浅谈几种预压法在软基加固施工中的应用

何 军

(天津市中铁十八局集团有限公司,天津 300222)

浅谈几种预压法在软基加固施工中的应用

何 军

(天津市中铁十八局集团有限公司,天津 300222)

结合工程实例具体的实践,简要介绍几种预压方法在软基加固施工中的应用。主要介绍预压法的加固原理、施工工序、方法及技术控制等。实测结果证明加固效果达到设计要求。

软基加固; 预压法; 施工

预压法指的是为提高软弱地基的承载力和减少构造物建成后的沉降量,预先在拟建构造物的地基上施加一定静荷载(砂石、土及大气压力等),使地基土压密后再将荷载卸除的压实方法。预压法适用于淤泥质黏土、淤泥与人工冲填土等软弱地基。常用的施工方法有真空预压、堆载预压和真空联合堆载预压等几种。天津港南疆港区施工通道地基加固工程位于天津南疆港区,工程地基处理总面积为 490 000 m2,施工中同时采用真空预压、堆载预压和真空联合堆载预压等预压方法对软基进行处理。

1 基本原理

在建筑场地上正式修筑工程之前,先堆载砂石、土等材料或利用大气压力对地基进行预压;使地基产生大量沉降而压密,从而提高地基的强度,减少实际工程的沉降量。

由室内固结试验结果e-p曲线可知:当固结压力由p0增值p1,相应土的孔隙比由e0减少至e1,如图1中ab曲线所示,此为压缩曲线。接着卸载,由 p减少至 p0;因土体产生残留变形e0-ed,由e1恢复到ed,如bd卸荷回弹曲线所示。然后再加荷压缩,由p0至p1;孔隙比由ed至e1,如db虚线所示,称再压缩曲线。

图1 压缩、回弹与再压缩曲线

上述曲线ab相当于预压,曲线db相当于正式工程压缩。由图可见再压缩曲线db的斜率(即压缩系数a),远小于原始压缩曲线 ab的斜率。此即预压法的原理。

2 施工工序

本工程软基加固处理方法有真空预压、堆载预压和真空联合堆载预压,施工准备,铺设土工布、荆芭,回填土、中粗砂和搭设塑料排水板等前期工序基本相同,预压施工工序流程见图2。

图2 施工工序流程图

3 施工方法

3.1 真空预压施工

真空预压工艺布置断面见图3。

3.1.1 铺设真空滤管和膜下测头

真空滤管采用 76硬塑料管,打孔加工后,包好土工织物滤水层,捆扎结实,并使滤水层只透水气不透砂,滤管连接采用胶管,连接管绑扎要紧,同时绑扎铅丝接头严禁朝上,以免扎破滤膜。滤管相交叉处采用二通、三通或四通连接。

图3 真空预压工艺布置断面图

埋设前先将滤管放到埋设位置附近,然后按滤管布设位置,在砂垫层上开沟,把滤管放到沟里埋好,处理好接头及出膜口。

3.1.2 挖压膜沟

采用人工配合机械挖沟,开挖时保证断面尺寸,切断透水层。把压膜沟内的砂土全部清理干净,并运到加固区外存放。对压膜沟如含有较厚的粉土夹层,难以将其切断时,应及时与监理、业主及设计等单位进行沟通,必要时进行黏土帷幕施工,避免漏气,保证真空预压达到设计要求的膜下真空度。

压膜沟处的塑料板不剪断,要沿沟边向上插入到砂垫层中,插入长度不小于20 cm。

3.1.3 铺密封膜

铺密封膜是本工程的关键工序,质量好坏直接影响加固效果,所以密封膜质量必须符合设计要求,采用抗老化性能好、韧性好、抗穿刺能力强的不透气材料密封膜热合时采用两条缝的平搭接,搭接长度大于 15 cm。

铺设密封膜前在平整好的砂垫层上铺设一层编织布保护密封膜,将事先压制成型的密封膜,分三层铺设,铺密封膜必须统一指挥,膜面绷紧,留有一定余量,展开后每层要进行检查修补,四边埋入压膜沟内,深入沟底 10～20 cm,然后用黏土填沟,所填黏土应湿而软,不能有大块,以确保膜的密封性。

3.1.4 安装真空射流泵、设置地面沉降标

安装时按射流泵布设要求进行布置,必须保证位置准确,连接处要密封,安装后进行调试,检查质量,做好试抽气准备。沉降标的布设严格按要求进行布置。接通抽真空设备。

3.1.5 真空抽气

试抽气:调整各种仪器的初读数,进行开泵抽气,检查膜上是否有漏洞,如有漏洞要采取措施修补好,修补好后,可向膜上覆水,抽真空,当膜下真空度达到 0.087MPa后,及时报监理工程师验收。

正式抽气:监理工程师验收合格后,转入正式抽气,要求膜下真空度大于 0.087 MPa,真空预压抽气满载时间为 150 d。在抽气过程中,要维持射流泵的正常运转,射流箱内循环水要不断补充,水泵、电机要定期维修保养。

3.2 堆载预压施工

堆载预压工艺布置断面见图 4。

3.2.1 一级加载

搭完塑料排水板时间不小于40 d后,开始施加第一级荷载,厚度1.0m,荷载强度18 kPa,加荷时间为15 d。

图4 堆载预压工艺布置断面图

用自卸车将山皮土运至加固区外侧,先用挖掘机将山皮土翻倒至加固区内,垫出工作平台,推土机进入区内向前推进,形成工作面后,直接用自卸车进行堆载施工,推土机整平,步步推进,振动压路机碾压密实。测量标高及厚度后以书面形式报送监理检查并达到合格。

堆载施工前,应首先按设计要求设置沉降标及埋设沉降监测仪器。堆载时应控制加载速率,用水平仪监测各项指标。如沉降速率加大,应停止加载,待沉降曲线处于平滑时,方可继续加载

3.2.2 二级加载

一级加载结束后,跟进施加第二级荷载,加载时限 15 d,荷载强度27 kPa,约1.5m厚山皮土,可用机械一次施加,实际堆载厚度可根据堆载料密度(不小于 18 kN/m3)调整,以满足荷载要求为准。

3.2.3 三级加载

二级加载结束,持续荷载 25 d后,开始施加第三级荷载,加载时限 30 d,持续荷载 55 d后进行效果检测。荷载强度45 kPa,约2.5m厚山皮土,采用机械分两次施加,实际堆载厚度可根据堆载料密度(不小于 18 kN/m3)调整,以满足荷载要求为准。

3.2.4 加载计划

图 5 堆载预压加载计划

3.3 真空联合堆载预压施工

在实施真空预压法的同时在地基上部进行堆载预压,真空预压与上部堆载联合作用就形成了真空联合堆载预压法。真空联合堆载预压法加大了超载压力,堆载预压中的超载部分为真空压力,增大了地基土体内的附加应力,同时发挥真空预压和堆载预压各自的优势,可提高加荷速率、增大加固深度。

3.3.1 真空预压、堆载

按真空预压抽真空 10 d后,开始施加荷载,荷载强度 18 kPa,加荷时间为 15 d。加荷前排除密封膜上覆水,铺上一层无纺布。首先回填粉土,用自卸车将粉土运至加固区外侧,先用挖掘机将粉土翻倒至加固区内,人工进行整平,垫出工作平台,挖掘机进入区内向前推进,后面用小吨位翻斗车配合挖掘机进行区内倒土。随后跟进回填山皮土,推土机摊平,步步推进,人工配合机械整平回填土表面,振动压路机碾压至压实密度不小于 0.89,持续荷载后进行效果检验。

3.3.2 加载计划见图6

图6 真空联合堆载预压加载计划

4 施工控制

(1)经常检查密封膜的密封情况,发现漏洞应即刻修补。随着预压过程的进行,地基在不断地发生变形,由于地基土质不均,很可能会出现地基沉降不均匀,从而造成密封膜局部拉应力增大,发生断裂,致使膜下真空度降低,影响预压效果,也造成资金、工期的浪费。

(2)真空预压过程中,应保证电力供应和真空泵的正常运行,以确保真空泵开启率不低于 75%,从而保持孔隙水压力得以正常消散,促使土体脱水固结。

(3)堆载预压时每级加载要均匀,并根据实测的沉降速率、侧向位移作适当调整,基本原则是竖向变形每天不超过20mm,边桩水平位移不超过4mm。

(4)加载过程中为防止大规模滑坡,需设置一定数量的监测点,并进行沉降监测和稳定监测。

(5)所有预压后的地基,由检测单位进行十字板抗剪强度试验及室内土工试验,以检验处理效果。在预压加载不同阶段对代表性地点不同深度进行原位与室内强度试验,以验算地基抗滑稳定性。

5 预压效果

本工程软基施工不同区域采用不同的预压方法,预压后各加固区实测沉降曲线推算土体固结度达到 90%以上,且连续10 d地基沉降速率均在1.5mm/d以内,按预期进行了卸载,达到设计要求并取得了理想效果。

[1] 陈希哲.土力学地基基础[M].北京:清华大学出版社,2010

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[3] 刘少义,李艳军.软土地基施工检测方法[J].公路,2000(1)

[4] 葛连云,夏登全,马健俊.真空-堆载联合预压法在软基加固中的应用[J].公路,2005(10)

TU472

B

2010-03-31

何军(1979～),男,本科,工程师,研究方向:铁路施工。