施工擾動的相關措施。

深層水平位移觀測每次量測后應繪制深層土體水平位移隨時間變化曲線，并繪制深層土體最大水平位移隨時間變化曲線圖。水平位移速率突然增大是一種報警信號，收到報警信號后，應立即對各種量測信息進行綜合分析，判斷施工中是否出現異常狀況，并及時采取措施保證施工安全的對策。

測斜管埋設完畢后，測定導管的初始位置值，當土層發生側向位移時，測斜管也會相應的產生形變。將測斜儀探頭沿測斜管導槽底部自下而上每隔50cm測得讀數并提拉而上，直至孔口測完各個讀數X0，然后將探頭取出旋轉180°按照同樣的方法測得X180，X0-X180為X方向在各部位的讀數差。通過比較各位置的讀數差與初始值，可求得各位置的相對位移變化量，即差數。對差數求和求得位移量，最后對同一位置的位移矢量合成，可求得沿深度的位移量。

3 研究數據結果

3.1 地表沉降監測數據

北側壩體，共布置地表沉降4個斷面12個測點，截至2021年8月21日各監測點在施工過程中沉降量統計見表1，現有荷載下加固體固結度推算值見表2。

各測點沉降數據與加載量之間的關系見下圖所示。

根據各點位的沉降監測數據，采用“經驗雙曲線法”推算各沉降測點處的固結度。

采用“經驗雙曲線法時”，根據已擬合的實測S-t曲線，按照下式進行推算。

其中：S0—滿載時，即t=0（假定）時的地基沉降量（mm）;

St—t時刻的地基沉降量（mm）;

α、β—與地基及荷載有關的常數，根據下圖用圖解法求出;

t—從滿載開始的時間。

根據沉降數推算的固結度按下列公式計算：

其中：Ut—t時刻的固結度;

St—t時刻的地基沉降量（mm）;

S∞—地基的最終沉降量（mm）。

3.2 堿渣地基深層水平位移監測數據

北側壩體，深層水平位移，共布設4個斷面8個監測點，截至2021年8月21日各深層水平位移監測點數據統計見下表3。

4 分析評估

（1）通過本工程沉降監測數據及沉降與時間關系曲線分析，在壩體堆載施工期內，壩體存在明顯的沉降，且沉降不均勻，壩基同一斷面處，由外側至內側沉降遞增，堆載施工期結束后壩體局部沉降未見收斂。

（2）通過本工程內部水平位移監測數據及隨深度變化曲線分析，在壩體堆載施工期內，各監測斷面存在較大水平位移，淺層土體偏向壩體外側，下部土體由于固結收縮整體偏向于壩體方向，施工期間位移速率處于受控狀態。

（3）結合本工程沉降、內部水平位移監測數據及固結度推算結果分析，本工程在壩體堆載施工期，壩基排水固結，反映出塑料排水板聯合堆載法加固具有效果。

（4）本工程堆載施工過程中，根據監測數據及時提出建議，嚴控施工堆載強度，避免了壩基因施工堆載過快發生土體破壞的情況，充分體現了監測指導施工的重要作用。

5 結論

（1）本工程堆載期結束后，壩基固結過程持續進行，壩基整體沉降、內部水平位移監測數據未明顯收斂，為確保壩基安全，防止壩基后期存在失穩滑坡現象，后續大面積施工期間，岸坡監測工作需要伴隨地基處理全過程，在堿渣地基固結過程中，加強觀測與日常巡視，直至各監測數據穩定可控。

（2）在后續大面積施工過程中，需要根據監測數據合理安排施工強度及施工工序，在作業影響區域現場必須加強邊坡及構筑物變形監測。

（3）結合類似工程經驗及本試驗項目監測數據，建議對后續堿渣壩基（地基）處理時，可優先選用塑料排水板聯合堆載法。

（4）壩基固結完成后，建議對加固體進行加固后檢測，驗證加固效果是否滿足預期要求，為后續項目正式設計提供參考依據。

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作者簡介：鐘洲（1987— ），男，漢族，山東濰坊人，本科，工程師，研究方向：巖土工程勘察、地基基樁檢測。