真空堆載聯合預壓法在實際工程中的運用

毛添鈿

不良地基的處理是實踐工程中的一個重點、難點問題。建筑地基的處理方法有很多,例如:換填墊層法、預壓法、強夯法、振沖法等等。其中預壓法適用于處理淤泥質土、淤泥和沖填土等飽和粘性土地基,包括堆載預壓法和真空預壓法兩種方法。而如今,將兩種方法結合起來的所謂的真空堆載聯合預壓法對縮短工期,達到設計要求的豎向變形和平均固結度都有更加良好的效果,在實際工程實踐中運用廣泛。

1 工程實例

1.1 工程概況

本工程為擬開發的高層和多層商業住宅小區,軟基處理面積約為 88 383m2,場地地貌單元屬海陸交互相沉積的濱海平原,勘察期間地面高程為-0.33m～0.26m。地下穩定水位0.20m～1.50m,標高-1.21m～0.88m,埋藏較淺。場地巖土單元層自上而下分為如下幾層:人工填土層、海陸交互相沉積的淤泥、粉質粘土、淤泥質粉細砂、礫砂、淤泥質土層、花崗巖風化層。整個場地情況較為復雜,場地西南側為多年前已建的居民小區,東南側為在建一期工程,北側緊鄰農用水果花卉種植地,尤其是西南側居民小區距本次軟基處理工程邊界僅 20m左右。

1.2 軟基處理技術要求

本工程規劃建設用地,大面積軟基處理作為第一次地基處理,主要滿足小區道路、管線及其他輕型建(構)筑物場地地基基礎的要求,房屋建筑則采用樁基。各項技術指標要求如下:

1)沉降要求:工后沉降:≤20 cm,差異沉降:＜2.0‰;2)地基處理交工面承載力特征值:120 kPa(以靜荷試驗為準);3)交工面壓實度:＞93%(重型壓實);4)地基處理交工面高程:(3.2± 0.1)m(黃海高程)。

1.3 方案選定與設計

根據地勘報告,本場區的底部基本被淤泥所覆蓋,淤泥底板下絕大多數為第四系沖洪積粉質粘土,而表層土則由新近回填的粘性土和碎塊石組成。原淤泥頂面高程約為 -0.5 m,厚度10.0m～30.0m。結合本工程特點:淤泥層較厚,且填料來源不足,根據 JGJ 79-2002建筑地基處理技術規范[1]第 5.1.1條規定,并考慮到工期、施工難度、造價等影響因素,擬采用真空堆載聯合預壓法,堆載料作為預留沉降量和交工面以上填土。

將整個場地分成 4個區間,經過詳細計算分析,場地在真空聯合堆載預壓作用下,本項目軟基處理設計技術參數見表 1。

因采用真空預壓時,在真空預壓滿載 80 kPa的荷載作用下,當固結度達到U時,軟基處理固結沉降為St=U?Sc。當考慮填土荷載以及車輛使用荷載作用下淤泥的固結沉降量為 Sc′,當固結度達到U′時,軟基處理固結沉降為St′=U′?Sc′,則應St=St′,且也應該滿足工后沉降的要求,Sc-St≤20 cm,以此來推算真空預壓的時間。

表1 各區堆載預壓設計參數表

表2 真空預壓固結度和沉降量計算結果

根據表 2分析,當真空滿載預壓下固結度達到 80%時,工后沉降就能滿足設計要求,按0.9m和1.0m的間距布置插板,預壓約 90 d即可達到要求。但考慮到真空設施的不穩定性,實際施工時按有效真空預壓時間 120 d考慮,固結度要求大于 90%。

2 施工過程

軟基處理工程主要施工內容有以下幾個:清表、清理塊石、砂墊層、插塑料排水板、真空預壓、鋪設土布、堆載及壓實平整。

2.1 主要施工內容的施工方法

1)平整清理場地。現場塊石的清理關系到后續的插塑料排水板的工作,在施工時務必將表面填土仔細翻挖,翻挖深度達海陸交互相沉積的淤泥層。

2)插塑料排水板。插排水板是軟基處理的一個關鍵施工步驟。采購塑料排水板必須取樣送到有資質的質檢部門進行質量檢驗,合格后方可用于工程。插塑料排水板設備選用履帶式內置式內液壓型插塑料板機。為提高點位對中及垂直精度,施工時采用“雙人雙向吊固定重錘線法”指導施工。在排水板長度不夠需要搭接時,需保證足夠的搭接長度,并保證其入粘土層的深度不小于0.5m。

3)密封膜的施工。密封膜鋪設三層,鋪膜時應從區中間向兩邊拉膜,完成拉膜后及時用砂袋壓膜,并用粘土覆蓋。密封膜鋪好后,立即進行真空泵、儀器安培及沉降桿布置,并在鋪膜當天進行真空泵的抽氣作業(試抽)。真空管路的連接點嚴格進行密封,為避免在停泵后真空度很快降低,在真空管路中設置止回閥和閥門。

4)濾管、出膜裝置的埋設。濾管采用符合設計或規范要求的帶孔波紋塑料濾管,外包土工織物濾水層,捆扎結實,并使濾水層只透水不透砂。濾管連接采用膠管,膠管套入濾管約 10 cm,用鐵絲綁緊,鐵絲接頭嚴禁朝上,以免扎破濾膜。濾管與塑料排水板采用直徑 10mm膠管連接,連接時膠管應套入濾管或塑料排水板10 cm,膠管與濾管及塑料排水板連接處采用塑料扎帶扎緊。

5)土工布鋪設。各區抽真空正常,真空度穩定后,用人工分幅鋪設土工布,相鄰兩幅搭接縫(即縱縫)處采用雙排折疊縫合法縫接,接縫寬度不小于 8 cm。土工布鋪設完成后及時用砂袋將其周邊疊壓牢實,并及時填鋪砂墊層(或填一類土)。

6)加載填土的施工。堆載預壓施工在真空預壓荷載達到設計要求80 kPa的 10 d后進行。在堆載之前先在土工布上填設0.3m厚的粘土或粉土等細顆粒土。從外場進入的填料推平,分層碾壓,每一層堆載碾壓的高度不得超過 0.5m(第一層填土厚度可以為 1.0m,這是為了保護濾管和土工布不被壓壞)。

7)卸載方法。當每分區的真空預壓期滿,且達到預壓排水固結的效果后,即可終止預壓。除去抽真空設備,卸載后,用挖土機進行場平至設計要求并用碾壓機壓實。

2.2 施工中遇到的問題和解決辦法

1)插排水板。

原設計采用先用引孔機引孔,再打入排水板的方法。可是由于引孔,在鋪完密封膜抽真空開始后,出現引孔點的下陷,隨著真空度的增加,出現爆膜現象。為解決這個問題,在打入排水板后鋪密封膜前,對引孔點灌干砂壓密實,實踐表明,效果非常好。

2)沉降差異。

本場區東北側淤泥局部較厚,西南側的淤泥較薄,這就勢必造成沉降差異。為了滿足差異沉降小于 2.0‰的要求,選擇兩個相近的淤泥厚度變化最大的孔計算,結果見表 3。

表3 近距離淤泥厚度相差最大兩鉆孔的相對沉降差表

在實際施工中,控制差異沉降的方法主要有兩方面:第一,堆載要均勻,嚴格按照分層要求,避免集中堆載的現象發生;第二,個別區域出現當日沉降量較大的情況時,采用該區域限時抽真空的方法來控制,停泵點的選取要科學合理,并加強監測且根據實際情況及時作出調整。

3)水土保持。

現場對水土保持的措施主要是開挖臨時排水溝的辦法,因為抽真空時水量較大且持續時間長,臨時排水要選取合理的走向,盡快的排入市政管道,避免抽出的水污染周邊環境。在堆載預壓階段要特別注意對場區邊界的檢測和保護,尤其在雨季,應及時對邊坡進行加固,避免局部堆載過快發生土體剪切破壞。

[1] JGJ 79-2002,建筑地基處理技術規范[S].

[2] DBJ 15-38-2005,建筑地基處理技術規范[S].

[3] 趙維炳.排水固結加固軟基技術指南[M].北京:人民交通出版社,2005.

[4] 張立志.軟土地基的處理[J].山西建筑,2010,36(10):86-87.