張明
摘要:在當(dāng)前的高速公路工程建設(shè)中,有時(shí)會(huì)遇到軟土路基,增加了施工難度。因此,在不同的高速公路工程中,應(yīng)在掌握軟土基本情況的基礎(chǔ)上,結(jié)合現(xiàn)有施工條件,采取合理可行的軟基處理技術(shù),并在施工中加以嚴(yán)格控制,使其發(fā)揮出應(yīng)有的效果。
關(guān)鍵詞:高速公路;軟土路基;真空聯(lián)合堆載預(yù)壓;
為解決高速公路工程建設(shè)中面臨的軟土路基問(wèn)題,結(jié)合某高速公路工程軟基段實(shí)際情況,對(duì)其采取真空聯(lián)合堆載預(yù)壓技術(shù)進(jìn)行施工,分析了具體施工方法及要點(diǎn)。工程結(jié)果表明該技術(shù)合理可行,可為相關(guān)人員提供參考。
1 工程概況
某高速公路分布有軟土路基,主要處在沖填土段中,總長(zhǎng)約421m。結(jié)合沿線地勘報(bào)告,該段土層由上至下依次為:(1)填土與耕植土層,層厚在0.4~1.2m范圍內(nèi),呈深灰色,處于稍濕狀態(tài),有較高的壓縮性,且土質(zhì)不均,含有植物殘骸與根系;(2)淤泥粉砂互層,層厚在0.1~8.3m范圍內(nèi),處于飽和狀態(tài),整體松軟,且土質(zhì)不均,含有一定量黏粒,砂質(zhì)成分主要為石英,并可見少量云母,為地基加固處理主要對(duì)象;(3)淤泥層,層厚在3.5~15.6m范圍內(nèi),處于飽和、軟塑和流塑狀態(tài),土質(zhì)較差;(4)淤泥質(zhì)黏土層,層厚在2.5~19.2m范圍內(nèi),處于飽和與軟塑狀態(tài),土體濕度大,且不均勻,還含有細(xì)砂,為地基加固處理主要對(duì)象。通過(guò)測(cè)定可知,該段軟基土體的含水率很大,可以達(dá)到65%~95%,屬深厚軟基范疇。經(jīng)研究決定采用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法對(duì)該段軟基進(jìn)行處理。
2 施工方法
2.1 工藝流程
真空聯(lián)合堆載預(yù)壓是指在待處理段落先設(shè)置豎向排水設(shè)施,為土體中水的排出提供通道,然后在抽真空的基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)堆載預(yù)壓,以此促使目標(biāo)土層水分排出和加快固結(jié)速度,使目標(biāo)土層達(dá)到固結(jié)程度要求,進(jìn)而滿足路基施工要求。其施工工藝流程為:表面清理與排水→墊層鋪設(shè)→設(shè)置豎向排水結(jié)構(gòu)→設(shè)置真空管網(wǎng)→密封→抽氣→堆載→真空卸壓→驗(yàn)收。
2.2 表面清理與排水
在軟基處理處用地紅線范圍內(nèi),將地表存在的淤泥、植被及塊石等清理干凈,并采用中粗砂對(duì)表土進(jìn)行換填,同時(shí)做好平整,經(jīng)過(guò)晾曬后回填砂至地表工作面。除此之外,還需在邊樁外側(cè)2m處開挖圍堰,并在圍堰以外進(jìn)行排水通道的設(shè)置,將圍堰中的水抽干,以排出地表積水和淺層地下水,防止對(duì)之后的施工造成影響。
2.3 墊層鋪設(shè)與豎向排水結(jié)構(gòu)設(shè)置
墊層鋪設(shè)與豎向排水結(jié)構(gòu)設(shè)置的主要目的是提供排水通道,其質(zhì)量對(duì)預(yù)壓排水效果有決定性影響。在鋪設(shè)墊層之前,應(yīng)先對(duì)墊層材料進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)。通過(guò)檢驗(yàn),墊層材料的含泥量不超過(guò)3.0%,細(xì)度模數(shù)為2.9,滲透系數(shù)為0.012cm/s,完全符合相關(guān)規(guī)范及工程設(shè)計(jì)要求。
豎向排水結(jié)構(gòu)主要是指塑料排水板,施工前檢查其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo);墊層壓實(shí)后的厚度應(yīng)達(dá)到50cm,對(duì)此應(yīng)分兩層進(jìn)行鋪設(shè),第一層按20cm厚鋪設(shè),第二層按30cm厚鋪設(shè)。需注意的是,第二層鋪設(shè)要在塑料排水板設(shè)置到位后再進(jìn)行,完成鋪設(shè)后通過(guò)適當(dāng)?shù)哪雺菏蛊鋲簩?shí)度不低于93%。另外,墊層要在邊樁的外側(cè)伸出約1.5m,并在頂面設(shè)置2%左右橫坡,以利于排水。
本次施工所用排水板的類型為SPB-C,以1.5m的間隔距離按正方形設(shè)置,鋪設(shè)完第一層墊層之后采用套管法打設(shè),具體的打設(shè)深度及套管實(shí)際垂直度都要符合要求,打設(shè)過(guò)程中排水板不能出現(xiàn)破裂及濾膜撕裂等情況;打設(shè)完畢后,墊層上部排水板長(zhǎng)度應(yīng)達(dá)到25cm。
按照現(xiàn)場(chǎng)具體情況,在線路縱向按照40m的間隔距離設(shè)置觀測(cè)中樁與邊樁,并在地表下層4m、8m、12m和16m進(jìn)行水壓力儀的設(shè)置,同時(shí)在地表下層8m和18m進(jìn)行沉降板及測(cè)斜儀的設(shè)置,以此對(duì)軟基加固前后土層應(yīng)力、位移與孔隙水壓等產(chǎn)生的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
2.4 真空管網(wǎng)設(shè)置與密封
真空排水管主要使用PVC管,考慮到該公路路基整體為長(zhǎng)條形,故將真空排水管確定為兩種類型,即主管與濾管,管徑分別為75mm與60mm。其中,主管沿縱向以25m的間隔距離埋設(shè),在主管管頭的一端采用變徑三通和濾管相連,另外一端從密封溝中穿過(guò)與射流泵相連;濾管沿橫向以5m的間隔距離埋設(shè),與主管之間按照魚骨形使用鋼絲軟管相連,濾管之間使用接頭相連。在管道的接口處使用適宜方法相連,形成管網(wǎng),同時(shí)在對(duì)應(yīng)的位置預(yù)留出膜口進(jìn)行土工布的鋪設(shè)。最后在場(chǎng)地的外邊緣開挖密封溝,采用聚氯乙烯薄膜作為密封膜。
在鋪設(shè)密封膜的過(guò)程中,需將密封膜插入到溝底100mm左右深度處,在翻轉(zhuǎn)錨固后將其回填密實(shí),并檢查確認(rèn)密封膜是否存在破裂。一旦發(fā)現(xiàn)破裂,應(yīng)立即將其補(bǔ)好,如破裂面積很大,則應(yīng)整塊更換。將密封膜鋪好后,在其表面繼續(xù)鋪設(shè)一層土工布,這樣能起到一定保護(hù)作用,避免密封膜被上部填料破壞。
2.5 抽真空和堆載
將密封膜表面土工布鋪好后,借助真空射流泵抽真空,每個(gè)射流泵可對(duì)900m2左右的范圍進(jìn)行抽真空,在抽真空的過(guò)程中做好漏氣檢查,尤其是接頭處等容易產(chǎn)生漏氣的部位。當(dāng)真空度至少連續(xù)5d保持恒定時(shí),方可開始堆載。堆載開始前,需在密封膜的表面填筑一層素土,素土的厚度達(dá)到15cm即可,這樣能最大程度保護(hù)密封膜,以免密封膜破損漏氣導(dǎo)致卸壓。然后按照4.0m的總堆載高度實(shí)施分層堆載與適當(dāng)?shù)哪雺骸?/p>
2.6 真空卸壓
當(dāng)堆載標(biāo)高與路床頂部的設(shè)計(jì)標(biāo)高完全相符,且根據(jù)沉降觀測(cè)結(jié)果,確認(rèn)沉降速率在最近7d時(shí)間內(nèi)始終小于2mm/d時(shí),方可停止抽真空。在該段軟基處理過(guò)程中,堆載完成后連續(xù)進(jìn)行了80d抽真空,在觀測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到要求后才停止;當(dāng)通過(guò)推算得出的固結(jié)度不低于90%,且施工完成后沉降在30cm以內(nèi)時(shí),即可結(jié)束路基處理,開始下一步施工。
2.7 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試
經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè),最大沉降量產(chǎn)生于K21+454段,數(shù)值為188.2cm,平均沉降量結(jié)果為148.4cm。剛開始抽真空與每次堆載之前,沉降速率相對(duì)較快,在抽真空開始后第5d,沉降速率達(dá)到最大,數(shù)值為6.8cm/d;整個(gè)處理過(guò)程中,路床無(wú)失穩(wěn)現(xiàn)象,且完成處理后的固結(jié)度不低于90%,成功將工后沉降控制在30cm以內(nèi)。
對(duì)孔隙水壓進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)的目的在于確定土體實(shí)際固結(jié)狀態(tài),以孔壓為依據(jù)還能對(duì)固結(jié)度進(jìn)行計(jì)算,進(jìn)而反映土體自身抗剪強(qiáng)度變化狀況,為現(xiàn)場(chǎng)加荷速率的確定與調(diào)整提供參考,明確何時(shí)可以加下一級(jí)荷載。
實(shí)際施工中,抽真空會(huì)使孔隙水壓變小;而在加載以后,孔隙水壓將開始增加,在達(dá)到一個(gè)極值后,開始減小;將下一級(jí)荷載施加后,孔隙水壓繼續(xù)增加,隨后減小,以此循環(huán),使地基土強(qiáng)度不斷增加??梢姡檎婵諘?huì)使孔隙水壓逐漸降低,并產(chǎn)生一定超靜水壓;經(jīng)觀測(cè)可知,設(shè)置在地表下部12m深度的測(cè)點(diǎn),其孔隙水壓實(shí)際下降速度最快;堆載填土過(guò)程中,每施加完一次荷載,因堆載發(fā)生變化,所以孔隙水壓實(shí)測(cè)值將會(huì)產(chǎn)生短暫的顯著增大,但其持續(xù)時(shí)間并不會(huì)很長(zhǎng),之后便趨于穩(wěn)定。對(duì)路床進(jìn)行堆載時(shí),設(shè)置在地表下部16m深度的測(cè)點(diǎn),其孔隙水壓總變化增量達(dá)到最大,數(shù)值為28k Pa,而其他測(cè)點(diǎn)則處在10~20k Pa范圍內(nèi);因真空壓力保持相對(duì)穩(wěn)定,所以能使土層在堆載時(shí)測(cè)頭讀數(shù)一直比孔壓初始值小,這樣能有效避免失穩(wěn)及滑坡,在加快堆載速度的同時(shí),使堆載始終保持穩(wěn)定,最終使軟基處理順利完成,縮短工期。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè),該段軟基的處理效果良好,所用處理方法合理可行。
3 結(jié)論
通過(guò)以上實(shí)踐,可得出以下結(jié)論:
(1)通過(guò)對(duì)真空聯(lián)合堆載預(yù)壓方法的合理應(yīng)用,能從根本上解決由于軟基分布造成的工后路基下沉問(wèn)題,使工后路基保持相對(duì)穩(wěn)定。經(jīng)以上處理,該段路基所在路床未產(chǎn)生失穩(wěn)情況,且工后沉降滿足相關(guān)要求。
(2)對(duì)于真空聯(lián)合堆載預(yù)壓,盡管其施工工藝比較簡(jiǎn)單,對(duì)施工技術(shù)并沒有太高的要求,但要想達(dá)到預(yù)期的處理效果,仍需要加強(qiáng)施工控制,比如對(duì)排水板插入時(shí)的間隔距離及深度進(jìn)行嚴(yán)格控制,并采取合理措施進(jìn)行密封,在抽真空時(shí)還要做好時(shí)間與速率的控制等。
(3)經(jīng)本次實(shí)踐,驗(yàn)證了真空聯(lián)合堆載預(yù)壓在深厚軟基處理中的可行性與合理性,有著工藝簡(jiǎn)單、操作容易和成本低廉的優(yōu)勢(shì),值得在更多的高速公路工程中應(yīng)用。
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