崔俊杰，韓志霞，余學(xué)鵬，劉 浩

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司,北京 100055)

天津鐵路集裝箱中心站吹填土真空預(yù)壓處理設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

崔俊杰，韓志霞，余學(xué)鵬，劉 浩

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司,北京 100055)

基于天津新港北鐵路集裝箱中心站工程，并結(jié)合場地狀況，對(duì)地基處理方案進(jìn)行研究和比選，選擇真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓法作為地基處理方案。探討增壓防堵真空預(yù)壓方法和常規(guī)真空預(yù)壓方法、直排式真空預(yù)壓方法的區(qū)別，介紹增壓防堵真空預(yù)壓設(shè)計(jì)與質(zhì)量驗(yàn)收要求，并明確設(shè)計(jì)中相關(guān)問題的處理方法。詳細(xì)論述增壓防堵真空預(yù)壓的監(jiān)測和檢測內(nèi)容，以及試驗(yàn)段情況。通過試驗(yàn)段的對(duì)比試驗(yàn)，驗(yàn)證了采用增壓防堵真空預(yù)壓作為吹填土地基處理方案的正確性。

地基處理；吹填土；增壓防堵真空預(yù)壓；十字板剪切強(qiáng)度；靜力觸探

1 工程概況

天津新港北鐵路集裝箱中心站位于天津港東疆港區(qū)內(nèi)新港八號(hào)路與海鐵大道之間,根據(jù)地形特點(diǎn),新建集裝箱到發(fā)場與裝卸場自北向南呈橫列式布置,集裝箱裝卸場裝卸線采用貫通式布置,空箱區(qū)、特種箱區(qū)等輔箱區(qū)位于裝卸區(qū)南側(cè)與其呈橫列式布置,箱區(qū)周圍設(shè)環(huán)行道路；綜合辦公區(qū)位于輔箱場東南側(cè),待洗箱區(qū)與其他輔箱區(qū)位于門區(qū)兩側(cè)呈縱列式布置,社會(huì)停車場位于門區(qū)東側(cè)。

根據(jù)工程規(guī)劃,北側(cè)集裝箱到發(fā)場、最南側(cè)1股裝卸線及箱區(qū)等工程先期實(shí)施,位于場地中間的其余裝卸線及裝卸區(qū)預(yù)留至遠(yuǎn)期實(shí)施(圖1)。

2 場地工程地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)概況

天津新港北鐵路集裝箱中心站先期實(shí)施工程總面積約70萬m2,其中北側(cè)到發(fā)場24.7萬m2,南側(cè)裝卸線及箱區(qū)約45萬m2。場區(qū)所在位置原為濱海灘涂區(qū),勘察期間剛完成圍海吹填造陸。

場地內(nèi)地層自上而下主要為第四系全新統(tǒng)人工堆積層(Q4ml)、沖積層(Q4al)、海相沉積層(Q4m)、沖海積層()；第四系上更新統(tǒng)沖海積層()。土樣基本特性統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 土樣基本特性統(tǒng)計(jì)

地表水為填海區(qū)尚未排泄完海水；地下水為第四系孔隙潛水,埋深0.3～0.6 m,由大氣降水補(bǔ)給,水位變化幅度1～2 m。地下水在化學(xué)環(huán)境下對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具硫酸鹽侵蝕性,環(huán)境作用等級(jí)H2；具鎂鹽侵蝕性,環(huán)境作用等級(jí)H1；在氯鹽環(huán)境下,氯離子環(huán)境作用等級(jí)L3。

2.2 吹填土物理力學(xué)性質(zhì)

場地內(nèi)廣泛分布的深厚層沖填土,是本工程地基處理的主要地層。沖填土又名吹填土,是圍海造陸時(shí),用挖泥船和泥漿泵把海灣、港口底部的泥砂經(jīng)水力吹填而形成的沉積土。

在吹填過程中,泥沙結(jié)構(gòu)遭到破壞,不同顆粒受水力影響緩慢沉積。因而,吹填土的物質(zhì)組成及工程性質(zhì)不均一,時(shí)間因素對(duì)其工程地質(zhì)特性影響較大。吹填土一般具有含水量高、孔隙比大、承載能力低、高靈敏度、高壓縮性等工程特性。

受當(dāng)?shù)卮堤钔羴碓吹挠绊?天津港區(qū)的吹填土主要以淤泥質(zhì)土為主,顆粒細(xì),以黏粒為主,黏粒含量占50%以上［1 3]。

2.2.1 物理性質(zhì)

(1)粒度特征:天津港區(qū)吹填土以粉、黏粒為主,粒徑0.3～0.1 mm,占總質(zhì)量的1.5%；粒徑0.1～0.05 mm,占總質(zhì)量的9.7%；粒徑0.05～0.01 mm,占總質(zhì)量的28.2%；粒徑0.01～0.001 mm,占總質(zhì)量的29.1%；粒徑小于0.001 mm,占總質(zhì)量的22.6%。

(2)礦物成分:天津港區(qū)吹填土中黏土礦物主要為伊利石和伊蒙混層,其中伊利石占黏土礦物總量的35%～37%；伊蒙混層占黏土礦物總量的42%～45%。

(3)物理化學(xué)性質(zhì):天津港區(qū)吹填土的化學(xué)成分以SiO2為主,占50%左右；Al2O3次之,約占14%。

(4)其他物理性質(zhì)統(tǒng)計(jì)如表1所示。

2.2.2 力學(xué)性質(zhì)

天津東疆港區(qū)新吹填土的壓縮系數(shù)a1-2為0.54～1.46 MPa-1,壓縮模量Es1-2為1.87～3.93 MPa,屬于高壓縮性土；固結(jié)不排水快剪強(qiáng)度為c=6.0～9.0 kPa, φ=1.8°～2.2°；三軸快剪強(qiáng)度為c=11.0～26.0 kPa, φ=0.8°～2.2°；多橋靜探錐頭阻力0.30～0.44 MPa,側(cè)阻力4.2～15.6 kPa。

3 地基處理方案研究

3.1 工程功能分區(qū)與荷載特征

本場地按照工程的使用功能,可分為鐵路到發(fā)區(qū)、鐵路裝卸區(qū)、集裝箱區(qū)以及件雜貨堆場四大區(qū)域。其中集裝箱區(qū)可細(xì)分為:道路、重箱區(qū)、空箱區(qū)、輔助箱區(qū)、檢驗(yàn)區(qū)、清洗區(qū)、停車區(qū)等；鐵路裝卸區(qū)、件雜貨堆場又可細(xì)分為道路、堆場等。

鐵路到發(fā)區(qū)的正線按I級(jí)重載鐵路設(shè)計(jì),其余線路及裝卸區(qū)的裝卸線、機(jī)走線等按站線設(shè)計(jì)。鐵路正線、站線的荷載可按《鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10001―2005)的相關(guān)規(guī)定換算設(shè)計(jì)土柱高度及寬度。

鐵路裝卸區(qū)、集裝箱區(qū)以及件雜貨堆場等其他功能區(qū)由于其運(yùn)輸車輛、裝卸機(jī)械以及各種集裝箱尺寸、質(zhì)量的差異,其設(shè)計(jì)荷載差別很大,經(jīng)分析研究,各功能區(qū)應(yīng)考慮的荷載類型及控制荷載如表2所示。

表2 各功能區(qū)的荷載類型及控制荷載

3.2 鋪面類型選擇與沉降控制標(biāo)準(zhǔn)確定

除鐵路到發(fā)區(qū)的正線、到發(fā)線以及裝卸區(qū)的裝卸線、機(jī)走線等按其相應(yīng)的鐵路等級(jí)選擇沉降控制標(biāo)準(zhǔn)外,本工程場區(qū)內(nèi)的其他道路、箱區(qū)和堆場的鋪面種類的選取、沉降控制標(biāo)準(zhǔn)的確定,要綜合本工程裝卸作業(yè)的特點(diǎn)、各功能區(qū)對(duì)鋪面的要求、陸域形成方式與地基處理方法等進(jìn)行研究與技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。

本工程的場地全部為吹填造陸形成,吹填土以深厚的淤泥層為主,地基處理難度極大,影響地基工后沉降和不均勻沉降的因素多而復(fù)雜；地基處理的投資巨大,沉降控制標(biāo)準(zhǔn)直接影響工程的總投資。而且,流動(dòng)機(jī)械荷載作用頻率、碾壓范圍不均勻,對(duì)地基的長期穩(wěn)定和沉降也有較大的影響。

根據(jù)對(duì)天津港區(qū)其他工程的調(diào)研結(jié)果,可以選擇的鋪面類型主要有水泥混凝土鋪面和聯(lián)鎖塊鋪面兩種類型。

水泥混凝土鋪面對(duì)地基要求較高,地基的不均勻沉降會(huì)引起水泥板的斷裂,而且維修困難。而采用聯(lián)鎖塊鋪面,雖然也存在坑洼、隆起等局部破壞現(xiàn)象,但是維護(hù)方便,造價(jià)低,基本不影響正常的生產(chǎn)運(yùn)營。而且,也可在地基沉降穩(wěn)定后,鋪筑水泥混凝土大板,從整個(gè)工程壽命周期看,更具有經(jīng)濟(jì)合理性。所以根據(jù)本工程的實(shí)際情況,設(shè)計(jì)選擇聯(lián)鎖塊作為場地內(nèi)道路、箱區(qū)、停車場等場地的鋪面結(jié)構(gòu)。

聯(lián)鎖塊鋪面設(shè)計(jì)使用年限一般取20年,根據(jù)《港口道路、堆場鋪面設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》的相關(guān)要求,其工后沉降控制標(biāo)準(zhǔn)確定為50 cm。

3.3 地基處理方案選擇

目前常用的吹填土地基處理方法主要有排水固結(jié)和復(fù)合地基法。排水固結(jié)法主要包括堆載預(yù)壓、真空預(yù)壓和真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓；復(fù)合地基法主要包括碎石樁、攪拌樁、旋噴樁等。另外,根據(jù)吹填土的性質(zhì),兼有排水固結(jié)和置換作用的強(qiáng)夯、強(qiáng)夯置換以及高真空擊密等也是常用的處理方法。

吹填土地基處理方法的選擇,主要應(yīng)考慮因素包括土的顆粒組成、沉降控制標(biāo)準(zhǔn)以及施工條件等。

吹填土的顆粒組成主要受料源以及吹填工藝影響。料源以海砂為主的吹填土,其顆粒較粗；料源以淤泥為主的吹填土,其顆粒較細(xì)。同時(shí),吹填土顆粒粗細(xì)的分布,與其距吹填管口的距離遠(yuǎn)近有關(guān)。一般位于吹填管口附近的吹填土,顆粒較粗,含砂量較多,透水性較好,工程性質(zhì)相對(duì)稍好；位于回水區(qū)的吹填土,含黏土顆粒多,含水量大,水分難以排出,土體形成初期呈流動(dòng)狀態(tài),經(jīng)自然排干、蒸發(fā)后,表面形成龜裂,但下部仍然處于流塑狀態(tài),稍加擾動(dòng),即會(huì)出現(xiàn)觸變現(xiàn)象,工程性質(zhì)很差。

本工程場地的吹填土料源主要為天津近海的第四系陸海相沉積的淤泥、淤泥質(zhì)黏土,不適用強(qiáng)夯、強(qiáng)夯置換以及高真空擊密等兼有排水固結(jié)和置換作用的處理方法；同時(shí),吹填造陸工程剛完成,地基以高含水量的淤泥為主,碎石樁、攪拌樁、旋噴樁等復(fù)合地基法不具備施工條件、存在安全隱患且造價(jià)過高。因而,本工程地基處理方案研究以堆載預(yù)壓、真空預(yù)壓和真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓法為主。經(jīng)堆載預(yù)壓、真空預(yù)壓以及真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓等多方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選,設(shè)計(jì)選擇真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓法作為本工程的地基處理方法。

4 增壓防淤堵真空預(yù)壓設(shè)計(jì)

4.1 增壓防淤堵真空預(yù)壓技術(shù)簡介

4.1.1 常規(guī)真空預(yù)壓

常規(guī)真空預(yù)壓加固吹填土地基,首先在需加固的吹填土地基表面鋪設(shè)一層砂墊層,作為水平排水通道；然后打設(shè)塑料排水板,作為豎向排水通道；再在砂墊層頂部鋪設(shè)密封膜,利用真空泵進(jìn)行抽氣,形成真空度,從而使土體中的孔隙水通過豎向和水平排水通道被排出,進(jìn)而使土體達(dá)到固結(jié)。

4.1.2 直排式真空預(yù)壓

直排式真空預(yù)壓法與常規(guī)真空預(yù)壓法的主要區(qū)別是:取消水平向排水砂墊層,把豎向塑料排水板與真空排水管網(wǎng)直接密閉相連,減少真空荷載傳遞過程中的沿程損失,提高真空荷載的利用能效,可提高加固質(zhì)量、縮短工期、降低造價(jià)［4- 6]。

4.1.3 增壓防堵真空預(yù)壓

增壓防堵真空預(yù)壓法［7- 11]也是在常規(guī)真空預(yù)壓法基礎(chǔ)上發(fā)展而來,增壓防堵真空預(yù)壓加固斷面如圖2所示。增壓時(shí),增壓管內(nèi)為外部施加正壓,而塑料排水板內(nèi)為真空形成的負(fù)壓,因此塑料排水板和增壓管之間會(huì)產(chǎn)生壓力差。導(dǎo)致自由水在壓差作用下產(chǎn)生向排水板的定向流動(dòng),進(jìn)而使土體的有效應(yīng)力增加,土體加速固結(jié)。常規(guī)真空預(yù)壓法、直排式真空預(yù)壓法和增壓防堵真空預(yù)壓法的區(qū)別如表3所示。

圖2 增壓防堵真空預(yù)壓加固斷面

表3 不同真空預(yù)壓方法的區(qū)別

從表3可知,與常規(guī)真空預(yù)壓法相比,直排式真空預(yù)壓法和增壓防堵真空預(yù)壓法都對(duì)常規(guī)真空預(yù)壓做了改進(jìn),取消了水平砂墊層能有效降低工程造價(jià),更符合環(huán)保的要求,同時(shí)加固后的效果較常規(guī)真空預(yù)壓加固后效果更好。但增壓防堵真空預(yù)壓較直排式真空預(yù)壓更具優(yōu)勢,主要表現(xiàn)如下。

(1)直排式真空預(yù)壓法采用普通的FDPS塑料排水板,而增壓防堵真空預(yù)壓法采用防淤堵無紡布濾膜PDPS整體式排水板,而防淤堵無紡布濾膜PDPS整體式排水板在材料和孔徑上板較普通的FDPS塑料排水板防淤堵效果更好,特別適用于有機(jī)質(zhì)含量高的吹填土地基。

(2)增壓防堵真空預(yù)壓法用手型接頭和鋼絲軟管替代水平排水系統(tǒng),可使真空壓力基本無衰減地傳遞到軟土地基的排水板中,加速土體固結(jié)。

(3)增壓防堵真空預(yù)壓法還增加了加速表層吹填土固結(jié)的增壓系統(tǒng)。

綜上所述,天津新港北鐵路集裝箱中心站站場地基加固采用增壓防堵真空預(yù)壓法。

4.2 增壓防堵真空預(yù)壓設(shè)計(jì)與質(zhì)量驗(yàn)收要求

4.2.1 增壓防堵真空預(yù)壓設(shè)計(jì)

其一，地域文化廣泛存在。早在先秦時(shí)期，中國就已經(jīng)形成了諸多具有鮮明特征的地域文化，如以今之陜西為中心的秦文化、以今之山西為中心的晉文化、以今之山東為中心的齊魯文化、以今之四川為中心的巴蜀文化、以今之湖南、湖北為中心的楚文化和以今之浙江、福建為中心的吳越文化等。這些地域文化一直承傳、發(fā)展到今天并還發(fā)生著重大影響。

在原地面鋪竹排、荊笆、土工格柵和編織土工布,上填0.5 m素土作為工作墊層,插塑料排水板13～ 22 m,插塑料板應(yīng)打穿沖填土層和其下的淤泥質(zhì)土層,并進(jìn)入下層粉土或粉質(zhì)黏土深度不小于0.5 m；塑料排水板采用等邊三角形布置,間距0.9 m,塑料排水板通過手型接頭及三通接入真空管網(wǎng)系統(tǒng)；增壓管深4 m,矩形布置,增壓管下部需布設(shè)排水板,增壓管通過三通接入增壓系統(tǒng)；于真空管網(wǎng)及增壓管網(wǎng)合適位置設(shè)置主管,分別與真空泵、增壓泵相連接,真空泵數(shù)量控制在900～1 100 m21臺(tái)；管網(wǎng)頂面依次鋪設(shè)1層編織土工布、1層無紡?fù)凉げ肌?層PVC真空膜、1層無紡?fù)凉げ己?層編織土工布；預(yù)壓2個(gè)月后填筑素土進(jìn)行聯(lián)合堆載預(yù)壓,聯(lián)合預(yù)壓時(shí)間1～2個(gè)月,膜下真空度不小于80 kPa。

4.2.2 質(zhì)量驗(yàn)收要求

(1)卸荷驗(yàn)收:連續(xù)4晝夜實(shí)測地面沉降速率小于2 mm/d,同時(shí)地基固結(jié)度不小于90%時(shí),經(jīng)驗(yàn)收合格后,可終止預(yù)壓。

(2)預(yù)壓后地基應(yīng)進(jìn)行原位測試和土工試驗(yàn)以檢驗(yàn)地基加固效果,試驗(yàn)方法和要求執(zhí)行相關(guān)鐵路行業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 地基處理設(shè)計(jì)中相關(guān)問題的處理

4.3.1 場地設(shè)計(jì)與地基處理高程的確定

天津新港北鐵路集裝箱中心站的設(shè)計(jì)高程,不能僅按《鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10001―2005)的要求執(zhí)行,必須符合天津港區(qū)的整體規(guī)劃,并與周邊道路、堆場的高程相協(xié)調(diào)。

根據(jù)現(xiàn)行《鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10001―2005)的有關(guān)規(guī)定,根據(jù)1963～1999年實(shí)測資料統(tǒng)計(jì),歷年最高潮位為4.81 m,以此作為設(shè)計(jì)高潮水位。根據(jù)天津港區(qū)整體規(guī)劃,新港北站及其周邊區(qū)域,由南至北分別為碼頭堆場區(qū)、鐵路換裝場、保稅港物流加工區(qū)、島前服務(wù)區(qū),高程設(shè)計(jì)方案為由南至北逐漸抬高。從規(guī)劃情況看新港北站鐵路路肩高程應(yīng)設(shè)計(jì)為5.3～5.5 m。

另外,從相鄰新港八號(hào)路、海鐵大道以及太平洋國際堆場鋪面實(shí)測高程看,為確保鐵路路基正常運(yùn)營,新港北站鐵路路肩高程應(yīng)不低于周邊道路、堆場高程,不宜低于5.3～5.5 m。

綜合以上3方面考慮,新港北站站內(nèi)按正線路基面高程5.58 m設(shè)計(jì),考慮設(shè)置排水橫坡,相應(yīng)到發(fā)場路基面高程5.43～5.58 m。集裝箱及道路的路面高程與鐵路線路的軌面高程相協(xié)調(diào),并考慮縱橫向排水需要設(shè)計(jì)?？紤]鐵路路基基床結(jié)構(gòu)、鋪面下墊層及路床結(jié)構(gòu)以及真空預(yù)壓施工墊層設(shè)置等因素,天津新港北集裝箱中心站地基處理的交地高程確定為4.30 m。

4.3.2 鄰近道路與管線的預(yù)壓邊界處理

場地北側(cè)局部預(yù)壓邊界外存在液化氣管線、市政排水管路；局部段落地表雜填土中含有磚石等建筑垃圾存在漏氣可能,影響真空預(yù)壓效果。為解決上述問題,在真空預(yù)壓的部分邊界設(shè)置泥漿帷幕樁。泥漿帷幕樁布置和搭接示意如圖3所示。泥漿帷幕樁采用雙攪頭深層攪拌機(jī),攪頭為2個(gè)直徑為70 cm的攪刀,彼此搭接18.8 cm,施攪時(shí)可形成寬120 cm長70 cm的“8”字形,每根樁彼此搭接20 cm。泥漿帷幕樁底要求深入吹填土下黏性土層內(nèi)不小于1.0 m。

圖3 泥漿帷幕樁平面布置和搭接示意（單位：m)

5 增壓防堵真空預(yù)壓的監(jiān)測和檢測

5.1 增壓防堵真空預(yù)壓監(jiān)測和檢測內(nèi)容

為全面反映增壓防堵真空預(yù)壓施工質(zhì)量及加固效果,在加固區(qū)布置多項(xiàng)監(jiān)測和檢測項(xiàng)目,主要內(nèi)容如下［12]。

(1)增壓防堵真空預(yù)壓的監(jiān)測

監(jiān)測地表沉降、孔隙水壓力、水平位移、地下水位、膜下真空度等,并對(duì)真空預(yù)壓全過程進(jìn)行跟蹤監(jiān)測。

(2)增壓防堵真空預(yù)壓的檢測

加固前后鉆孔取樣,進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn),以獲取土樣的相關(guān)物理、力學(xué)性能指標(biāo)。預(yù)壓前后地基進(jìn)行原位測試,原位測試包括:載荷試驗(yàn)、靜力觸探、十字板強(qiáng)度試驗(yàn)。

5.2 監(jiān)測頻率

(1)膜下真空壓力:2～4 h觀測1次；

(2)孔隙水壓力、地表沉降在加載前10 d每1 d觀測1次,10 d以后每2～4 d觀測1次；

(3)其余監(jiān)控項(xiàng)目在加載前10 d每1～2 d觀測1次,10 d以后每3～5 d觀測1次；

(4)加固區(qū)周圍有建筑物和地下管線或采用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓時(shí)對(duì)側(cè)向位移加密觀測；

(5)出現(xiàn)異樣情況時(shí)加密觀測。

6 現(xiàn)場試驗(yàn)段設(shè)計(jì)及監(jiān)測分析

6.1 試驗(yàn)段設(shè)計(jì)

直排式真空預(yù)壓法和增壓防堵真空預(yù)壓法都是在常規(guī)真空預(yù)壓方法基礎(chǔ)上發(fā)展而來,直排式真空預(yù)壓方法和常規(guī)真空預(yù)壓方法的對(duì)比研究表明:直排式真空預(yù)壓較常規(guī)真空預(yù)壓優(yōu)勢明顯。因此,現(xiàn)場試驗(yàn)段特考慮直排式真空預(yù)壓和增壓防堵真空預(yù)壓進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)研究。試驗(yàn)段的主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表4所示。

表4 試驗(yàn)區(qū)主要設(shè)計(jì)參數(shù)

6.2 試驗(yàn)段監(jiān)測分析

6.2.1 吹填土豎向變形分析

(1)地表沉降分析

經(jīng)直排式真空預(yù)壓法和增壓防堵真空預(yù)壓法加固后的試驗(yàn)區(qū)地表沉降匯總?cè)绫?所示。

表5 試驗(yàn)區(qū)地表沉降實(shí)測匯總

從表5可以看出:采用增壓防堵真空預(yù)壓和直排式真空預(yù)壓加固后的吹填土都產(chǎn)生了很大的沉降,增壓防堵真空預(yù)壓加固后的沉降較采用直排式真空預(yù)壓加固的地表沉降大66 mm。

(2)分層沉降分析

試驗(yàn)1區(qū)和2區(qū)的深層分層沉降變化如圖4所示。從圖4可以看出,增壓防堵真空預(yù)壓加固后表層的土層壓縮率大于直排式真空預(yù)壓；在中間位置,直排式加固后土層的壓縮率大于增壓防堵真空預(yù)壓加固后的土層；在深部位置二者相差不大。

6.2.2 加固效果分析

(1)加固前后土性變化

圖4 真空預(yù)壓加固后土層壓縮率對(duì)比

采用增壓防堵真空預(yù)壓加固后,土層含水量下降了19.1%～30.1%、孔隙比降低了14.0%～28.0%、液性指數(shù)降低了23.9%～40.2%；而直排式真空預(yù)壓加固后的土層分別下降了10.8%～24.3%、10.4%～ 23.3%和20.2%～40.4%；增壓防堵真空預(yù)壓加固后土層壓縮模量提高了13.0%～67.6%,黏聚力分別提高了2.3～3.1 kPa,而直排式真空預(yù)壓加固后土層的壓縮模量提高了15.0%～58.1%,黏聚力改善效果并不明顯。

(2)十字板剪切試驗(yàn)

試驗(yàn)區(qū)加固前后十字板剪切強(qiáng)度對(duì)比如表6所示。通過表6可得,采用增壓防堵真空預(yù)壓和直排式真空預(yù)壓加固后,土層的抗剪強(qiáng)度均有所提高。

表6 加固前后十字板剪切強(qiáng)度對(duì)比

(3)靜力觸探試驗(yàn)

根據(jù)加固前后的靜力觸探試驗(yàn)結(jié)果,得試驗(yàn)區(qū)加固前后靜力觸探對(duì)比結(jié)果,如圖5、圖6所示。由圖5和圖6可知,預(yù)壓區(qū)各土層的側(cè)摩阻力和端阻力均有一定程度提高。

7 結(jié)語

結(jié)合場地工程地質(zhì)條件,對(duì)吹填土地基處理方案進(jìn)行研究和比選,并介紹了幾種真空預(yù)壓方法的區(qū)別和加固效果差異,明確了增壓防堵真空預(yù)壓的質(zhì)量驗(yàn)收要求,以及設(shè)計(jì)中相關(guān)問題的處理方法。詳細(xì)論述增壓防堵真空預(yù)壓的監(jiān)測和檢測內(nèi)容,以及試驗(yàn)段的研究情況。

圖5 加固前后靜力觸探側(cè)摩阻力變化對(duì)比曲線

圖6 加固前后靜力觸探端阻力變化對(duì)比曲線

通過試驗(yàn)段的對(duì)比試驗(yàn)可知:增壓防堵真空預(yù)壓采用手型接頭將排水板和鋼絲軟管相連替代中粗砂墊層,提高了排水板內(nèi)真空強(qiáng)度和真空作用能效,且更符合環(huán)保的要求；在預(yù)壓期內(nèi),增壓防堵真空預(yù)壓和直排式真空預(yù)壓都使吹填土產(chǎn)生了較大沉降,增壓防堵真空預(yù)壓在相同工期內(nèi)固結(jié)速率更快；在土體物理力學(xué)指標(biāo)的改善上,增壓防堵真空預(yù)壓和直排式都取得了顯著的效果,進(jìn)一步驗(yàn)證了采用增壓防堵真空預(yù)壓作為吹填土地基處理方案的正確性。

［1] 杜東菊,等.天津?yàn)I海吹填土［M].北京:科學(xué)出版社,2010.

［2] 王春波.天津?yàn)I海新區(qū)吹填土固化技術(shù)及固化機(jī)理研究［D].天津:天津城市建設(shè)學(xué)院,2007.

［3] 成玉祥.濱海吹填土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度形成機(jī)理與真空預(yù)壓法關(guān)鍵技術(shù)研究［D].西安:長安大學(xué),2008.

［4] 夏玉斌,陳健,陳允進(jìn).直排式真空預(yù)壓軟基加固效果及經(jīng)濟(jì)性分析［J].水運(yùn)工程,2011(9):224-229.

［5] 陳允進(jìn),夏玉斌,劉健,等.直排式真空預(yù)壓法加固高黏性超軟吹填土室內(nèi)模型試驗(yàn)研究［J].水運(yùn)工程,2011(10):125-131.

［6] 夏玉斌,陳允進(jìn).直排式真空預(yù)壓法加固軟土地基的試驗(yàn)與研究［J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào),2010,18(3):376-384.

［7] 金亞偉,蔣君南.真空預(yù)壓用排水板、真空管連接接頭:中國, 2006200683663［P].2006-01-10.

［8] 楊子江,余江,劉輝,等.增壓式真空預(yù)壓施工工藝研究［J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2011(8):29-34.

［9] 沈宇鵬,馮瑞玲,余江,等.增壓式真空預(yù)壓處理軟基的加固機(jī)理［J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào):地球科學(xué)版,2012,42(3):792-797.

［10]沈宇鵬,余江,劉輝,等.增壓式真空預(yù)壓處理站場軟基效果試驗(yàn)研究［J].鐵道學(xué)報(bào),2011,33(5):97-103.

［11]金亞偉,張巖,吳連海,等.太湖、天津淤泥固結(jié)施工中的淤堵問題［J].蘭州大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2011,47(S1):123-129.

［12]JTS 147―2―2009真空預(yù)壓加固軟土地基技術(shù)規(guī)程［S].北京:中華人民共和國交通運(yùn)輸部,2009.

Design and ExPeriment of Dredger-Fill Ground Treatment by Vacuum Preloading Technology for Tianjin Railway Container Center Station

CUI Jun-jie,HAN Zhi-xia,YU Xue-peng,LIU Hao
(China Railway Engineering Consulting Group Co.,Ltd.,Beijing 100055,China)

This study was based on the project of Tianjin Xingang north railway container center station. In combination with the geological conditions and after research and comparison on several ground treatment schemes,this study proposed that the vacuum-surcharge combined preloading technology should be selected and used as the ground treatment scheme.And then this study analyzed the differences among the anti-clogging and pressure-boosted vacuum preloading method,the traditional vacuum preloading method,and the direct-discharge vacuum preloading method.Furthermore,this study described the design standard and quality acceptance standard when using anti-clogging and pressure-boosted vacuum preloading technology；and illustrated how to deal with the relevant issues in design.In addition,this study expounded how to monitor and inspect when using anti-clogging and pressure-boosted vacuum preloading technology；and how to design and monitor the experimental section.Finally,by means of comparative experiment in the experimental section,the correctness of using the anti-clogging and pressure-boosted vacuum preloading technology as the dredger-fill ground treatment scheme was verified. Key words:ground treatment；dredger fill；anti-clogging and pressure-boosted vacuum preloading；vane shear strength；static sounding

TU433

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.07.003

1004-2954(2014)07-0009-06

2013-08-08；

2013-11-01

崔俊杰(1970―),男,教授級(jí)高級(jí)工程師,1993年畢業(yè)于北方交通大學(xué),工程碩士。