真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法加固軟基的設(shè)計(jì)方案研究

1、<p>　　真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法加固軟基的設(shè)計(jì)方案研究</p><p>　　摘要：結(jié)合工程實(shí)例，介紹了真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法作為一種軟土地基處理方法具有的諸多優(yōu)點(diǎn)。探討了該聯(lián)合預(yù)壓設(shè)計(jì)方案由排水（豎向、橫向）和加壓（堆載法、真空法）兩個(gè)系統(tǒng)組成，并分析了聯(lián)合預(yù)壓下的水位變化、加固深度等問題，最后就固結(jié)度與工后沉降進(jìn)行了計(jì)算。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：排水固結(jié)；真空-堆載預(yù)壓；

2、塑料排水板；工后沉降 </p><p>　　中圖分類號(hào)TU472.33文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)： </p><p><b>　　1工程概況 </b></p><p>　　某經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)一期工程占地約5km2，主要有路網(wǎng)、倉庫、貨場(chǎng)等。該區(qū)域地處軟土區(qū)，軟土層厚，工程性質(zhì)很差。 根據(jù)勘察報(bào)告，具體地層自上往下為：第1層素填土：主要分布在河埂，由粉

3、質(zhì)粘土組成，含少量碎石、植物根，結(jié)構(gòu)較松散，一般為可塑狀態(tài)。第2層粘土：褐黃色，可塑狀態(tài)，局部軟塑。層厚O.7～4.5m，W=38.2％，ESl-2=3.OMPa，PS=O.276MPa，fnk=100kPa。第3層貝殼夾粉砂：濕，稍密，僅局部存在。第4層粘土：含有機(jī)質(zhì)，軟塑～流塑狀態(tài)，局部為淤泥質(zhì)粘土,層厚0～3.8m，分布不連續(xù)。W =46.6％，IP =20.2，IL =0.97，ESl-2=2.5MPa，PS=0.394MPa，

4、fnk=70kPa。第5層淤泥：流塑，全場(chǎng)地分布，局部夾有粉砂薄層和零星貝殼，層厚17～20m，個(gè)別地段地層直接出露于地表。W =63.O％，IP =22．9，IL =1.22，PS =0.439 MPa，ESl-2=1.8MPa，fnk =45kPa，本層淤泥為高含水量、高壓縮性、低強(qiáng)度、高靈敏度軟弱土層。第5層以下為粉質(zhì)粘土、粉砂、粉土等土層，壓縮模量和承載力均較大，為工程性</p><p>　　場(chǎng)地地下水為

5、孔隙潛水，賦存于覆蓋土層中，主要接受大氣降水補(bǔ)給，以蒸發(fā)及向附近溝塘排泄。勘察期間所測(cè)地下水埋深為0．30～1.60m，地下水位年變化幅度在l.0m左右。 </p><p>　　2地基處理要求與方案選擇 </p><p>　　2.1地基處理要求 </p><p>　　地基處理要求包括路基沉降及穩(wěn)定性兩個(gè)方面。一般區(qū)段工后殘余沉降量≤30cm，縱向及橫向差異沉降量差≯

6、4‰。穩(wěn)定性要求，采用固結(jié)有效應(yīng)力法計(jì)算，穩(wěn)定性安全系數(shù)≥1.2。為滿足建成以后使用要求，對(duì)臨近堆場(chǎng)及保稅區(qū)在施工時(shí)，不得出現(xiàn)道路橫向4‰的差異沉降，更不得因差異沉降過大造成橫向滑移路面開裂。 </p><p>　　2.2處理方案選擇 </p><p>　　本工程部分地段有一層“硬殼層”，一般為粘土，層厚為2～3m，呈可塑～軟塑狀。但大部分地段軟土直接出露地表，該層為第5層土淤泥層，層厚1

7、7～20m，含水量63％、孔隙比為1.79、塑性指數(shù)為22，抗剪強(qiáng)度低，滲透系數(shù)僅1.8×lO-8～9×10-8cm／s。地下水對(duì)混凝土具有弱腐蝕性。鑒于本工程地質(zhì)條件復(fù)雜,地基土中淤泥土層厚且具有高含水量、高壓縮性和高塑性指數(shù)，低滲透性、低強(qiáng)度的特點(diǎn)；同時(shí)考慮本項(xiàng)目地質(zhì)條件和周圍環(huán)境的具體情況，從工期、造價(jià)、工后沉降、回填材料、砂石緊缺的現(xiàn)狀,設(shè)計(jì)決定采用真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓進(jìn)行排水固結(jié)方法來處理軟基路基。 <

8、/p><p>　　堆載排水預(yù)壓是在天然地基設(shè)置塑料排水板，然后分級(jí)逐漸加載，使土體中孔隙水排出，在施工期消除大部分地基沉降，從而有效的控制工后沉降，軟基土性得到改良，地基承載力也得以顯著提高。堆載預(yù)壓的特點(diǎn)是需要預(yù)壓材料，預(yù)壓荷載一般等同于設(shè)計(jì)荷載；施工時(shí)需嚴(yán)格控制加載速率，通常采取分級(jí)加載進(jìn)行預(yù)壓，每級(jí)預(yù)壓荷載不得超過前級(jí)荷載作用下地基強(qiáng)度增長(zhǎng)后的地基承載力。 </p><p>　　真空預(yù)壓

9、法是通過將不透氣的薄膜鋪設(shè)在砂墊層上，借助于埋設(shè)在砂墊層中的管道，通過抽真空裝置將膜下土體中的空氣和水抽出，使土體得以固結(jié)，強(qiáng)度得以增長(zhǎng)。真空預(yù)壓法的優(yōu)點(diǎn)是不需要大量的預(yù)壓材料，抽真空可一次進(jìn)行，工期較快。 </p><p><b>　　3方案設(shè)計(jì) </b></p><p>　　排水固結(jié)法是由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)兩部分共同組合而成。排水系統(tǒng)包括豎向排水體和水平排水體，加

10、壓系統(tǒng)包括堆載法、真空法等。 </p><p><b>　　3.1排水系統(tǒng) </b></p><p><b>　　3.1.1砂墊層 </b></p><p>　　墊層材料應(yīng)采用級(jí)配良好的中粗砂，其滲透系數(shù)≮10-3cm／s，同時(shí)能起到一定的反濾作用。為防止堆載施工對(duì)密封膜的影響，面層5cm范圍內(nèi)不得有帶棱角的硬物。砂墊層厚

11、度設(shè)計(jì)為50cm。砂墊層鋪筑須做到厚度均勻。先鋪設(shè)30cm厚中粗砂墊層，打設(shè)塑料排水板后再鋪設(shè)20cm中粗砂墊層。鋪設(shè)砂墊層時(shí)采用推土機(jī)推進(jìn)攤鋪,先兩邊后中間逐步往前推進(jìn)。鋪設(shè)于其上的土工布要求平整，無撕裂現(xiàn)象。為了保證路基加固質(zhì)量，同時(shí)減少后期地基處理對(duì)道路的影響,加固范圍在原路基外緣適當(dāng)擴(kuò)大。墊層頂寬40m，坡腳寬41.5m，試驗(yàn)段長(zhǎng)度取70m。 </p><p>　　3.1.2真空管路 </p>

12、<p>　　真空預(yù)壓管路系統(tǒng)：主管為Φ82mmPVC管，濾管為Φ55mmPVC管。濾管間距為5.5m。主管和濾管間采用三通、四通連接，主管、濾管布置為魚刺形。同管徑的對(duì)接采用鋼絲膠管連接，全部抽真空管道均需埋入砂墊層中，且保證PVC管上方至少有10cm厚的中粗砂。通過出膜裝置將抽真空管道與射流真空泵連接。主管間距為20m。濾水管按5.5m間距魚刺形布置。濾水管埋設(shè)在水平排水砂墊層的中部，以有效防止濾水管上尖利物體刺破密封膜

13、。抽真空所采用的真空泵功率每臺(tái)7.5kW，空抽時(shí)必須達(dá)到95kPa以上的真空吸力，按每臺(tái)真空泵可控面積為1000m2左右考慮。 </p><p>　　3.1.3豎向排水體 </p><p>　　對(duì)深厚軟粘土地基，為了加速土體的固結(jié)，必須設(shè)置塑料排水帶或砂井等排水豎井。最早的排水固結(jié)法是砂井排水，但此法存在的問題是地基變形后，容易產(chǎn)生斷頸和頸縮。塑料排水板法彌補(bǔ)了砂井的不足，使施工工藝大大簡(jiǎn)

14、化，工效成倍增長(zhǎng)，具有以下特點(diǎn)： </p><p>　　1)塑料排水板是由廠家批量生產(chǎn)的，質(zhì)量均勻且易控制，具有良好的透水和排水性能；重量輕(15N／m)，搬運(yùn)方便，施工質(zhì)量易控制。 </p><p>　　2)塑料排水板材料具有一定的強(qiáng)度及延伸率，適應(yīng)地基變形的能力強(qiáng)。 </p><p>　　3)塑料排水板的斷面尺寸小，插入時(shí)對(duì)地基土擾動(dòng)小，連續(xù)性好。 </p

15、><p>　　4)施工機(jī)械簡(jiǎn)單，施工速度快，勞動(dòng)強(qiáng)度小，施工場(chǎng)地整潔。 </p><p>　　塑料排水板是系列土工聚合物排水帶的簡(jiǎn)稱，是淤泥、淤質(zhì)土、沖土等飽和粘性及雜填土運(yùn)用排水固結(jié)法時(shí)行軟基處理的良好垂直通道，可大大縮短固結(jié)時(shí)間。在軟土地基處理中，排水板的作用、設(shè)計(jì)、施工設(shè)備基本與袋裝砂井相同。塑料排水板是帶狀復(fù)合型結(jié)構(gòu)，一般寬為100mm，厚為3.5～6.0mm，是高壓聚乙烯為原料，中間

16、是擠出成型的塑料板芯，是排水板的骨架和通道。芯板的外面包化纖無紡布起著隔土濾膜作用。 </p><p>　　本工程中，考慮到路堤荷載較小，沉降量主要發(fā)生在15m范圍內(nèi)的土層中，因此，排水板打設(shè)深度取為15m。塑料排水板型號(hào)選用為SPB-100-B型，塑料排水板間距取1.2m，正三角形布置。 </p><p><b>　　3.2密封系統(tǒng) </b></p>

17、<p>　　真空預(yù)壓密封膜材料采用兩層聚乙烯真空預(yù)壓密封膜，每層膜厚度不低于O.14mm(14絲)。為了保護(hù)密封膜在兩層密封膜的上面和下面鋪設(shè)無紡?fù)凉げ迹|(zhì)量為250g／m2。無紡?fù)凉げ间伜煤?，用手提縫紉機(jī)縫接，縫接寬度≮50mm，加固區(qū)邊緣預(yù)留一定寬度的土工布，使其有足夠的余量能在周邊密封溝處起到保護(hù)密封膜作用。 </p><p><b>　　3.3加壓系統(tǒng) </b></p

18、><p>　　3.3.1膜內(nèi)真空度 </p><p>　　真空預(yù)壓效果和密封膜內(nèi)所能達(dá)到的真空度大小關(guān)系極大。從地勘鉆孔所揭露的地層來看，土體氣密性較好。膜下真空度設(shè)計(jì)值為80kPa，相當(dāng)于600mm汞柱。 </p><p>　　3.3.2加載進(jìn)度 </p><p>　　根據(jù)本地地層條件，施工順利的情況下，膜下真空度可以在兩天內(nèi)達(dá)到80kPa，通

19、常需5～8d的觀測(cè)期。真空度穩(wěn)定維持在80kPa后就可以進(jìn)行路基的填筑。最高路堤需填土高度為1.4m，加沉降補(bǔ)方量約2m。第一級(jí)加荷高度為0.50m，第二、三級(jí)加荷高度為0.75m，總的加荷高度為2.0m。為保證在抽真空作用下路堤填筑不會(huì)出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，按設(shè)計(jì)要求穩(wěn)定抽真空時(shí)間不少于75d。當(dāng)表面平均沉降速率連續(xù)5d都少于2mm／d，且根據(jù)監(jiān)測(cè)的表面沉降數(shù)據(jù)推算的工后沉降少于30cm時(shí)，就可以卸除真空荷載。 </p><

20、;p>　　4固結(jié)度與沉降計(jì)算 </p><p><b>　　4.1固結(jié)度計(jì)算 </b></p><p>　　1)塑料排水板打設(shè)區(qū)固結(jié)度計(jì)算：垂直向固結(jié)系數(shù)：CV(100)= O.312×10-3cm /s，水平向固結(jié)系數(shù)CH(100)=0.444×10-3cm /s,，按照上述塑料排水板和加載方式，計(jì)算得到真空結(jié)束時(shí)，土體的平均固結(jié)度為U1h

21、=55％。 </p><p>　　2)未打設(shè)塑料排水板下臥層固結(jié)度計(jì)算：此部分按照一維太沙基固結(jié)理論進(jìn)行計(jì)算，此部分土體的平均固結(jié)度為U2h=8％。 </p><p><b>　　4.2沉降計(jì)算 </b></p><p>　　1)施工沉降計(jì)算。車輛荷載在沉降計(jì)算中可以忽略?？紤]路堤沉降，計(jì)算荷載為40kPa。如果不進(jìn)行地基處理，本試驗(yàn)不利地段1

22、5m以上土體主固結(jié)沉降S01=29cm，15m以下土體主固結(jié)沉降S02=4cm。采用真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓，15m以上土體最終主固結(jié)沉降S11=79.8cm，15m以下土體最終土體主固結(jié)沉降S12=14cm。 </p><p>　　2)工后沉降計(jì)算。按本設(shè)計(jì)施工進(jìn)度，抽真空結(jié)束后，15m以上土層預(yù)壓沉降量為S11×U1h=43.9cm＞S01=29cm。說明塑料排水板打設(shè)區(qū)的主固結(jié)沉降已基本消除。15m以下

23、土層預(yù)壓沉降量為S12×U2h=1.2cm＜S02=4cm。可見沉降量尚未消除?？紤]由于打設(shè)塑料排水板對(duì)土體結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)，次同結(jié)沉降Ss按總沉降S=Sll+S12的6％計(jì)算為5.6cm，因此總的工后沉降為8.4cm，完全滿足規(guī)范＜30cm的要求。 </p><p><b>　　5結(jié)論 </b></p><p>　　采用真空預(yù)壓與等載預(yù)壓聯(lián)合處理方法，等載預(yù)壓堆

24、載高度為2.0m。真空預(yù)壓塑料排水板間距取為1.2m，正三角形布置，上部鋪設(shè)一層厚50cm砂墊層，作為水平向排水通道。從實(shí)施效果看，其一解決了沉降問題。使地基的沉降在加載預(yù)壓期間大部分或基本完成，使構(gòu)筑物在使用期間不致產(chǎn)生不利的沉降或沉降差。其二是解決了地基的穩(wěn)定性問題，加速地基土的抗剪強(qiáng)度的增長(zhǎng)，從而提高了地基的承載力和穩(wěn)定性。 </p><p>　　作者簡(jiǎn)介：代松家（1985—），男，助理工程師。河南省駐馬店