姜志強

0 引言

我省的杭嘉湖地區(qū)魚塘、河網(wǎng)密布,軟土地基分布十分廣泛,且局部地區(qū)軟土較深,軟土地基具有含水量高、壓縮量大、抗剪強度低、承載能力差的特點。在軟基路段修筑高速公路時,必然面臨著加固軟土地基的難題。高速公路對路基質(zhì)量要求較高,如果軟土地基處理不好,則會直接影響路基填筑和路面工程的質(zhì)量,出現(xiàn)路基滑轉(zhuǎn)、路面沉陷、橋頭跳車等質(zhì)量病害。近年來,真空預(yù)壓被逐漸應(yīng)用于高速公路軟基處理中,真空預(yù)壓與路基堆載相結(jié)合后,便形成了真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓。

1 加固機理分析

真空泵抽真空,排出密封膜內(nèi)的空氣后,密封膜內(nèi)外形成氣壓差ΔP(即為真空度),真空度通過橫向排水通道橫向傳遞,通過豎向排水體逐漸向下呈遞減傳遞,豎向排水體附近的空隙水壓力降低,形成負的超空隙水壓力,周圍土體中水、氣向豎向排水體滲流,然后通過豎向排水體向上排出到砂礫墊層內(nèi),通過水泵排出;土體中的水、氣的排出,引起土中有效應(yīng)力的增加,同時在抽真空時,地下水位會降低,土體的浮重度轉(zhuǎn)換為濕重度,土體自重應(yīng)力增加,從而使軟土地基得到加固。

抽真空一段時間后,即可在地基表面逐級施加荷載,進行堆載預(yù)壓,荷載作用于土體,使空隙水壓力增大,促使空隙水向豎向排水體內(nèi)滲流,然后通過豎向排水體匯集排出,使土體中的有效應(yīng)力增加從而加固軟土地基。

真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓從開始抽真空到荷載卸除之前,經(jīng)歷了負壓作用、正負壓共同作用、正壓作用三個階段,主要通過排出空隙水、氣,增大土體骨架有效應(yīng)力達到加固軟土地基的目的。

2 工程概況和工程地質(zhì)條件

2.1 工程概況

采用真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓處理的某段高速公路位于太湖南岸沖積平原,設(shè)計車速120km/h,雙向六車道。對其中的 K26+047～K26+260和K26+292～K26+471兩個路段采用真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法進行加固處理,處理寬度為45 m～49 m不等,第一段處理面積為10437 m2,第二段處理面積為8420 m2。排水體采用可測深式塑料排水板和砂礫墊層,真空度不低于85kPa,堆載高度為3.1 m～4.2 m不等。

2.2 工程地質(zhì)條件

工程地質(zhì)勘察報告揭示,加固路段處于湖沼沼積平原亞區(qū),土層自上而下分布為:

①亞黏土:灰黃色,軟塑,厚2 m～3.2 m;②黏土:灰色、黑灰色,流塑～軟塑,厚0.8 m～3 m;③淤泥質(zhì)亞黏土:灰色、黑灰色,流塑,含有機質(zhì),厚18.5 m～26 m,為主要壓縮層;④亞黏土:灰綠色,軟塑,夾有亞砂土,局部粉質(zhì)含量高,厚10.2 m～12 m;以下土層分別為亞砂土、含碎石亞黏土、中風化砂巖。

3 真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓的施工

3.1 施工順序

施工順序為:清除路基表土→鋪設(shè)砂礫墊層→打設(shè)塑料排水板→鋪設(shè)濾管→填筑厚10cm細砂→鋪設(shè)復(fù)合土工布→開挖密封溝→鋪設(shè)兩層土工膜→試抽真空,對漏氣的地方進行修補→鋪設(shè)無紡?fù)凉げ肌钪?0cm細砂→連續(xù)抽真空→進行逐級堆載,直至設(shè)計標高。

3.2 施工技術(shù)要求和質(zhì)量控制

1)鋪設(shè)砂礫墊層和打設(shè)塑料排水板。在原地面清表壓實后攤鋪厚40cm砂礫墊層,要求壓實度為95%,在施工前要對砂礫料進行嚴格檢測,要求含泥量不大于5%;豎向排水體采用寬15cm、厚4.5mm可測深式粘合型塑料排水板,呈梅花形布置,間距為1.5 m,打入深度為25 m～28 m,施工時要注意控制回帶長度,回帶長度不得大于50cm。

2)安設(shè)濾管和真空泵。主濾管為直徑82mm PVC管,支濾管為直徑55mm PVC管,全部濾管均埋入砂墊層內(nèi),施工時要注意濾管的間距和連接的緊密性;真空泵功率為7.5 kW,共鋪設(shè)了14臺真空泵,其中4臺為備用。

3)鋪設(shè)密封膜。鋪設(shè)密封膜前,首先在砂墊層上鋪設(shè)一層復(fù)合土工布,土工布要用手提縫紉機接縫,兩邊預(yù)留一定的長度;然后沿加固區(qū)四周開挖密封溝,開挖深度大于1.5 m,并進入淤泥層。密封膜采用兩層土工膜,人工鋪設(shè)第一層土工膜,認真檢查是否有漏洞并進行及時修補,再鋪設(shè)第二層土工膜,最后用黏土回填密封溝,回填時謹防把尖銳物體落入溝中,刺破密封膜。

4)抽真空、進行膜上堆載。把濾水管通過出膜器與真空泵連接后,就開始抽真空。抽真空后,加固區(qū)膜下真空度會持續(xù)上升,當真空度達到并維持在85kPa以上時,即進入了正常真空預(yù)壓階段。在抽真空過程中,要巡回檢查氣壓計讀數(shù),如發(fā)現(xiàn)問題及時采取措施處理,并作好施工記錄。在進行堆載前應(yīng)在密封膜上鋪設(shè)無紡?fù)凉げ己蜕皦|層,防止填料刺破密封膜。正常抽真空10 d后,可進行路基填筑施工;第一層填料應(yīng)采用細料,路基填筑速度不應(yīng)過快,嚴格按照沉降情況進行堆載施工,防止加荷速率過快發(fā)生路基失穩(wěn)現(xiàn)象。

3.3 施工監(jiān)測

真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓的路段沉降量一般都比較大,施工監(jiān)測工作就顯得極其重要。在實際施工中,施工監(jiān)測主要包括真空度、沉降和位移觀測。真空度每隔4 h觀測一次,并作好觀測記錄。在路中、路肩埋設(shè)沉降板,并在坡角位置埋設(shè)位移樁;沉降和位移在施工的第一個月內(nèi)每兩天觀測一次,以后每周觀測一次,并及時整理、分析觀測資料,以沉降和位移速率控制路基填筑施工,當每天的沉降量大于1cm或位移大于3mm時,應(yīng)該放緩路基填筑速率。

4 加固效果分析

4.1 沉降量計算

根據(jù)土層物理力學(xué)性質(zhì)指標和e—p曲線圖,采用分層總和法計算路基的沉降量,計算公式見式(1)。

其中,SC為地基最終沉降量,mm;n為地基沉降計算分層層數(shù);Δhi為地基沉降計算分層第i層計算分層厚度;eoi為地基中第 i層分層中點在自重應(yīng)力作用下穩(wěn)定時的空隙比;eli為地基中第i層分層中點在自重應(yīng)力與附加應(yīng)力作用下穩(wěn)定時的空隙比。

經(jīng)過計算,第一段沉降量為2.084 m,第二段沉降量為1.932 m。

4.2 固結(jié)度計算

根據(jù)沉降觀測所得的沉降資料,可得 t時刻的累計沉降量St,利用式(2)來計算t時刻的固結(jié)度。

4.3 加固效果分析

根據(jù)固結(jié)度和殘余沉降來分析加固效果。

第一段在持續(xù)抽真空240 d后,停止抽真空,觀測得到的累計沉降量為1.909 m,計算沉降量為2.084 m,此時固結(jié)度為91.6%,工后殘余沉降為17.5mm,滿足規(guī)范要求。

第二段在持續(xù)抽真空240 d后,停止抽真空,觀測得到的累計沉降量為1.784 m,計算沉降量為1.932 m,此時固結(jié)度為92.3%,工后殘余沉降為14.8mm,滿足規(guī)范要求。

兩個路段在停止抽真空時,土層的壓縮沉降大部分已完成,路基趨以穩(wěn)定,工后殘余沉降均滿足規(guī)范和設(shè)計要求,總體加固效果良好。

5 結(jié)語

真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓在本工程的應(yīng)用中,各項指標均滿足設(shè)計和規(guī)范要求,證明是一種處理深厚軟基的好方法,取得了令人滿意的效果;采用此法來處理深厚軟土地基相對于等超載預(yù)壓、

粉噴樁等加固軟基的傳統(tǒng)方法而言,具有加固效果明顯、造價低等優(yōu)點。由于資料和技術(shù)所限,計算軟土地基沉降量采用的計算方法過于簡單,對影響軟基沉降的因素考慮的不夠全面,計算結(jié)果與實際觀測結(jié)果有的地方出入較大,沉降計算方法有待進一步研究和修正。

[1] JTJ 017-96,公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 徐至鈞.軟土地基和預(yù)壓法地基處理[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005.

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