淺談幾種預壓法在軟基加固施工中的應用

何 軍

(天津市中鐵十八局集團有限公司,天津 300222)

淺談幾種預壓法在軟基加固施工中的應用

何 軍

(天津市中鐵十八局集團有限公司,天津 300222)

結合工程實例具體的實踐,簡要介紹幾種預壓方法在軟基加固施工中的應用。主要介紹預壓法的加固原理、施工工序、方法及技術控制等。實測結果證明加固效果達到設計要求。

軟基加固; 預壓法; 施工

預壓法指的是為提高軟弱地基的承載力和減少構造物建成后的沉降量,預先在擬建構造物的地基上施加一定靜荷載(砂石、土及大氣壓力等),使地基土壓密后再將荷載卸除的壓實方法。預壓法適用于淤泥質黏土、淤泥與人工沖填土等軟弱地基。常用的施工方法有真空預壓、堆載預壓和真空聯合堆載預壓等幾種。天津港南疆港區施工通道地基加固工程位于天津南疆港區,工程地基處理總面積為 490 000 m2,施工中同時采用真空預壓、堆載預壓和真空聯合堆載預壓等預壓方法對軟基進行處理。

1 基本原理

在建筑場地上正式修筑工程之前,先堆載砂石、土等材料或利用大氣壓力對地基進行預壓;使地基產生大量沉降而壓密,從而提高地基的強度,減少實際工程的沉降量。

由室內固結試驗結果e-p曲線可知:當固結壓力由p0增值p1,相應土的孔隙比由e0減少至e1,如圖1中ab曲線所示,此為壓縮曲線。接著卸載,由 p減少至 p0;因土體產生殘留變形e0-ed,由e1恢復到ed,如bd卸荷回彈曲線所示。然后再加荷壓縮,由p0至p1;孔隙比由ed至e1,如db虛線所示,稱再壓縮曲線。

圖1 壓縮、回彈與再壓縮曲線

上述曲線ab相當于預壓,曲線db相當于正式工程壓縮。由圖可見再壓縮曲線db的斜率(即壓縮系數a),遠小于原始壓縮曲線 ab的斜率。此即預壓法的原理。

2 施工工序

本工程軟基加固處理方法有真空預壓、堆載預壓和真空聯合堆載預壓,施工準備,鋪設土工布、荊芭,回填土、中粗砂和搭設塑料排水板等前期工序基本相同,預壓施工工序流程見圖2。

圖2 施工工序流程圖

3 施工方法

3.1 真空預壓施工

真空預壓工藝布置斷面見圖3。

3.1.1 鋪設真空濾管和膜下測頭

真空濾管采用 76硬塑料管,打孔加工后,包好土工織物濾水層,捆扎結實,并使濾水層只透水氣不透砂,濾管連接采用膠管,連接管綁扎要緊,同時綁扎鉛絲接頭嚴禁朝上,以免扎破濾膜。濾管相交叉處采用二通、三通或四通連接。

圖3 真空預壓工藝布置斷面圖

埋設前先將濾管放到埋設位置附近,然后按濾管布設位置,在砂墊層上開溝,把濾管放到溝里埋好,處理好接頭及出膜口。

3.1.2 挖壓膜溝

采用人工配合機械挖溝,開挖時保證斷面尺寸,切斷透水層。把壓膜溝內的砂土全部清理干凈,并運到加固區外存放。對壓膜溝如含有較厚的粉土夾層,難以將其切斷時,應及時與監理、業主及設計等單位進行溝通,必要時進行黏土帷幕施工,避免漏氣,保證真空預壓達到設計要求的膜下真空度。

壓膜溝處的塑料板不剪斷,要沿溝邊向上插入到砂墊層中,插入長度不小于20 cm。

3.1.3 鋪密封膜

鋪密封膜是本工程的關鍵工序,質量好壞直接影響加固效果,所以密封膜質量必須符合設計要求,采用抗老化性能好、韌性好、抗穿刺能力強的不透氣材料密封膜熱合時采用兩條縫的平搭接,搭接長度大于 15 cm。

鋪設密封膜前在平整好的砂墊層上鋪設一層編織布保護密封膜,將事先壓制成型的密封膜,分三層鋪設,鋪密封膜必須統一指揮,膜面繃緊,留有一定余量,展開后每層要進行檢查修補,四邊埋入壓膜溝內,深入溝底 10～20 cm,然后用黏土填溝,所填黏土應濕而軟,不能有大塊,以確保膜的密封性。

3.1.4 安裝真空射流泵、設置地面沉降標

安裝時按射流泵布設要求進行布置,必須保證位置準確,連接處要密封,安裝后進行調試,檢查質量,做好試抽氣準備。沉降標的布設嚴格按要求進行布置。接通抽真空設備。

3.1.5 真空抽氣

試抽氣:調整各種儀器的初讀數,進行開泵抽氣,檢查膜上是否有漏洞,如有漏洞要采取措施修補好,修補好后,可向膜上覆水,抽真空,當膜下真空度達到 0.087MPa后,及時報監理工程師驗收。

正式抽氣:監理工程師驗收合格后,轉入正式抽氣,要求膜下真空度大于 0.087 MPa,真空預壓抽氣滿載時間為 150 d。在抽氣過程中,要維持射流泵的正常運轉,射流箱內循環水要不斷補充,水泵、電機要定期維修保養。

3.2 堆載預壓施工

堆載預壓工藝布置斷面見圖 4。

3.2.1 一級加載

搭完塑料排水板時間不小于40 d后,開始施加第一級荷載,厚度1.0m,荷載強度18 kPa,加荷時間為15 d。

圖4 堆載預壓工藝布置斷面圖

用自卸車將山皮土運至加固區外側,先用挖掘機將山皮土翻倒至加固區內,墊出工作平臺,推土機進入區內向前推進,形成工作面后,直接用自卸車進行堆載施工,推土機整平,步步推進,振動壓路機碾壓密實。測量標高及厚度后以書面形式報送監理檢查并達到合格。

堆載施工前,應首先按設計要求設置沉降標及埋設沉降監測儀器。堆載時應控制加載速率,用水平儀監測各項指標。如沉降速率加大,應停止加載,待沉降曲線處于平滑時,方可繼續加載

3.2.2 二級加載

一級加載結束后,跟進施加第二級荷載,加載時限 15 d,荷載強度27 kPa,約1.5m厚山皮土,可用機械一次施加,實際堆載厚度可根據堆載料密度(不小于 18 kN/m3)調整,以滿足荷載要求為準。

3.2.3 三級加載

二級加載結束,持續荷載 25 d后,開始施加第三級荷載,加載時限 30 d,持續荷載 55 d后進行效果檢測。荷載強度45 kPa,約2.5m厚山皮土,采用機械分兩次施加,實際堆載厚度可根據堆載料密度(不小于 18 kN/m3)調整,以滿足荷載要求為準。

3.2.4 加載計劃

圖 5 堆載預壓加載計劃

3.3 真空聯合堆載預壓施工

在實施真空預壓法的同時在地基上部進行堆載預壓,真空預壓與上部堆載聯合作用就形成了真空聯合堆載預壓法。真空聯合堆載預壓法加大了超載壓力,堆載預壓中的超載部分為真空壓力,增大了地基土體內的附加應力,同時發揮真空預壓和堆載預壓各自的優勢,可提高加荷速率、增大加固深度。

3.3.1 真空預壓、堆載

按真空預壓抽真空 10 d后,開始施加荷載,荷載強度 18 kPa,加荷時間為 15 d。加荷前排除密封膜上覆水,鋪上一層無紡布。首先回填粉土,用自卸車將粉土運至加固區外側,先用挖掘機將粉土翻倒至加固區內,人工進行整平,墊出工作平臺,挖掘機進入區內向前推進,后面用小噸位翻斗車配合挖掘機進行區內倒土。隨后跟進回填山皮土,推土機攤平,步步推進,人工配合機械整平回填土表面,振動壓路機碾壓至壓實密度不小于 0.89,持續荷載后進行效果檢驗。

3.3.2 加載計劃見圖6

圖6 真空聯合堆載預壓加載計劃

4 施工控制

(1)經常檢查密封膜的密封情況,發現漏洞應即刻修補。隨著預壓過程的進行,地基在不斷地發生變形,由于地基土質不均,很可能會出現地基沉降不均勻,從而造成密封膜局部拉應力增大,發生斷裂,致使膜下真空度降低,影響預壓效果,也造成資金、工期的浪費。

(2)真空預壓過程中,應保證電力供應和真空泵的正常運行,以確保真空泵開啟率不低于 75%,從而保持孔隙水壓力得以正常消散,促使土體脫水固結。

(3)堆載預壓時每級加載要均勻,并根據實測的沉降速率、側向位移作適當調整,基本原則是豎向變形每天不超過20mm,邊樁水平位移不超過4mm。

(4)加載過程中為防止大規模滑坡,需設置一定數量的監測點,并進行沉降監測和穩定監測。

(5)所有預壓后的地基,由檢測單位進行十字板抗剪強度試驗及室內土工試驗,以檢驗處理效果。在預壓加載不同階段對代表性地點不同深度進行原位與室內強度試驗,以驗算地基抗滑穩定性。

5 預壓效果

本工程軟基施工不同區域采用不同的預壓方法,預壓后各加固區實測沉降曲線推算土體固結度達到 90%以上,且連續10 d地基沉降速率均在1.5mm/d以內,按預期進行了卸載,達到設計要求并取得了理想效果。

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[2] 朱明,范建華.淺談軟土地基處理方法及施工工藝[J].西部探礦工程,2009(1)

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TU472

B

2010-03-31

何軍(1979～),男,本科,工程師,研究方向:鐵路施工。