真空—堆載聯(lián)合預壓法加固軟基的設計方案研究

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

2、塑料排水板；工后沉降 </p><p>　　中圖分類號TU472.33文獻標識碼：A文章編號： </p><p><b>　　1工程概況 </b></p><p>　　某經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)一期工程占地約5km2，主要有路網(wǎng)、倉庫、貨場等。該區(qū)域地處軟土區(qū)，軟土層厚，工程性質很差。 根據(jù)勘察報告，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、質粘土組成，含少量碎石、植物根，結構較松散，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：含有機質，軟塑～流塑狀態(tài)，局部為淤泥質粘土,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，全場地分布，局部夾有粉砂薄層和零星貝殼，層厚17～20m，個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、低強度、高靈敏度軟弱土層。第5層以下為粉質粘土、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給，以蒸發(fā)及向附近溝塘排泄?？辈炱陂g所測地下水埋深為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，采用固結有效應力法計算，穩(wěn)定性安全系數(shù)≥1.2。為滿足建成以后使用要求，對臨近堆場及保稅區(qū)在施工時，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，抗剪強度低，滲透系數(shù)僅1.8×lO-8～9×10-8cm／s。地下水對混凝土具有弱腐蝕性。鑒于本工程地質條件復雜,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、低強度的特點；同時考慮本項目地質條件和周圍環(huán)境的具體情況，從工期、造價、工后沉降、回填材料、砂石緊缺的現(xiàn)狀,設計決定采用真空-堆載聯(lián)合預壓進行排水固結方法來處理軟基路基。 <

8、/p><p>　　堆載排水預壓是在天然地基設置塑料排水板，然后分級逐漸加載，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。堆載預壓的特點是需要預壓材料，預壓荷載一般等同于設計荷載；施工時需嚴格控制加載速率，通常采取分級加載進行預壓，每級預壓荷載不得超過前級荷載作用下地基強度增長后的地基承載力。 </p><p>　　真空預壓

9、法是通過將不透氣的薄膜鋪設在砂墊層上，借助于埋設在砂墊層中的管道，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，強度得以增長。真空預壓法的優(yōu)點是不需要大量的預壓材料，抽真空可一次進行，工期較快。 </p><p><b>　　3方案設計 </b></p><p>　　排水固結法是由排水系統(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>　　墊層材料應采用級配良好的中粗砂，其滲透系數(shù)≮10-3cm／s，同時能起到一定的反濾作用。為防止堆載施工對密封膜的影響，面層5cm范圍內不得有帶棱角的硬物。砂墊層厚

11、度設計為50cm。砂墊層鋪筑須做到厚度均勻。先鋪設30cm厚中粗砂墊層，打設塑料排水板后再鋪設20cm中粗砂墊層。鋪設砂墊層時采用推土機推進攤鋪,先兩邊后中間逐步往前推進。鋪設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量，同時減少后期地基處理對道路的影響,加固范圍在原路基外緣適當擴大。墊層頂寬40m，坡腳寬41.5m，試驗段長度取70m。 </p><p>　　3.1.2真空管路 </p>

12、<p>　　真空預壓管路系統(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7.5kW，空抽時必須達到95kPa以上的真空吸力，按每臺真空泵可控面積為1000m2左右考慮。 </p><p>　　3.1.3豎向排水體 </p><p>　　對深厚軟粘土地基，為了加速土體的固結，必須設置塑料排水帶或砂井等排水豎井。最早的排水固結法是砂井排水，但此法存在的問題是地基變形后，容易產(chǎn)生斷頸和頸縮。塑料排水板法彌補了砂井的不足，使施工工藝大大簡

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

15、><p>　　4)施工機械簡單，施工速度快，勞動強度小，施工場地整潔。 </p><p>　　塑料排水板是系列土工聚合物排水帶的簡稱，是淤泥、淤質土、沖土等飽和粘性及雜填土運用排水固結法時行軟基處理的良好垂直通道，可大大縮短固結時間。在軟土地基處理中，排水板的作用、設計、施工設備基本與袋裝砂井相同。塑料排水板是帶狀復合型結構，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范圍內的土層中，因此，排水板打設深度取為15m。塑料排水板型號選用為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>　　真空預壓密封膜材料采用兩層聚乙烯真空預壓密封膜，每層膜厚度不低于O.14mm(14絲)。為了保護密封膜在兩層密封膜的上面和下面鋪設無紡土工布，質量為250g／m2。無紡土工布鋪好后，用手提縫紉機縫接，縫接寬度≮50mm，加固區(qū)邊緣預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密封膜作用。 </p><p><b>　　3.3加壓系統(tǒng) </b></p

18、><p>　　3.3.1膜內真空度 </p><p>　　真空預壓效果和密封膜內所能達到的真空度大小關系極大。從地勘鉆孔所揭露的地層來看，土體氣密性較好。膜下真空度設計值為80kPa，相當于600mm汞柱。 </p><p>　　3.3.2加載進度 </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達到80kPa，通

19、常需5～8d的觀測期。真空度穩(wěn)定維持在80kPa后就可以進行路基的填筑。最高路堤需填土高度為1.4m，加沉降補方量約2m。第一級加荷高度為0.50m，第二、三級加荷高度為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出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，按設計要求穩(wěn)定抽真空時間不少于75d。當表面平均沉降速率連續(xù)5d都少于2mm／d，且根據(jù)監(jiān)測的表面沉降數(shù)據(jù)推算的工后沉降少于30cm時，就可以卸除真空荷載。 </p><

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

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

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

23、土層預壓沉降量為S12×U2h=1.2cm＜S02=4cm。可見沉降量尚未消除?？紤]由于打設塑料排水板對土體結構的擾動，次同結沉降Ss按總沉降S=Sll+S12的6％計算為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結論 </b></p><p>　　采用真空預壓與等載預壓聯(lián)合處理方法，等載預壓堆

24、載高度為2.0m。真空預壓塑料排水板間距取為1.2m，正三角形布置，上部鋪設一層厚50cm砂墊層，作為水平向排水通道。從實施效果看，其一解決了沉降問題。使地基的沉降在加載預壓期間大部分或基本完成，使構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度的增長，從而提高了地基的承載力和穩(wěn)定性。 </p><p>　　作者簡介：代松家（1985—），男，助理工程師。河南省駐馬店