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        真空聯(lián)合堆載預(yù)壓技術(shù)在工程實(shí)例中的應(yīng)用

        2014-12-31 00:00:00鄭宏征張美佳
        基層建設(shè) 2014年22期

        摘要:真空聯(lián)合堆載預(yù)壓,是在真空預(yù)壓法和堆載預(yù)壓法基礎(chǔ)上演化而來,兩者均屬于排水固結(jié)法;兩者聯(lián)合施工,通過真空壓力(負(fù)壓)及堆載壓力(正壓)雙重作用對深厚軟土地基進(jìn)行有效處理,在不平衡水壓力下,土體中孔隙水及氣體通過豎向排水系統(tǒng)順勢排出,從而達(dá)到軟土固結(jié)效果。

        關(guān)鍵詞:真空聯(lián)合堆載預(yù)壓;排水;固結(jié)

        一.前言

        1952年瑞典皇家地質(zhì)學(xué)院教授W.Kjellman提出真空預(yù)壓理論,1957年美國費(fèi)城機(jī)場跑道修建中應(yīng)用,1980年我國天津新港首次應(yīng)用,1983年我國開展真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓法研究,近年來真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓法廣泛應(yīng)用于各種軟土地基處理工程中。

        二.施工原理

        真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法是在需要加固的軟土地基區(qū)域鋪設(shè)砂墊層,四周采用雙排攪拌樁施做密封墻,同步插打垂直排水通道(砂井或塑料板排水板),再在砂墊層頂面鋪設(shè)密封膜使其與大氣隔絕,密封膜四周壓入密封溝中形成密閉結(jié)構(gòu),通過砂墊層內(nèi)埋設(shè)吸水管道,用真空泵進(jìn)行抽氣,使其形成真空負(fù)壓(見圖1)。當(dāng)抽真空時(shí),在砂墊層、塑料排水板通道先后形成壓差,在此壓差作用下,土體中的孔隙水不斷由排水通道排出,從而使土體固結(jié);同時(shí)在砂墊層上再分層堆載,與抽真空共同作用,加速土體中孔隙水壓力的消散及土體固結(jié)。

        圖1真空預(yù)壓示意圖

        三.適用范圍

        本工藝適用于含水量高、孔隙比大、強(qiáng)度低、滲透系數(shù)和固結(jié)系數(shù)小的粘性土和淤泥質(zhì)粘土;可用于公路、市政、鐵路等軟土地基加固。

        四.工程實(shí)例

        Y-N城市輕軌工程車輛段位處稻田、香蕉田淤泥地段,軟土淤泥深厚,達(dá)16-19米,含水量大,塑性指數(shù)高,滲透系數(shù)小,承載力極差,通過經(jīng)濟(jì)比選分析,其中8.2公頃采用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法進(jìn)行軟土地基處理,根據(jù)地形分4個(gè)區(qū)域施工,現(xiàn)選其中F區(qū)域(3.1公頃)為例,對其詳細(xì)的施工環(huán)節(jié)及控制要點(diǎn)進(jìn)行敘述。

        1、砂墊層施工

        場地平整,清理腐植雜物,然后鋪設(shè)50cm厚具有良好滲透系數(shù)的粗砂墊層,攤鋪整平。

        砂墊層中要注意清理含尖棱石子和貝殼等易刺穿密封膜的雜物。

        2、密封墻施工

        密封墻采用膨潤土攪拌樁,兩排布置,樁徑采用700mm,搭接長度為200mm,密封墻的寬度為1.2m。密封墻打設(shè)深度務(wù)必要穿透淤泥層,滿足密封性要求,隔斷地下水氣連接;此步工序至關(guān)重要,一定要嚴(yán)控泥漿配合比及施工操作。

        密封墻施工完成后選擇幾處鉆芯取樣室內(nèi)檢測及現(xiàn)場插管滲水試驗(yàn),以檢測密封墻密封性。

        3、排水板施工

        排水板間距1.1m,正方形布置。排水板沉管前末端設(shè)置薄鐵片板靴,以防拔管時(shí)回帶。拔管后排水板露出墊層30cm左右;拔管后基底會(huì)有大量氣體及淤泥上涌,經(jīng)過日曬,淤泥成塊后清理干凈,并將外露排水板埋入砂層。

        排水板的打設(shè)深度一定要滿足設(shè)計(jì)要求,既不能太淺也不能太深。打設(shè)太淺,處理層排水不足,真空度不佳,固結(jié)度難就難以達(dá)標(biāo);打設(shè)太深,穿透處理層,直接進(jìn)入底下透水層,則透水層排水直接到地面,同樣影響處理層固結(jié)度。

        4、監(jiān)測施工

        埋設(shè)完塑料排水板后安裝監(jiān)控系統(tǒng),包括:地面沉降量,分層沉降量、真空壓力、孔隙水壓力、水平位移觀測以及地面水平位移觀測。

        5、布真空管

        將砂墊層挖深10~20cm溝槽,布設(shè)真空管。真空管分為主管和濾管,均為PVC硬塑料管,主管通徑為Φ75mm,濾管通徑為Φ63mm;主管和濾管布置為魚刺形,采用三通、四通及軟接頭套接;濾管鉆小孔,制成花管,外套無紡?fù)凉げ?,防止雜物進(jìn)入管道。

        6、鋪土工布與真空膜

        第一層土工布鋪設(shè)于平整的砂墊層上,第二次土工布在試抽完成后鋪設(shè)于兩層真空膜之上,均作為真空膜的保護(hù)層。

        真空膜采用2層聚乙烯或聚氯乙烯薄膜(整張訂制),在無風(fēng)天氣人工分層鋪設(shè),覆蓋整個(gè)單元并超出周邊5m;膜體周邊埋入密封溝(溝深>1.5m)內(nèi),用土回填密封溝并壓實(shí),超出部分采用袋裝粘土及摻膨潤土粘土回填壓實(shí)。

        監(jiān)測設(shè)備需破膜外露,對于真空膜破口處做好密封,杜絕漏氣。

        7、出膜連接與抽真空系統(tǒng)安裝

        抽真空設(shè)備主要包括出膜裝置和真空射流泵。出膜處安裝閥門,通過鋼絲膠管連接至射流真空泵(功率>7.5kW,抽真空能力>95kPa)。各部位連接必須牢固,密封可靠;且應(yīng)預(yù)留備用泵。

        8、試抽真空

        兩層真空膜施工結(jié)束后即進(jìn)行試抽真空直到膜下真空壓力穩(wěn)定保持在80kPa以上,在試抽過程中檢查整個(gè)加固區(qū),如膜上發(fā)現(xiàn)有孔洞要及時(shí)粘補(bǔ)。試抽真空壓力達(dá)到穩(wěn)定值后進(jìn)行第二層土工布施工。

        9、正常抽真空

        試抽達(dá)到要求后(膜下真空度穩(wěn)定在80kPa以上)可轉(zhuǎn)入正常抽真空階段;現(xiàn)場配備足夠的發(fā)電機(jī),保證持續(xù)電源,以便80%真空泵量正常運(yùn)行,維持真空壓力≥80kPa,持續(xù)不斷。

        10、堆載預(yù)壓

        連續(xù)抽真空15天,地基沉降速率不大于30mm/d,同時(shí)沉降速率相對穩(wěn)定且逐步下降,即可對堆載預(yù)壓層分層填筑、壓實(shí)。

        堆載第一層鋪設(shè)厚度控制在50cm左右,采用細(xì)粒土,先人工攤鋪,再機(jī)械緩慢逐步推進(jìn),以免戳破密封膜;其它堆載在持續(xù)不斷抽真空前提下,按要求完成設(shè)計(jì)量。

        11、真空卸載

        真空預(yù)壓卸載條件:真空堆載聯(lián)合作用時(shí)間滿足設(shè)計(jì)計(jì)算要求;實(shí)測地面沉降速率連續(xù)5天平均沉降量≤2mm/d;ASAOKA法根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)判定的地基土層固結(jié)度達(dá)到 ≥ 90%。

        12、工后檢測

        加固工作結(jié)束后,進(jìn)行原位測試及取樣試驗(yàn),以獲得對比數(shù)據(jù)評價(jià)地基處理效果。

        原位試驗(yàn)包括:靜力觸探試驗(yàn)(可測孔隙水壓力)CPT、十字板剪切試驗(yàn)(VST)以及靜載荷試驗(yàn)。

        室內(nèi)試驗(yàn):在鉆孔內(nèi)每隔2m取一原狀土樣以及進(jìn)行一次標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)(SPT)進(jìn)行土的物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)(重度、含水量、孔隙比、壓縮系數(shù)、變形模量)。

        13、工程效果

        F區(qū)域經(jīng)過140天的真空聯(lián)合堆載預(yù)壓,真空壓力一直保持80KPa以上;工后總沉降量為1.69m,沉降速率連續(xù)10天為1.21mm/d;孔隙水壓力穩(wěn)定,軟土固結(jié)效果明顯;水平傾斜位置沒有變化,地基明顯穩(wěn)定;采用 Asaoka法分析地基固結(jié)度為 99.5%,其它各項(xiàng)試驗(yàn)檢測項(xiàng)目結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求。

        五.總結(jié)

        真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法是真空預(yù)壓法和堆載預(yù)壓法的良好結(jié)合,既解決了真空預(yù)壓法的荷載不足問題,又解決了堆載法手段單一,耗時(shí)長的弊病,同時(shí)經(jīng)濟(jì)適用,便于操作,在造價(jià)、工期、效果、環(huán)保等方面具有較大的優(yōu)越性,是一種實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、適應(yīng)性廣的大面積軟基處理的有效方法,在軟土地基加固處理中具有廣闊的應(yīng)用前景。

        參考文獻(xiàn):

        [1]TB10001-2005鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范.北京:中國鐵道出版社,2005

        [2]JTS147-2-2009真空預(yù)壓加固軟土地基技術(shù)規(guī)程.北京:交通出版社,2009

        [3]JST206-1-2009水運(yùn)工程塑料排水板應(yīng)用技術(shù)規(guī)程.北京:交通出版社,2009

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