真空联合堆载预压在软基处理中的应用

王俊刚,于歆晨

(青岛理工大学 土木工程学院,山东 青岛 266000)

真空排水预压法加固软土地基的基本原理,最早由瑞典皇家地基学院的W.Kjellman教授于1952年提出。[1]我国于20世纪80年代开始研究此加固工艺,交通部一航局、天津大学、南京水利科学院土工所等单位对真空预压加固软土地基在施工工艺和设计方法等方面做了不少工作,使其在工程应用中取得成功,此后该工法得到很大的发展。[2]堆载预压方法在软基处理中比较常见,该法易施工,造价较低,但工期较长;真空排水预压法具有不需要堆载材料,无噪声,易施工,工期相对较短的优点;将此二者结合形成真空联合堆载预压法,与堆载预压法相比虽造价稍高,但具有工期短、加固效果明显等优势。[3]

1 真空联合堆载预压原理及方法简介

以青岛某软基处理项目为例,如图1-1所示,真空联合堆载预压法加固软基由真空预压和堆载预压两部分组成。其第一步工序就是场地整平,然后根据工程状况铺设砂垫层。这层铺设的砂垫层可以方便施工机械在场区内进行移动,并且充当排水垫层的一部分。然后打设竖向排水体, 一般选用塑料排水板。再铺一层设排水砂垫层,在砂垫层中布置排水滤管与主管,可将排水砂垫层中的水汇集排出。将土工布和密封膜铺设其上,密封膜通常采用两层,以防止漏气产生影响,将密封膜的四周埋入密封沟,用土回填压紧,防止漏气。再用真空泵通过膜下管道开始抽气,使膜下产生一定的真空度,由于竖向排水体具有较好的渗透性,使得真空度能很快的沿着排水体传递到其竖向打设沿途上,进入水面以下的位置,形成负压,但是软土中由于其本身渗透性差的原因,真空度传递扩散相对困难缓慢,孔隙水压力变化相对较小。因此,竖向排水体与周围土体之间形成了孔隙水压力差,水流便由四周向排水体汇流而出,最终由射流泵排出,土体发生固结。

图1-1 地基处理剖面图

在真空预压施工的基础上,当膜下真空度达到了设计要求并连续1～2周保持稳定后,开始进行填土联合堆载预压施工。联合堆载预压施工之前,必须在密封膜上覆盖土工布等材料,以防止填土和碾压过程中密封膜被划破,然后分层回填并碾压。这种方法与单纯的堆载预压相比,软土事先在真空预压过程中进行了初步固结,具有一定的强度,所以一般不会出现地基失稳的现象。填土完成后,进入联合预压阶段,当沉降—时间曲线趋于收敛,并且实测地面沉降速率连续5到10天平均沉降量满足设计要求,并且在满足设计使用荷载下处理深度范围内土层固结度不小于设计要求时,停止抽真空,结束真空联合堆载预压。

2 工程概况及水文地质条件

本项目位于青岛某近海地区,其中核心园区占地400亩,拟建一大型旅游景观场馆。其中拟建场区位于废弃养殖池中,场区原地貌为滨海浅滩,后经人工回填改造形成现状。根据场区勘测报告,其主要土层物理力学指标及相关参数如下表2-1所示：

表2-1 主要土层物理力学指标及相关参数汇总表

本场区原为养殖池,由数条坝埂将其分隔,各个养殖池之间由简易水闸及水渠保持贯通,池内水体主要接受养殖用抽排海水、其次为大气降水的补给,勘察期间各养殖池内水位标高基本一致,水位绝对标高1.4～1.5m。勘察期间属枯水期,钻孔中均见地下水,地下水类型主要为孔隙弱承压水,赋存于第(9)层细中砂、第(12)层中粗砂,其次为第(1)层填土内的孔隙潜水。勘察期间测得钻孔内稳定水位埋深0.20～3.28米,稳定水位标高1.30～1.76米,年变幅约1～2米。调查场区近3～5年最高地下水位标高约3.50米。

3 施工技术工艺要点及质量控制

3.1 施工工艺流程

工艺主要流程如图3-1所示：

图3-1 施工流程图

3.2 施工要点及质量控制

(1)必须先将场地地表水疏干,平整埂坝进行场地整平,场地无法满足工作垫层填筑施工,根据现场情况铺设一层有纺编织布、两层荆芭及一层土工布,土工布铺设时要求机械缝合,接头搭接宽度不小于10cm,荆笆接头搭接宽度不小于20cm。

(2)加固前检测在打设塑料排水板以前进行,进行钻探取土试验和十字板剪切试验；埋设监测仪器在打设塑料排水板前后均可。

(3)按照设计要求打设塑料排水板,塑料排水板在排水砂垫层表面外露不小于0.2mm。按照规范要求,打设最外排塑料排水板距加固区边界不大于0.2m。打设塑料排水板前后均应测量砂垫层表面标高,以确定在打板施工期间场地产生的施工沉降。打板后应将排水板断口及周边位置的黏性土清除干净,再将打板是所产生的洞口用砂砾土进行回填,以确保水能汇集到塑料排水板之中顺利排入沙垫层之中。

在打设机进行定位时,管靴与排水板位标记的位置偏差不能超过±30mm。打设过程中应实时监测并调整套管的角度,要求其在竖直方向上的偏差控制在±1.5%的范围内。必须严格按设计要求所规定的排水板标高进行打设,不得出现浅向偏差；当发现地质情况与勘察报告所述不一,无法按设计要求打设塑料排水板时,应在征得设计方同意后方可变更打设标高。塑料排水板回带数量应控制5%以内,且回带长度应小于300mm。剪断排水板时,要确保排水板在垫层以上外露长度大于200mm,这样才能使排水板与排水垫层充分接触,及时将水排出。每根板施工完毕之后要检查其施工情况是否符合设计要求,当符合验收标准时方可移机,进行下一根排水板的打设；否则必须相临近的地方补打。一个区段塑料排水板验收合格后,应及时用沙砾土进行仔细回填,不得使用淤泥等黏性土,并且排水板接头处如果有黏性土必须及时清理干净。

(4)滤管采用工厂化集中生产的直径为63mm软式透水管,管体打孔并外包透水滤布后,运往施工工地使用,施工和监理人员要对管材进行质量检查,要求管体严禁使用再生材料,为确保滤管质量符合施工质量要求,不允许现场进行加工使用。连接管件可根据实际施工情况采用钢管、硬塑料管或相应的胶管,由施工单位自选,但必须保证所选用的管件的抗压强度不小于1.0MPa,管件套入滤管中的长度不小于100mm。然后用铅丝绑紧,铅丝接头严禁朝上。在滤管铺设过程中,可以根据施工现场的实际情况,对采用的各种连通的数量、形状以及滤管间的间距做出适当调整,但必须确保滤管能排水通畅不能受阻。将出膜弯管一端与滤管连接好并铺密封膜后,另一端与射流泵连接。射流泵的功率应不小于7.5kW,扬程不小于26m；安装后的射流泵应能形成不小于0.096MPa的真空压力。

(5)密封系统采用一层土工布与两层密封膜,密封膜要求在工厂热合一次成型。压膜沟深度可根据现场的实际情况确定,原则上必须切断透水层,最浅进入不透水层顶面以下500mm,边坡宜为2∶1。铺密封膜后采用素粘性土回填密封沟并压密,防止密封膜漏气。压膜沟处的密封膜上的覆土厚度不得小于1m。

(6)真空预压抽气计时25天后实施堆载,堆载前在膜上铺设一层土工布,再堆载0.5m砂砾土(最大粒径不宜大于30mm),之后分层填筑碎石土(或其他符合规范要求的砂砾土等,最大粒径不宜大于50mm,严禁使用淤泥、生活垃圾等不符合规范要求的土)并碾压,土体压实系数不应小于0.95,土方分层填筑高度0.3～0.5m,各区按设计堆载回填标高控制堆载高度。堆载施工原则上应严格遵循加荷曲线,并根据现场孔隙水压力、沉降、侧向位移等监测数据作相应调整。在联合堆载施工中,应加强对抽真空设备的保护和维护,并及时排水,确保真空联合堆载预压的顺利进行。堆载土方应按照标高控制并考虑地基处理产生的沉降量。

(7)加载时间满足设计要求并达到卸荷标准后可停泵。

(8)卸载后进行现场检测,在加固前检测位置1m范围内进行钻探取土试验和十字板剪切试验,以及地基承载力检测。

4 结语

文章通多对实际工程项目依托,主要介绍了真空联合堆载预压的原理和施工技术工艺。从工程实践经验表明,软土地基经过真空预压进行初步固结以后再进行堆载可以有效的减少边坡侧向滑移量；并且对软基进行排水固结可以减少基固结时间,从而达到缩短工期的目的。软土地基进行真空联合堆载预压处理之后,工后沉降明显减少,符合我国现阶段又好又快的现代化建设模式。

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

[2]娄炎.真空排水预压法加固软土技术[M].北京：人民交通出版社,2002．

[3]朱建才.真空联合堆载预压加固软基机理及工艺研究[D].浙江大学,2004．