劉力銘

(山西晉達(dá)交通建設(shè)工程監(jiān)理有限公司,山西 太原 030012)

1 工程概況

本工程為某高速公路建設(shè)工程,全線為雙向六車(chē)道設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)速度120 km/h,平均路基寬度34.0 m。在K20+354 m～K20+775 m標(biāo)段,存在軟土路基,對(duì)該范圍內(nèi)地質(zhì)情況進(jìn)行勘查,勘查結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 軟土路基標(biāo)段地質(zhì)勘查結(jié)果

通過(guò)分析地質(zhì)勘查結(jié)果并結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,該軟土路基標(biāo)段含水率最大為95%,最小為65%。壓縮系數(shù)在2.2～3.7 MPa之間,土層孔隙比最大2.6,最小為1.5。綜合分析該標(biāo)段為深厚軟土路基,應(yīng)進(jìn)行軟基加固處理,且需綜合土層特點(diǎn)合理選擇軟土地基施工技術(shù)。

2 確定軟土路基施工方案

2.1 拋石擠淤施工技術(shù)

拋石擠淤施工為強(qiáng)迫換土施工的一種表現(xiàn)形式,其應(yīng)用原理為將塊石、片石置入在軟土中,利用所加入的塊石和片石將軟土擠出并占據(jù)其位置,使地基承載力能夠得到良好提升,降低土體沉降量,促進(jìn)提升路基穩(wěn)定性。該軟基施工技術(shù)在軟土層厚度在3～4 m的路基或常年積水不易抽干的荷塘、積水洼地位置、軟土結(jié)構(gòu)液性指數(shù)大、片石能夠下沉的地質(zhì)情況下較為適用。其施工便捷,不需抽干水分或?qū)⒂倌嗤诔?因此在軟土地基加固施工中有著較高的應(yīng)用成熟度,特別是一些公路路基需穿越淤泥洼地時(shí),可利用該方法對(duì)軟土地基進(jìn)行處理。考慮到本工程軟基深度較深,且需消耗掉大量石料資源,成本過(guò)高,不適合選取。

2.2 爆破排淤施工技術(shù)

爆破排淤施工重點(diǎn)在于利用爆破后產(chǎn)生的重力將淤泥擠出。因此在施工時(shí)需保證地域開(kāi)闊,爆炸后能夠?qū)⒂倌鄶D出待處理地基位置,且不會(huì)污染環(huán)境。該軟基處理技術(shù)在軟基深度在3～25 m范圍內(nèi)均可實(shí)施,通常將其應(yīng)用在海灘或河灘附近的公路工程軟土地基處理中,施工范圍較為廣闊。在案例工程中一方面施工現(xiàn)場(chǎng)寬廣度不合格施工需求,此外施工沿線存在密集的村莊,爆破排淤施工會(huì)對(duì)周邊居民帶來(lái)影響,因此不宜選用。

2.3 水泥攪拌樁施工技術(shù)

水泥攪拌樁施工是通過(guò)將軟土和水泥充分結(jié)合后形成硬度較高的結(jié)構(gòu)物,從而起到強(qiáng)化地基強(qiáng)度的一種加固方案。有著應(yīng)用成本低、工期短且施工過(guò)程無(wú)噪音、無(wú)污染等優(yōu)勢(shì),在含水量較高的淤泥質(zhì)軟土地基中適用度更高,但在實(shí)際運(yùn)用中有著較大的操控難度并需應(yīng)用到專(zhuān)用的攪拌機(jī),施工工序存在較強(qiáng)的隱蔽性,在不同地質(zhì)條件下,難以實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量的全面掌控,難以完全避免質(zhì)量事故。因此在本次施工中不適合選取[1]。

2.4 真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法施工技術(shù)

在軟土地基處理中應(yīng)用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法,其強(qiáng)化地基承載力的原理為,利用真空荷載分擔(dān)超載的堆載預(yù)壓,提高預(yù)壓后,能夠顯著提高路基的附加應(yīng)力值,從而發(fā)揮出提高土體加載速率的作用。將真空預(yù)壓和堆載預(yù)壓相結(jié)合后,在施工后7 d之內(nèi)土體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力值就能夠達(dá)到80 kPa以上,加固效果明顯,不需分級(jí)施工。大量工程實(shí)例證實(shí),真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法加固軟土路基效果明顯,可高效控制路基沉降,解決路基沉降問(wèn)題。同時(shí)在施工中還具有施工成本低、性?xún)r(jià)比高等優(yōu)勢(shì),很少發(fā)生側(cè)向變形及路基的剪切破壞。因此在本次施工中,優(yōu)選真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法作為軟土地基加固技術(shù)。

3 高速公路軟土路基施工工藝流程

3.2 清理軟土路基表面及路基排水

在K20+354 m～K20+775 m軟土地基標(biāo)段內(nèi)規(guī)范施工范圍,并對(duì)路面進(jìn)行清理,挖除表土后利用中粗砂換填。對(duì)路面進(jìn)行整平處理,保證路面干凈整潔,晾曬處理后回填砂。在路面邊樁外側(cè)2 m位置挖設(shè)排水溝和圍堰,強(qiáng)化路面排水效果,對(duì)路基淺層的地表水和地下水進(jìn)行清理,保證作業(yè)路面干燥。

3.3 鋪設(shè)砂墊層并設(shè)置豎向排水體

在鋪設(shè)砂墊層前對(duì)砂的質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn),本次砂墊層施工中所選砂為粗砂,其滲透系數(shù)為1.2×10-2cm/s、含泥量為2.8%、細(xì)度模數(shù)為2.9,質(zhì)量符合施工標(biāo)準(zhǔn)需求。砂墊層鋪設(shè)完成后設(shè)置排水通道,隨后打入豎向排水體,在施工中嚴(yán)格把控各項(xiàng)環(huán)節(jié)施工質(zhì)量,確保工程預(yù)壓加固排水效果[2]。

施工所采用的排水板為塑料材質(zhì),其各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)均符合設(shè)計(jì)要求。砂墊層鋪設(shè)碾壓分兩層實(shí)施,將砂墊層厚度控制在50 cm,控制砂墊層壓實(shí)度在93%以上。首先,鋪設(shè)碾壓20 cm厚度砂墊層,測(cè)定壓實(shí)度在93%后,打入排水插板,鋪設(shè)第二層砂墊層,此次砂墊層厚度為30 cm,檢測(cè)壓實(shí)度在93%以上則符合施工標(biāo)準(zhǔn)。施工中所鋪設(shè)的兩層砂墊層均多出邊樁,在外側(cè)留出1.50 m距離。同時(shí)在頂部橫向設(shè)定2%坡度的,提升砂墊層的排水效果。

本次施工所使用的排水插板為C型塑料排水板,板芯為不可再生塑料。塑料排水板的具體性能指標(biāo)如表2所示。在布設(shè)排水板時(shí),板與板間的距離控制在1.50 m且呈現(xiàn)正方形分布。砂墊層鋪設(shè)完成后方可打入套管,在這一環(huán)節(jié)下,需嚴(yán)密控制套管的打入深度及垂直度,且避免破壞塑料排水板的濾膜。為確保施工質(zhì)量,塑料排水板高出砂墊層的高度控制在25 cm。

表2 塑料排水板性能指標(biāo)參數(shù)

施工中順延高速公路縱向以40 m為間隔分別設(shè)定1個(gè)沉降觀測(cè)中樁和2個(gè)沉降觀測(cè)邊樁、為實(shí)現(xiàn)對(duì)路基加固效果進(jìn)行驗(yàn)證,水應(yīng)力是否達(dá)標(biāo),在地表以下4 m、8 m、12 m和16 m位置分別設(shè)定空隙水壓力儀;在地表下8 m和18 m位置設(shè)定測(cè)斜儀和表面沉降板;在地表下12 m位置設(shè)定真空度測(cè)定儀。在埋設(shè)檢測(cè)儀器時(shí)確保嚴(yán)格根據(jù)地表下埋深及數(shù)量進(jìn)行,確保能夠及時(shí)準(zhǔn)確的獲取軟土地基的水應(yīng)力、豎向位移和側(cè)向位移,對(duì)土體的孔隙水壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),為后續(xù)施工工藝流程奠定基礎(chǔ)[3]。

3.4 安裝真空管網(wǎng)及密封系統(tǒng)

施工中真空排水管道選擇應(yīng)用高強(qiáng)度PVC管。綜合分析高速公路長(zhǎng)條形路基形狀,因此高強(qiáng)度PVC管選擇φ75 mm主管,主管壁厚3.5～4.0 mm間;濾管選用高強(qiáng)度柔性塑料管,規(guī)格為φ60,壁厚為3.5～4.0 mm。在濾管中打孔并包裹200 g/m2的滲水土工布?？v向選取φ75 mm主管,沿著高速公路方向每隔25 m埋設(shè)φ75 mm主管,主管的兩端分別連接于公路密封溝一側(cè)的真空射流泵和φ60 mm濾管與變徑三通。橫向真空管網(wǎng)中,沿河高速公路方向每隔5 m埋設(shè)φ60 mm濾管。橫向管網(wǎng)呈現(xiàn)魚(yú)骨狀,利用鋼絲軟管對(duì)主管和濾管進(jìn)行連接,在砂墊層上方鋪設(shè)管網(wǎng)并通過(guò)鉆孔的方法將濾網(wǎng)埋設(shè)在軟土地基的砂墊層中,利用接頭將濾網(wǎng)連接起來(lái)。確保橫向管網(wǎng)和縱向管網(wǎng)的連接質(zhì)量,在管網(wǎng)設(shè)計(jì)位置預(yù)留出膜口,為避免后續(xù)施工損壞出膜口,使用無(wú)紡?fù)凉げ紝?duì)出膜口位置進(jìn)行包裹。在堆載場(chǎng)地外挖設(shè)比場(chǎng)地大1.5 m的密封溝,并以1∶1的比例進(jìn)行放坡,密封溝內(nèi)密封膜采用聚氯乙烯薄膜。

鋪設(shè)密封膜工序中將密封膜的膜邊全部埋入密封溝底內(nèi)20 cm深位置,同時(shí)謹(jǐn)慎翻轉(zhuǎn)膜的邊緣再進(jìn)行錨固處理,固定好后進(jìn)行回填密實(shí)。本次施工對(duì)密封膜的鋪設(shè)質(zhì)量有著較高的要求,在鋪設(shè)過(guò)程中需高度關(guān)注是否有損壞位置,若發(fā)現(xiàn)破裂應(yīng)及時(shí)修補(bǔ),對(duì)于無(wú)法修補(bǔ)的則更換新的密封膜重新進(jìn)行鋪設(shè)。在密封膜鋪設(shè)完畢后,再其上方鋪設(shè)一層土工布,避免后續(xù)施工工序損壞密封膜。

3.5 抽氣堆載及真空泄壓施工

此次軟基施工中共計(jì)使用真空射流泵共計(jì)10臺(tái),用來(lái)抽真空施工,每臺(tái)設(shè)備負(fù)責(zé)900 m2范圍。在施工中高度關(guān)注高速公路路基位置、薄膜、邊溝以及接頭位置是否存在漏氣位置,影響真空效果。根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn),在抽真空后11 d左右能夠?qū)φ婵斩冗M(jìn)行檢測(cè),檢查是否夠達(dá)到80 kPa的真空度標(biāo)準(zhǔn),在抽真空的第11～15 d對(duì)真空度進(jìn)行檢驗(yàn),查看其是否處于穩(wěn)定的真空狀態(tài),確定穩(wěn)定后方能進(jìn)行堆載[4]。本文在堆載施工前在密封膜上方厚鋪一層素土,并將堆載高度設(shè)定為4.0 m,實(shí)施分層堆載碾壓工序,每堆載一層碾壓一層,保證碾壓效果。本次施工在檢測(cè)到抽真空狀態(tài)穩(wěn)定后,堆載預(yù)壓55 d。

堆載標(biāo)高達(dá)到土路床頂標(biāo)準(zhǔn)后,對(duì)沉降速率進(jìn)行檢測(cè),若每天沉降量均在2 mm以?xún)?nèi)且該水平能夠維持1周以上則停止抽真空工序。在案例工程中,抽真空連續(xù)80 d方達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)。觀察停止抽真空后的沉降曲線變化,路基固結(jié)度能夠達(dá)到90%以上,軟基施工宣告結(jié)束。

4 軟土路基施工質(zhì)量檢驗(yàn)

通過(guò)對(duì)比分析沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)值,在K20+354 m～K20+775 m軟基標(biāo)段內(nèi),最大沉降量發(fā)生于K21+545 m位置處,沉降量為185.4 cm,該點(diǎn)中樁及邊樁的平均沉降量為145.7 cm。通過(guò)結(jié)合施工進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行分析,在抽真空初始階段和堆載加壓初期沉降量變化最大,本次施工最大沉降速率發(fā)生于抽真空的第5 d,經(jīng)測(cè)的為6.8 cm/d。分析沉降量曲線,施工過(guò)程土路床未出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象,固結(jié)率達(dá)到90%以上,工后沉降在30 cm以?xún)?nèi),滿(mǎn)足軟基加固要求。

此外,通過(guò)施工時(shí)對(duì)孔隙水壓力進(jìn)行檢測(cè),能夠反映出軟基加固狀態(tài)和地基土體的抗剪強(qiáng)度,以此為基礎(chǔ)推算出加荷速率,明確填土?xí)r機(jī)。分析本次施工孔隙水壓力檢測(cè)數(shù)據(jù),在抽真空階段,孔隙水壓力明顯下降;在堆載加載時(shí)孔隙水壓力提升至峰值并隨后逐步下降。實(shí)施下一級(jí)加載工序時(shí),其壓力再次升高,經(jīng)過(guò)幾次循環(huán)后,軟基土體的強(qiáng)度明顯得以提升。

孔隙水壓力抽真空時(shí)會(huì)下降,并于內(nèi)部有負(fù)超靜水壓力產(chǎn)生。通過(guò)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行觀測(cè)可以看出,下降最快的孔隙水壓力值為地表下12 m深處。在實(shí)施堆載填土后,再次觀察孔隙水壓力,可以發(fā)現(xiàn)其隨著荷載的增加而逐漸趨于平穩(wěn)狀態(tài)。針對(duì)此次施工中土路床4 m堆載進(jìn)行觀測(cè)后可以看出,孔隙水壓力在地表下深16 m處的累積變化增量為28 kPa,其為最大值,其余測(cè)點(diǎn)范圍均為10～20 kPa。由于需要對(duì)土體內(nèi)部真空壓力穩(wěn)定性進(jìn)行考慮,因此測(cè)頭在路基堆載時(shí)的讀數(shù)始終較孔壓初始穩(wěn)定值更低。在此次觀測(cè)期間,未出現(xiàn)滑坡及失穩(wěn)問(wèn)題,由于具有較長(zhǎng)的穩(wěn)定時(shí)間,因此本次路基段施工得到了順利進(jìn)展,保障了施工進(jìn)度。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述,結(jié)合某高速公路軟土地基處理實(shí)例工程,通過(guò)地質(zhì)勘查及數(shù)據(jù)資料分析確定真空聯(lián)合堆載預(yù)壓施工技術(shù),在施工周期內(nèi)未出現(xiàn)失穩(wěn)問(wèn)題,施工后路基強(qiáng)度滿(mǎn)足施工要求,為高速公路安全、穩(wěn)定運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。