何 軍

(天津市中鐵十八局集團有限公司,天津 300222)

淺談幾種預(yù)壓法在軟基加固施工中的應(yīng)用

何 軍

(天津市中鐵十八局集團有限公司,天津 300222)

結(jié)合工程實例具體的實踐,簡要介紹幾種預(yù)壓方法在軟基加固施工中的應(yīng)用。主要介紹預(yù)壓法的加固原理、施工工序、方法及技術(shù)控制等。實測結(jié)果證明加固效果達到設(shè)計要求。

軟基加固; 預(yù)壓法; 施工

預(yù)壓法指的是為提高軟弱地基的承載力和減少構(gòu)造物建成后的沉降量,預(yù)先在擬建構(gòu)造物的地基上施加一定靜荷載(砂石、土及大氣壓力等),使地基土壓密后再將荷載卸除的壓實方法。預(yù)壓法適用于淤泥質(zhì)黏土、淤泥與人工沖填土等軟弱地基。常用的施工方法有真空預(yù)壓、堆載預(yù)壓和真空聯(lián)合堆載預(yù)壓等幾種。天津港南疆港區(qū)施工通道地基加固工程位于天津南疆港區(qū),工程地基處理總面積為 490 000 m2,施工中同時采用真空預(yù)壓、堆載預(yù)壓和真空聯(lián)合堆載預(yù)壓等預(yù)壓方法對軟基進行處理。

1 基本原理

在建筑場地上正式修筑工程之前,先堆載砂石、土等材料或利用大氣壓力對地基進行預(yù)壓;使地基產(chǎn)生大量沉降而壓密,從而提高地基的強度,減少實際工程的沉降量。

由室內(nèi)固結(jié)試驗結(jié)果e-p曲線可知:當固結(jié)壓力由p0增值p1,相應(yīng)土的孔隙比由e0減少至e1,如圖1中ab曲線所示,此為壓縮曲線。接著卸載,由 p減少至 p0;因土體產(chǎn)生殘留變形e0-ed,由e1恢復(fù)到ed,如bd卸荷回彈曲線所示。然后再加荷壓縮,由p0至p1;孔隙比由ed至e1,如db虛線所示,稱再壓縮曲線。

圖1 壓縮、回彈與再壓縮曲線

上述曲線ab相當于預(yù)壓,曲線db相當于正式工程壓縮。由圖可見再壓縮曲線db的斜率(即壓縮系數(shù)a),遠小于原始壓縮曲線 ab的斜率。此即預(yù)壓法的原理。

2 施工工序

本工程軟基加固處理方法有真空預(yù)壓、堆載預(yù)壓和真空聯(lián)合堆載預(yù)壓,施工準備,鋪設(shè)土工布、荊芭,回填土、中粗砂和搭設(shè)塑料排水板等前期工序基本相同,預(yù)壓施工工序流程見圖2。

圖2 施工工序流程圖

3 施工方法

3.1 真空預(yù)壓施工

真空預(yù)壓工藝布置斷面見圖3。

3.1.1 鋪設(shè)真空濾管和膜下測頭

真空濾管采用 76硬塑料管,打孔加工后,包好土工織物濾水層,捆扎結(jié)實,并使濾水層只透水氣不透砂,濾管連接采用膠管,連接管綁扎要緊,同時綁扎鉛絲接頭嚴禁朝上,以免扎破濾膜。濾管相交叉處采用二通、三通或四通連接。

圖3 真空預(yù)壓工藝布置斷面圖

埋設(shè)前先將濾管放到埋設(shè)位置附近,然后按濾管布設(shè)位置,在砂墊層上開溝,把濾管放到溝里埋好,處理好接頭及出膜口。

3.1.2 挖壓膜溝

采用人工配合機械挖溝,開挖時保證斷面尺寸,切斷透水層。把壓膜溝內(nèi)的砂土全部清理干凈,并運到加固區(qū)外存放。對壓膜溝如含有較厚的粉土夾層,難以將其切斷時,應(yīng)及時與監(jiān)理、業(yè)主及設(shè)計等單位進行溝通,必要時進行黏土帷幕施工,避免漏氣,保證真空預(yù)壓達到設(shè)計要求的膜下真空度。

壓膜溝處的塑料板不剪斷,要沿溝邊向上插入到砂墊層中,插入長度不小于20 cm。

3.1.3 鋪密封膜

鋪密封膜是本工程的關(guān)鍵工序,質(zhì)量好壞直接影響加固效果,所以密封膜質(zhì)量必須符合設(shè)計要求,采用抗老化性能好、韌性好、抗穿刺能力強的不透氣材料密封膜熱合時采用兩條縫的平搭接,搭接長度大于 15 cm。

鋪設(shè)密封膜前在平整好的砂墊層上鋪設(shè)一層編織布保護密封膜,將事先壓制成型的密封膜,分三層鋪設(shè),鋪密封膜必須統(tǒng)一指揮,膜面繃緊,留有一定余量,展開后每層要進行檢查修補,四邊埋入壓膜溝內(nèi),深入溝底 10～20 cm,然后用黏土填溝,所填黏土應(yīng)濕而軟,不能有大塊,以確保膜的密封性。

3.1.4 安裝真空射流泵、設(shè)置地面沉降標

安裝時按射流泵布設(shè)要求進行布置,必須保證位置準確,連接處要密封,安裝后進行調(diào)試,檢查質(zhì)量,做好試抽氣準備。沉降標的布設(shè)嚴格按要求進行布置。接通抽真空設(shè)備。

3.1.5 真空抽氣

試抽氣:調(diào)整各種儀器的初讀數(shù),進行開泵抽氣,檢查膜上是否有漏洞,如有漏洞要采取措施修補好,修補好后,可向膜上覆水,抽真空,當膜下真空度達到 0.087MPa后,及時報監(jiān)理工程師驗收。

正式抽氣:監(jiān)理工程師驗收合格后,轉(zhuǎn)入正式抽氣,要求膜下真空度大于 0.087 MPa,真空預(yù)壓抽氣滿載時間為 150 d。在抽氣過程中,要維持射流泵的正常運轉(zhuǎn),射流箱內(nèi)循環(huán)水要不斷補充,水泵、電機要定期維修保養(yǎng)。

3.2 堆載預(yù)壓施工

堆載預(yù)壓工藝布置斷面見圖 4。

3.2.1 一級加載

搭完塑料排水板時間不小于40 d后,開始施加第一級荷載,厚度1.0m,荷載強度18 kPa,加荷時間為15 d。

圖4 堆載預(yù)壓工藝布置斷面圖

用自卸車將山皮土運至加固區(qū)外側(cè),先用挖掘機將山皮土翻倒至加固區(qū)內(nèi),墊出工作平臺,推土機進入?yún)^(qū)內(nèi)向前推進,形成工作面后,直接用自卸車進行堆載施工,推土機整平,步步推進,振動壓路機碾壓密實。測量標高及厚度后以書面形式報送監(jiān)理檢查并達到合格。

堆載施工前,應(yīng)首先按設(shè)計要求設(shè)置沉降標及埋設(shè)沉降監(jiān)測儀器。堆載時應(yīng)控制加載速率,用水平儀監(jiān)測各項指標。如沉降速率加大,應(yīng)停止加載,待沉降曲線處于平滑時,方可繼續(xù)加載

3.2.2 二級加載

一級加載結(jié)束后,跟進施加第二級荷載,加載時限 15 d,荷載強度27 kPa,約1.5m厚山皮土,可用機械一次施加,實際堆載厚度可根據(jù)堆載料密度(不小于 18 kN/m3)調(diào)整,以滿足荷載要求為準。

3.2.3 三級加載

二級加載結(jié)束,持續(xù)荷載 25 d后,開始施加第三級荷載,加載時限 30 d,持續(xù)荷載 55 d后進行效果檢測。荷載強度45 kPa,約2.5m厚山皮土,采用機械分兩次施加,實際堆載厚度可根據(jù)堆載料密度(不小于 18 kN/m3)調(diào)整,以滿足荷載要求為準。

3.2.4 加載計劃

圖 5 堆載預(yù)壓加載計劃

3.3 真空聯(lián)合堆載預(yù)壓施工

在實施真空預(yù)壓法的同時在地基上部進行堆載預(yù)壓,真空預(yù)壓與上部堆載聯(lián)合作用就形成了真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法。真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法加大了超載壓力,堆載預(yù)壓中的超載部分為真空壓力,增大了地基土體內(nèi)的附加應(yīng)力,同時發(fā)揮真空預(yù)壓和堆載預(yù)壓各自的優(yōu)勢,可提高加荷速率、增大加固深度。

3.3.1 真空預(yù)壓、堆載

按真空預(yù)壓抽真空 10 d后,開始施加荷載,荷載強度 18 kPa,加荷時間為 15 d。加荷前排除密封膜上覆水,鋪上一層無紡布。首先回填粉土,用自卸車將粉土運至加固區(qū)外側(cè),先用挖掘機將粉土翻倒至加固區(qū)內(nèi),人工進行整平,墊出工作平臺,挖掘機進入?yún)^(qū)內(nèi)向前推進,后面用小噸位翻斗車配合挖掘機進行區(qū)內(nèi)倒土。隨后跟進回填山皮土,推土機攤平,步步推進,人工配合機械整平回填土表面,振動壓路機碾壓至壓實密度不小于 0.89,持續(xù)荷載后進行效果檢驗。

3.3.2 加載計劃見圖6

圖6 真空聯(lián)合堆載預(yù)壓加載計劃

4 施工控制

(1)經(jīng)常檢查密封膜的密封情況,發(fā)現(xiàn)漏洞應(yīng)即刻修補。隨著預(yù)壓過程的進行,地基在不斷地發(fā)生變形,由于地基土質(zhì)不均,很可能會出現(xiàn)地基沉降不均勻,從而造成密封膜局部拉應(yīng)力增大,發(fā)生斷裂,致使膜下真空度降低,影響預(yù)壓效果,也造成資金、工期的浪費。

(2)真空預(yù)壓過程中,應(yīng)保證電力供應(yīng)和真空泵的正常運行,以確保真空泵開啟率不低于 75%,從而保持孔隙水壓力得以正常消散,促使土體脫水固結(jié)。

(3)堆載預(yù)壓時每級加載要均勻,并根據(jù)實測的沉降速率、側(cè)向位移作適當調(diào)整,基本原則是豎向變形每天不超過20mm,邊樁水平位移不超過4mm。

(4)加載過程中為防止大規(guī)模滑坡,需設(shè)置一定數(shù)量的監(jiān)測點,并進行沉降監(jiān)測和穩(wěn)定監(jiān)測。

(5)所有預(yù)壓后的地基,由檢測單位進行十字板抗剪強度試驗及室內(nèi)土工試驗,以檢驗處理效果。在預(yù)壓加載不同階段對代表性地點不同深度進行原位與室內(nèi)強度試驗,以驗算地基抗滑穩(wěn)定性。

5 預(yù)壓效果

本工程軟基施工不同區(qū)域采用不同的預(yù)壓方法,預(yù)壓后各加固區(qū)實測沉降曲線推算土體固結(jié)度達到 90%以上,且連續(xù)10 d地基沉降速率均在1.5mm/d以內(nèi),按預(yù)期進行了卸載,達到設(shè)計要求并取得了理想效果。

[1] 陳希哲.土力學(xué)地基基礎(chǔ)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2010

[2] 朱明,范建華.淺談軟土地基處理方法及施工工藝[J].西部探礦工程,2009(1)

[3] 劉少義,李艷軍.軟土地基施工檢測方法[J].公路,2000(1)

[4] 葛連云,夏登全,馬健俊.真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓法在軟基加固中的應(yīng)用[J].公路,2005(10)

TU472

B

2010-03-31

何軍(1979～),男,本科,工程師,研究方向:鐵路施工。