真空聯(lián)合堆載預(yù)壓在軟基處理中的應(yīng)用

王俊剛,于歆晨

(青島理工大學(xué) 土木工程學(xué)院,山東 青島 266000)

真空排水預(yù)壓法加固軟土地基的基本原理,最早由瑞典皇家地基學(xué)院的W.Kjellman教授于1952年提出。[1]我國(guó)于20世紀(jì)80年代開(kāi)始研究此加固工藝,交通部一航局、天津大學(xué)、南京水利科學(xué)院土工所等單位對(duì)真空預(yù)壓加固軟土地基在施工工藝和設(shè)計(jì)方法等方面做了不少工作,使其在工程應(yīng)用中取得成功,此后該工法得到很大的發(fā)展。[2]堆載預(yù)壓方法在軟基處理中比較常見(jiàn),該法易施工,造價(jià)較低,但工期較長(zhǎng);真空排水預(yù)壓法具有不需要堆載材料,無(wú)噪聲,易施工,工期相對(duì)較短的優(yōu)點(diǎn);將此二者結(jié)合形成真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法,與堆載預(yù)壓法相比雖造價(jià)稍高,但具有工期短、加固效果明顯等優(yōu)勢(shì)。[3]

1 真空聯(lián)合堆載預(yù)壓原理及方法簡(jiǎn)介

以青島某軟基處理項(xiàng)目為例,如圖1-1所示,真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法加固軟基由真空預(yù)壓和堆載預(yù)壓兩部分組成。其第一步工序就是場(chǎng)地整平,然后根據(jù)工程狀況鋪設(shè)砂墊層。這層鋪設(shè)的砂墊層可以方便施工機(jī)械在場(chǎng)區(qū)內(nèi)進(jìn)行移動(dòng),并且充當(dāng)排水墊層的一部分。然后打設(shè)豎向排水體, 一般選用塑料排水板。再鋪一層設(shè)排水砂墊層,在砂墊層中布置排水濾管與主管,可將排水砂墊層中的水匯集排出。將土工布和密封膜鋪設(shè)其上,密封膜通常采用兩層,以防止漏氣產(chǎn)生影響,將密封膜的四周埋入密封溝,用土回填壓緊,防止漏氣。再用真空泵通過(guò)膜下管道開(kāi)始抽氣,使膜下產(chǎn)生一定的真空度,由于豎向排水體具有較好的滲透性,使得真空度能很快的沿著排水體傳遞到其豎向打設(shè)沿途上,進(jìn)入水面以下的位置,形成負(fù)壓,但是軟土中由于其本身滲透性差的原因,真空度傳遞擴(kuò)散相對(duì)困難緩慢,孔隙水壓力變化相對(duì)較小。因此,豎向排水體與周?chē)馏w之間形成了孔隙水壓力差,水流便由四周向排水體匯流而出,最終由射流泵排出,土體發(fā)生固結(jié)。

圖1-1 地基處理剖面圖

在真空預(yù)壓施工的基礎(chǔ)上,當(dāng)膜下真空度達(dá)到了設(shè)計(jì)要求并連續(xù)1～2周保持穩(wěn)定后,開(kāi)始進(jìn)行填土聯(lián)合堆載預(yù)壓施工。聯(lián)合堆載預(yù)壓施工之前,必須在密封膜上覆蓋土工布等材料,以防止填土和碾壓過(guò)程中密封膜被劃破,然后分層回填并碾壓。這種方法與單純的堆載預(yù)壓相比,軟土事先在真空預(yù)壓過(guò)程中進(jìn)行了初步固結(jié),具有一定的強(qiáng)度,所以一般不會(huì)出現(xiàn)地基失穩(wěn)的現(xiàn)象。填土完成后,進(jìn)入聯(lián)合預(yù)壓階段,當(dāng)沉降—時(shí)間曲線(xiàn)趨于收斂,并且實(shí)測(cè)地面沉降速率連續(xù)5到10天平均沉降量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求,并且在滿(mǎn)足設(shè)計(jì)使用荷載下處理深度范圍內(nèi)土層固結(jié)度不小于設(shè)計(jì)要求時(shí),停止抽真空,結(jié)束真空聯(lián)合堆載預(yù)壓。

2 工程概況及水文地質(zhì)條件

本項(xiàng)目位于青島某近海地區(qū),其中核心園區(qū)占地400畝,擬建一大型旅游景觀場(chǎng)館。其中擬建場(chǎng)區(qū)位于廢棄養(yǎng)殖池中,場(chǎng)區(qū)原地貌為濱海淺灘,后經(jīng)人工回填改造形成現(xiàn)狀。根據(jù)場(chǎng)區(qū)勘測(cè)報(bào)告,其主要土層物理力學(xué)指標(biāo)及相關(guān)參數(shù)如下表2-1所示：

表2-1 主要土層物理力學(xué)指標(biāo)及相關(guān)參數(shù)匯總表

本場(chǎng)區(qū)原為養(yǎng)殖池,由數(shù)條壩埂將其分隔,各個(gè)養(yǎng)殖池之間由簡(jiǎn)易水閘及水渠保持貫通,池內(nèi)水體主要接受養(yǎng)殖用抽排海水、其次為大氣降水的補(bǔ)給,勘察期間各養(yǎng)殖池內(nèi)水位標(biāo)高基本一致,水位絕對(duì)標(biāo)高1.4～1.5m。勘察期間屬枯水期,鉆孔中均見(jiàn)地下水,地下水類(lèi)型主要為孔隙弱承壓水,賦存于第(9)層細(xì)中砂、第(12)層中粗砂,其次為第(1)層填土內(nèi)的孔隙潛水。勘察期間測(cè)得鉆孔內(nèi)穩(wěn)定水位埋深0.20～3.28米,穩(wěn)定水位標(biāo)高1.30～1.76米,年變幅約1～2米。調(diào)查場(chǎng)區(qū)近3～5年最高地下水位標(biāo)高約3.50米。

3 施工技術(shù)工藝要點(diǎn)及質(zhì)量控制

3.1 施工工藝流程

工藝主要流程如圖3-1所示：

圖3-1 施工流程圖

3.2 施工要點(diǎn)及質(zhì)量控制

(1)必須先將場(chǎng)地地表水疏干,平整埂壩進(jìn)行場(chǎng)地整平,場(chǎng)地?zé)o法滿(mǎn)足工作墊層填筑施工,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況鋪設(shè)一層有紡編織布、兩層荊芭及一層土工布,土工布鋪設(shè)時(shí)要求機(jī)械縫合,接頭搭接寬度不小于10cm,荊笆接頭搭接寬度不小于20cm。

(2)加固前檢測(cè)在打設(shè)塑料排水板以前進(jìn)行,進(jìn)行鉆探取土試驗(yàn)和十字板剪切試驗(yàn)；埋設(shè)監(jiān)測(cè)儀器在打設(shè)塑料排水板前后均可。

(3)按照設(shè)計(jì)要求打設(shè)塑料排水板,塑料排水板在排水砂墊層表面外露不小于0.2mm。按照規(guī)范要求,打設(shè)最外排塑料排水板距加固區(qū)邊界不大于0.2m。打設(shè)塑料排水板前后均應(yīng)測(cè)量砂墊層表面標(biāo)高,以確定在打板施工期間場(chǎng)地產(chǎn)生的施工沉降。打板后應(yīng)將排水板斷口及周邊位置的黏性土清除干凈,再將打板是所產(chǎn)生的洞口用砂礫土進(jìn)行回填,以確保水能匯集到塑料排水板之中順利排入沙墊層之中。

在打設(shè)機(jī)進(jìn)行定位時(shí),管靴與排水板位標(biāo)記的位置偏差不能超過(guò)±30mm。打設(shè)過(guò)程中應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并調(diào)整套管的角度,要求其在豎直方向上的偏差控制在±1.5%的范圍內(nèi)。必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求所規(guī)定的排水板標(biāo)高進(jìn)行打設(shè),不得出現(xiàn)淺向偏差；當(dāng)發(fā)現(xiàn)地質(zhì)情況與勘察報(bào)告所述不一,無(wú)法按設(shè)計(jì)要求打設(shè)塑料排水板時(shí),應(yīng)在征得設(shè)計(jì)方同意后方可變更打設(shè)標(biāo)高。塑料排水板回帶數(shù)量應(yīng)控制5%以?xún)?nèi),且回帶長(zhǎng)度應(yīng)小于300mm。剪斷排水板時(shí),要確保排水板在墊層以上外露長(zhǎng)度大于200mm,這樣才能使排水板與排水墊層充分接觸,及時(shí)將水排出。每根板施工完畢之后要檢查其施工情況是否符合設(shè)計(jì)要求,當(dāng)符合驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)時(shí)方可移機(jī),進(jìn)行下一根排水板的打設(shè)；否則必須相臨近的地方補(bǔ)打。一個(gè)區(qū)段塑料排水板驗(yàn)收合格后,應(yīng)及時(shí)用沙礫土進(jìn)行仔細(xì)回填,不得使用淤泥等黏性土,并且排水板接頭處如果有黏性土必須及時(shí)清理干凈。

(4)濾管采用工廠(chǎng)化集中生產(chǎn)的直徑為63mm軟式透水管,管體打孔并外包透水濾布后,運(yùn)往施工工地使用,施工和監(jiān)理人員要對(duì)管材進(jìn)行質(zhì)量檢查,要求管體嚴(yán)禁使用再生材料,為確保濾管質(zhì)量符合施工質(zhì)量要求,不允許現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行加工使用。連接管件可根據(jù)實(shí)際施工情況采用鋼管、硬塑料管或相應(yīng)的膠管,由施工單位自選,但必須保證所選用的管件的抗壓強(qiáng)度不小于1.0MPa,管件套入濾管中的長(zhǎng)度不小于100mm。然后用鉛絲綁緊,鉛絲接頭嚴(yán)禁朝上。在濾管鋪設(shè)過(guò)程中,可以根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況,對(duì)采用的各種連通的數(shù)量、形狀以及濾管間的間距做出適當(dāng)調(diào)整,但必須確保濾管能排水通暢不能受阻。將出膜彎管一端與濾管連接好并鋪密封膜后,另一端與射流泵連接。射流泵的功率應(yīng)不小于7.5kW,揚(yáng)程不小于26m；安裝后的射流泵應(yīng)能形成不小于0.096MPa的真空壓力。

(5)密封系統(tǒng)采用一層土工布與兩層密封膜,密封膜要求在工廠(chǎng)熱合一次成型。壓膜溝深度可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況確定,原則上必須切斷透水層,最淺進(jìn)入不透水層頂面以下500mm,邊坡宜為2∶1。鋪密封膜后采用素粘性土回填密封溝并壓密,防止密封膜漏氣。壓膜溝處的密封膜上的覆土厚度不得小于1m。

(6)真空預(yù)壓抽氣計(jì)時(shí)25天后實(shí)施堆載,堆載前在膜上鋪設(shè)一層土工布,再堆載0.5m砂礫土(最大粒徑不宜大于30mm),之后分層填筑碎石土(或其他符合規(guī)范要求的砂礫土等,最大粒徑不宜大于50mm,嚴(yán)禁使用淤泥、生活垃圾等不符合規(guī)范要求的土)并碾壓,土體壓實(shí)系數(shù)不應(yīng)小于0.95,土方分層填筑高度0.3～0.5m,各區(qū)按設(shè)計(jì)堆載回填標(biāo)高控制堆載高度。堆載施工原則上應(yīng)嚴(yán)格遵循加荷曲線(xiàn),并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)孔隙水壓力、沉降、側(cè)向位移等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作相應(yīng)調(diào)整。在聯(lián)合堆載施工中,應(yīng)加強(qiáng)對(duì)抽真空設(shè)備的保護(hù)和維護(hù),并及時(shí)排水,確保真空聯(lián)合堆載預(yù)壓的順利進(jìn)行。堆載土方應(yīng)按照標(biāo)高控制并考慮地基處理產(chǎn)生的沉降量。

(7)加載時(shí)間滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求并達(dá)到卸荷標(biāo)準(zhǔn)后可停泵。

(8)卸載后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè),在加固前檢測(cè)位置1m范圍內(nèi)進(jìn)行鉆探取土試驗(yàn)和十字板剪切試驗(yàn),以及地基承載力檢測(cè)。

4 結(jié)語(yǔ)

文章通多對(duì)實(shí)際工程項(xiàng)目依托,主要介紹了真空聯(lián)合堆載預(yù)壓的原理和施工技術(shù)工藝。從工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明,軟土地基經(jīng)過(guò)真空預(yù)壓進(jìn)行初步固結(jié)以后再進(jìn)行堆載可以有效的減少邊坡側(cè)向滑移量；并且對(duì)軟基進(jìn)行排水固結(jié)可以減少基固結(jié)時(shí)間,從而達(dá)到縮短工期的目的。軟土地基進(jìn)行真空聯(lián)合堆載預(yù)壓處理之后,工后沉降明顯減少,符合我國(guó)現(xiàn)階段又好又快的現(xiàn)代化建設(shè)模式。

[1]KJELLMAN W. Consolidation of clay by means of atmospheric pressure[C]//Proc. Conference on Soil Stabilization. Boston： [s. n.], 1952： 258-263．

[2]婁炎.真空排水預(yù)壓法加固軟土技術(shù)[M].北京：人民交通出版社,2002．

[3]朱建才.真空聯(lián)合堆載預(yù)壓加固軟基機(jī)理及工藝研究[D].浙江大學(xué),2004．