真空联合堆载预压施工技术_刘江

施 工 技 术

CONSTRUCTIONTECHNOLOGY2006年12月

第35卷 增刊

真空联合堆载预压施工技术

刘 江

(北京城建集团有限责任公司,北京 100088)

[摘要]青岛市滨海公路(南段)为海边虾池或吹填淤泥段,软基处理在工程建设中起着重要作用。本文介绍了真空联合堆载预压施工技术的特征、施工工艺。针对实际工程情况,施工中采取了一系列措施使路基强度和稳定性达到要求。

[关键词]软基处理;真空联合堆载;预压施工技术

[中图分类号]U416.1 [文献标识码]A [文章编号]1002-8498(2006)S2-0160-04

ConstructionTechnologyofVacuumCombinedMound-loadPreloadMethod

LIUJiang

(BeijingUrbanConstructionGroupCo.,Ltd.,Beijing 100088,China)

Abstract:ThegroundofQingdaoBinhairoad(southsegment)istheseashoreshrimppondorhydraulically-filledsullage

softground,inwhichthesoftgroundtreatmentisimportantduringtheengineeringconstruction.Inthisarticle,theauthorintroducesthecharacteristic,constructiontechnologyofthevacuumcombinedmound-loadpreloadmethod.Tothepracticeconditionsaseriesofmeasuresareusedtosatisfyingtherequestofstrengthandstabilizationofroadground.ment;vacuumcombinedmound-load;preload;constructiontechnologyKeywords:softgroundtreat

青岛市滨海公路(南段)第一合同段K11+000~K18+000位于青岛经济开发区行政商务区南侧,唐岛湾北侧,全长7km,是青岛市滨海公路工程的重点和难点。包含一座岔河中桥、8座箱涵和两个过路人行通道。道路等级为城市一级公路,路基宽50m,断面形式为中间31.5m的机动车道,两侧为7.25m的非机动车道及人行道,机动车道为双向八车道,设计时速60km/h,该段4.9km处于海湾吹填淤泥之上,淤泥厚度平均深9m,最深处达14m,淤泥的流塑性相当高,工程所在区域为海边虾池或吹填淤泥段,软基处理在工程建设中起着重要作用,其处理的好坏是工程成败的关键。1 地形与地质情况

根据《青岛滨海公路(试验段)公路工程软路基处理工程地质勘察报告》场区内岩土层自上而下可分为4个土层单元,依次为:①淤泥混砂 层厚1.0~0.6m,层底标高2.27~-1.16m,深灰色,软塑状,中塑性,不均匀混粉砂和粉粒,夹粉土薄层和透镜体,土质不均匀。②淤泥质粉质粘土 层厚0.4~6.0m,层底标高0.64~-6.48m。深灰色,软塑状,中-中上塑性,夹砂斑、砂团,局部含水量较低为粉质粘土。③粉质粘土 层厚0.5~5.1m,层底标高3.07~-8.69m。灰褐-黄褐色,软塑-可塑状,中塑性,混少量中粗砂,局部夹粉土薄层。④砾砂 层厚0.5~4.7m,黄褐色,中密状,

局部呈稍密或密实状,颗粒大小不均匀,混少量粘粒。⑤残积土 层厚0.2~3m,黄褐色,局部呈灰绿色,可塑-硬塑状,中-低塑性,混石英砂粒。⑥强风化岩 层顶标高3.45~-11.7m,岩面起伏较大,总体由东向西倾斜。黄褐色,局部为灰绿色,岩性主要为花岗岩,局部为灰绿岩,原岩结构清晰,含石英、长石等矿物,长石已大部分风化变质,花岗岩样手掰易碎,多呈砂土状,灰绿岩岩石样质地较软,多呈土状。2 软基施工分区及工艺

海滨公路实验段,软基处理设计共分16个区,桩号为K12+800~K16+960。其中,真空预压区2个,真空联合堆载预压区10个,另外4个区为堆载预压区,局部区与区之间土埂地段采用强夯处理。真空预压与堆载预压处理的是工程区域内浅层软基,不再论述。真空联合堆载预压区共计110000m,主要处理所在区内较深软基。设计排水板间距为1m,方形布设;四周设600mm厚粘土帷幕墙封闭(见图1)。3 真空联合堆载预压施工3.1 工作垫层填筑

由于所处地区为吹填淤泥,施工机械无法就位作

[收稿日期]2006-[作者简介]刘 江(1974)),男,北京人,北京城建集团有限

责任公司工程总承包部工程师,北京市北太平庄路18号城建大厦B座2418 100088,电话:(010)62091739

2

2006增刊刘 江:真空联合堆载预压施工技术161

6.0m,呈软塑状,夹砂斑、砂团,具有高孔隙比、高压缩性、低强度等特点,所夹粉土透镜体渗透性较强,以上两种地质均不利于加固区密封。

为确保真空预压区的密封性能,必须对该夹砂层

图1 粘土帷幕平面大样示意

进行隔绝处理,为此采用打设防渗搅拌桩帷幕处理。搅拌桩采用400mm桩径的桩机,搭接宽度为20cm。搅拌过程中用淤泥土进行喷浆,从而起到隔离夹砂层的作用(见图1)。

施工购置粘土含泥量\\90%,粘土浆液打设粘土帷幕,其渗透系数<5@10气。

3.6 铺膜压膜

粘土帷幕墙施工完成后,在帷幕处开挖压膜沟,压膜沟在真空预压施工中主要起周边密封作用。压膜沟深度根据现场实际情况确定,但必须以切断透水层为原则。压膜沟挖好后,选择在无风天气1d铺完膜,铺膜前,应清除砂垫层表面的尖棱小石子、贝壳等杂物,且人工细平垫层表面,并在砂垫层上先铺一层无纺布,以避免密封膜在堆载过程中被砂砾扎破,然后将压制成型的三层密封膜逐层铺好,并及时用砂袋压好,每铺一层都必须进行仔细检查,破漏地方及时进行修补。铺膜后及时设置出膜装置,安装射流式真空泵和观测仪器,密封膜的周边需要埋设在压膜沟中,用粘土回填,密封膜采用抗老化性能好、韧性好、抗穿刺能力强的聚乙烯或聚氯乙烯薄膜并且在工厂热合一次成型。3.7 堆载

射流泵、沉降标布置后,调整各种观测仪器的初读数,进行开泵试抽气,并检查膜上是否有漏洞并采取措施,抽真空20d后(膜下真空度达到80kPa)开始堆载,首先在密封膜上再铺一层无纺布,然后,先人工铺设50cm厚的堆载料,再用机械填以上部分,避免密封膜被填料挤压破;最后,即可按堆载计划分层实施。

对于堆载中使用的荷载是用水来形成的情况,要在加固区四周设围堰,做好密封与加固,避免溃塌发生。覆水围堰采用袋装粘土砌筑,内侧叠铺两层塑料布进行防渗。

堆载料控制:根据本地条件选用风化砂,提前算出每层所需堆载的风化砂量,以指导分层堆载施工。堆载施工时,水平位移<15mm/d,竖向位移<5mm/d。3.8 真空预压

试抽气至膜下真空度达到80kPa以上时,即进入真空计时阶段,抽真空期间,泵与膜下真空度每隔4h测读1次;地表沉降值铺膜试抽气至恒载时测读1次,稳定后每天测读1次。-8

业,拟在原有地层标高基础上铺设1层土工布和土工格栅;然后在其上铺1层风化料作为工作垫层,工作垫层的厚度以能上机械作业为准,厚度0.8~1.5m。

铺设工作垫层是在淤泥上进行,为了防止淤泥面的隆起和在淤泥面上产生淤泥包,填筑由中间向两侧回填,土工布、土工格栅铺设要随铺风化砂垫层同时进行,并在前方安排专人看护。3.2 排水砂垫层施工

工作垫层铺设完成后,铺设1层排水砂垫层,砂垫层是真空预压的横向排水通道,要求铺设厚度0.5m,材料采用中粗砂,级配良好,无杂质,含泥量[5%,以保证良好的排水效果。插板机在砂垫层上进行插板施工。摊铺做到均匀、平整,同时注意避免泥土、杂物混入砂层。

3.3 塑料排水板施工

本工程采用SBP型塑料排水板,板间距为1m,采用行走式插板机施工,真空联合堆载预压区代插入排水板196万延米。

施工前要检查塑料排水板外观质量、纵向通水量、复合体抗拉强度及延伸率、滤膜等主要性能、规格等指标,均应满足设计要求;施工时应加强检查,保证板距、垂直度、板长、跟带长度等符合规范要求,并做好施工记录。打设形成的孔洞应用砂回填并捣实,塑料排水板打设验收合格后,应及时将塑料排水板头埋置于砂垫层中。

3.4 真空滤管的铺设

塑料排水板施工完成后将表面整平,然后铺设真空滤管,设主管和滤管两种,主管的直径为89mm,沿纵向在加固区边缘及中间各布置1条,两主管上每间隔6~7m连接1条<76mm滤管。主管和滤管呈矩形布置,滤管相交叉处采用二通、三通或四通连接,管路连接好之后,上面铺20cm砂垫层,抽真空管路从主管上接出,经密封由出膜器通出,将出膜器与射流真空泵连接。滤管采用PVC塑料管,管外侧用无纺布包裹,使其仅透水而不透砂。3.5 粘土帷幕墙施工

根据地质资料揭示,所在区域淤泥混砂层(为吹填形成)广泛分布,厚度1.0~6.0m,西侧较厚,该土层不均匀混粉砂和粉粒,夹粉土薄层和透镜体,渗透性较强;所在区域淤泥质粉质粘土,分布连续,层厚0.4~cm/s;施工中应注意泥浆

相对密度及喷搅时间等,以免出现断层而影响真空抽

162施工技术2006增刊

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。每天按时对设备运转情况、供电情况及其它与真空预压有关的施工情况均进行严格记录。

要求膜下真空度\\80.0kPa,满载抽气时间\\90d,最后10d内每天沉降量[1.0mm/d方可卸载。4 真空联合堆载预压效果评价4.1 观察情况总述

1)地表沉降

地表沉降采用S3级水堆仪,水堆固定专用尺,地表沉降值在填土抽气间每天测读1次,在堆载完成后每3d测读1次。

由于软土层厚度及土层差别比较明显,使得各区的沉降量差别比较大,最大值为681mm,在9-1区,桩号K15+620;最小值为106mm,在10-1区,桩号为K16+270。总体上,南岸沉降量大于北岸,根据地质勘察报告,这主要是因为南岸的软土层比较厚。

2)孔隙水压力

通过跟踪观测,大部分区域在抽真空过程中真空度稳定,孔压持续下降,并且较长时间维持在65~85kPa。各深度处孔压消散程度符合真空预压机理,但局部地段10-1区和11-1区,在抽真空初期效果不够理想,主要表现在:①孔隙水压力消散程度很低,仅20~30kPa;②孔压值不稳定,出现较大的波动。根据现场观测记录和施工情况,认为主要是以下几个原因:①抽真空效果不理想;②密封工作不到位;③膜面管理不善,表面漏气孔洞过多:④打设塑料排水板后的孔洞处置不当,导致抽真空和覆水后,密封膜破裂。后经及时反馈修正,孔压消散走上正常。

3)沉层水平位移观测

侧向位移采用数显测斜仪观测,观测成果:位移只在地表向外扩张,地表1m以下位移是向里收缩,后随深度增加,逐渐变为0,向内最大收缩量为28cm,发生在地表下3~6m。深层水平位移随时间变化曲线如图2所示。

4)分层沉降观测

分层沉降观测采用分层沉降仪(沉降磁环)观测,每一区均埋设1组。土层深层沉降大部分发生在砂垫层以下0~6.0m,接近上部沉降。4.2 土体物理-力学性能测试

该工程从2003年9月开始真空预压施工,到2004年5月结束。从2004年2月开始进行现场取样和现场试验,到2004年5月完成所有室内土工试验。真空预压处理前后土体物理力学性质得到明显改善,强度大幅提高。

1)静力触探试验

静力触探试验是将探头以一定速率压入土中,利用探头的传感器,通过将探头的贯入阻力记录下来,由于贯入阻力与土体的性质有直接关系,通过贯入阻力的变化,达到了解土层性质的目的,各区均做一个。通过各区的Ps-H曲线可以看出,原地面表层2.0~

3.0m内土体强度明显高于其下部土体,说明表层加

固较为明显。表层2.0~3.0m承载力标准值已达到110~120kPa。

2)十字板剪切强度试验

十字板剪切试验是在钻孔内直接测定土体的抗剪强度,所得强度相当于不排水强度和残余强度,本工程采用十字板-静力触探两用仪定型设备进行测试。

通过分析各区十字板剪切强度试验Cu-H曲线图(见图3)可以得出如下结论:①粉土层加固后土体强度增长幅度为100%~300%,而粘土层加固后土体强度增长幅度为20%~100%,其增长幅度明显小于粉土层。②同一种土质,所处深度较小的土层加固后其强度增长幅度明显大于深度较大的土层。③加固区局部范围内土体强度并没有明显增长,根据《青岛滨海公路(试验段)公路工程软路基处理工程地质勘察地质报告》和以前在施工现场了解的施工情况,结合2004年3月专家组会议的建议。在淤泥包范围内土体的加固较不明显,使得局部地方的十字板强度偏低。④在砂垫层以下2.0~3.0m内的土体加固效果更为明显。

图2 深层水平位移随时间变化典型曲线

图3 十字板剪切强度Cu-H曲线

2006增刊刘 江:真空联合堆载预压施工技术163

根据加固前后土层主要物理力学性质指标比较,淤泥混砂层含水率由46.0%改变为20.9%,孔隙比由1.282改变为0.610,压缩系数由0.881改变为0.190;淤泥质粉质粘土层含水率由33.0%变为31.0%,孔隙比由0.941改变为0.862。5-1区十字板强度增长幅度为150%左右,5-2区十字板强度增长幅度为50%~80%,说明真空-堆载联合预压法可以改善土体物理力学性质指标,加固效果明显。5 结论

通过分析静力触探试验、现场十字板剪切试验和室内土工试验成果,可以得出以下几个结论:加固过程中土体表面沉降、深层分层沉降、孔隙水压力、土体深

层水平位移等的变化趋势基本符合真空-堆载联合预压法的加固机理。但是有些加固区的孔隙水压力发生波动,在以后的类似工程中,建议在覆水或堆载前,应全面进行抽真空系统的检查,全面进行膜面缺陷的修

补,以确保抽真空过程中系统正常运行。同时,为避免薄膜被刺破,可采用土工布进行保护,在堆载时宜采用人工或轻型机械进行。

用真空联合堆载预压法加固软基时,一方面,堆载过程中地基产生的侧向挤出变形与真空荷载作用下产生的侧向收缩变形相抵消,另一方面,由于在真空荷载作用下土体已发生固结,具有一定的强度,可以以较快的速率进行堆载而不会失稳。

真空-堆载联合预压法在青岛滨海公路软基处理工程应用中是成功的,加固效果明显。说明在北方滨海地区采用这些软基加固方法同样可取得很好的效果,同时真空预压和真空-堆载联合预压法具有广泛的适应性。

参考文献:

[1] 交通部第一公路工程总公司.JTJ033-95公路路基施工技术规

范[S].北京:人民交通出版社,1995.

[2] 交通部公路科学研究所.JTJ051-93公路土工试验规程[S].北

京:人民交通出版社,1993.