超軟土快速預壓加固工藝研究

超軟土快速預壓加固工藝研究

1超軟土施工難點為了實現(xiàn)土地流轉向商業(yè)用地的快速轉移，必須迅速加固近期征收完成的軟土基礎，以滿足商業(yè)用地的要求。新近吹填的超軟土強度很低,施工困難,傳統(tǒng)工藝是在超軟土上吹填1m左右的砂墊層作為上人和機械的工作界面,然后進行真空預壓加固。目前砂資源緊缺,造價高昂。新吹填超軟基一般經過3~5個月的真空預壓加固,地基沉降很大,但局部承載力遠低于設計要求或預期2試驗方案a區(qū)、b區(qū)、c區(qū)2.1試驗目的開發(fā)無砂真空預壓新技術,對淺層4~6m新近吹填超軟土地基進行加固,使之在無砂及快速情況下能夠達到商業(yè)用地要求,或形成具有一定強度的硬殼層,滿足深層地基加固機械施工。2.3試驗方案試驗區(qū)分為A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)3個區(qū),每區(qū)1000m試驗A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)排水板間距分別為60、50和40cm。在采用排水固結法加固飽和軟黏土,塑料排水板的布置間距是影響固結時間的重要因素3濾管綁扎、安裝3.1排水板打設塑料排水板打設施工前,先預打板,判斷打設深度,根據(jù)打設深度和外露尺寸,將排水板剪成滿足打設深度和外露長度要求的短板。短板端頭用燒熱的瀝青密封,打板時將板頭前端10cm彎折,人工用鋼管壓在彎折位置,垂直插入至要求深度。3.2挖濾管溝、排水板濾管綁扎排水板打設完成后,在每排排水板打設處挖濾管溝,溝深20~30cm,溝底寬度大于15cm,并便于濾管綁扎施工;在濾管溝鋪設濾管,排水板纏繞濾管一周半,用自拉鎖固定;將濾管溝填平。該綁扎方式主要為保證排水板在抽真空過程中能夠雙面排水。施工圖見圖3—圖5。濾管局部或大量壓扁一直是無砂法真空預壓存在的一個問題。由于沒有砂墊層,濾管直接放在地表,在大氣壓力和真空負壓的共同作用下,密封膜容易對濾管形成半包裹,產生應力集中,使得濾管壓扁。濾管為多數(shù)無砂法真空預壓地基加固水平向唯一的排水和傳遞負壓通道,一旦有些部位損壞將影響局部地基加固效果。濾管埋入泥下可有效加固濾管周圍土體,最大限度地減小外力對其損害。4排水板間距對加固效果的影響4.1孔壓觀測4.1.1板內真空度為了解新工藝真空負壓能否順利向排水板傳遞,在排水板內放置了一組孔壓側頭。孔壓測頭測得板內初始壓力為孔壓測頭所在水深的水壓力。隨著加固區(qū)射流泵的開啟,板內壓力迅速降低。當加固區(qū)內壓力穩(wěn)定后,板內壓力降到低點并基本保持穩(wěn)定,板內壓力降低值為80~90kPa,考慮加固區(qū)水位的變化,板內真空度變化滿足設計要求。說明埋入淤泥中的濾管能夠保證負壓傳遞和排水通暢。4.1.2土體孔壓消散土體內孔壓儀均埋設在4根排水板中心位置。加固區(qū)孔壓消散統(tǒng)計及根據(jù)孔壓消散計算的應力固結度見表1。排水板間距的變化對孔壓消散值是敏感的。地基土的孔壓消散值和計算應力固結度隨著排水板間距的減小而增大。4.2表層沉降及固結度計算表層沉降及固結度推算值(雙曲線法[4])見表2。推算固結度隨排水板間距增大而減小,排水板間距小能更早滿足加固區(qū)固結度要求。4.3加固前后含水率、十字板強度變化加固前后含水率及加固20d、40d、60d原位十字板強度統(tǒng)計值見表3。經過60d的真空預壓加固,地基含水率有很大程度的降低。含水率降低程度隨排水板間距的減小而增加。在加固過程中,土體十字板剪切強度逐漸增加。十字板強度增長程度隨排水板間距的減小而增大。采用60m排水板間距,60d十字板強度13kPa,該值接近近年來吹填超軟土采用規(guī)范推薦排水板間距固后十字板統(tǒng)計值,因而在吹填超軟土地基加固中盡量選擇低于60cm的排水板間距。采用40cm、50cm排水板間距大大提高了土體的加固強度,40cm間距的C區(qū)加固60d十字板強度達到26.4kPa。加固后3個區(qū)的含水率相差不大,但十字板強度差別很大,說明土體存在一個含水率敏感區(qū)域,在這個區(qū)域,含水率較小的降低能夠引起強度大幅增長。通過現(xiàn)場試驗主要得到兩項成果:(1)通過試驗區(qū)板內真空度實測分析可知:濾管排水板連接,埋入泥下20~30cm作為真空預壓抽氣排水通道是可行的。濾管埋入泥下可有效減少損壞。(2)試驗區(qū)采用3種排水板間距40、50和60cm,從加固后含水率變化、十字板強度增長和固結度變化等方面看,排水板間距對超軟土加固效果的影響是敏感的。在超軟土地基加固中選擇較小的排水板間距能夠有效提高吹填土地基強度。5深層真空預壓加固工程5.1工程實例一天津港某地基,加固面積13萬m(1)淺層加固卸載標準及排水板間距選擇。一般重型插板機械14t左右,插板機壓力通過枕木向地基土傳播,根據(jù)通常情況下枕木接地面積計算,插板機靜態(tài)接地壓力為20kPa左右,考慮動態(tài)打設排水板,接地壓力增加,按靜態(tài)壓力1.3~1.5倍計算(通過現(xiàn)場實測“倍數(shù)”合理),接地壓力為26~30kPa。反算成地基十字板強度,表層十字板強度為8.3~9.5kPa。淺層加固要滿足深層插板機械施工需要,卸載地基十字板強度需達到9kPa左右?？紤]工期、表層土黏粒含量及已有的試驗結果,淺層加固插板方案為:淺層排水板間距80cm,正方形布置,然后在每四根排水中心位置,插一根排水板,排水板的實際間距為56cm。每排排水板鋪設一根濾管,濾管實際間距為40cm。卸載標準及檢測方法:在正式抽氣第20d進行現(xiàn)場十字板檢測,每區(qū)8個點,要求淺層2~3m范圍內平均十字板強度大于8.5kPa,如達不到,繼續(xù)抽真空,以后每10d做十字板檢測一次,直到地基強度滿足要求后卸載,進行深層加固。(2)加固時間和效果?，F(xiàn)場淺層加固20、30和40d十字板強度均值分別為3.3、7.1和8.8kPa。根據(jù)設計要求40d卸載,進行深層機械插板嘗試?，F(xiàn)場采用的是13.5t重DJG系列鋼軌式插板機,經試插板,淺層地基卸載后強度完全滿足深層插板機械施工要求。(3)與天津港現(xiàn)階段采用的二次加固工藝對比。天津港通常采用的二次真空預壓加固地基工藝,一般是在吹填流泥上鋪設一層編織布和一層土工布,人工打設排水板,插板深度4m左右,間距一般70cm,排水板濾管連接,鋪設土工布,一次性鋪設兩層密封膜。抽氣加載,在正式抽氣的同時,吹填80cm的黑砂,正式抽氣40d后卸載。深層加固以黑砂和經過一段時間加固的表層淤泥共同形成工作墊層,進行機械打設排水板并進行深層加固。和天津港現(xiàn)階段采用的二次加固工藝對比,新工藝采用較小的排水板間距,在較短的時間內實現(xiàn)重型打板機插板,真正實現(xiàn)了無砂真空預壓加固。5.2現(xiàn)場應用實例二天津港東疆某工程,地基土為Q4后期沉積土和近期人工吹填土,主要土層有淤泥、淤泥質黏土及黏土等。由于沉積歷史較短,該土層處于欠固結狀態(tài)。由于地基表面經過一段時間的晾曬已經形成了一定厚度的硬殼層,能夠直接打設排水板的施工機械做深層真空預壓加固。該工程采用無砂法地基加固,為防止濾管在加固過程中損壞,應用濾管排水板綁扎,埋入泥中的試驗成果。設計如下:排水板間距0.8mm,正方形布置,打設底標高-14.5m。排水板外露長度0.2m;在每排排水板位置挖濾管溝,溝深30~50cm,底寬大于15cm;在溝內鋪設濾管,排水板纏繞濾管1周半,用自拉鎖固定;人工填埋濾管溝;一次性在加固區(qū)鋪設兩層密封膜,安裝抽真空設備,加載抽氣。抽真空時間和停泵標準:預計抽真空有效時間為100d(滿負荷抽氣),實際抽氣時間根據(jù)監(jiān)測資料確定,要求固結度≥85%(按沉降量曲線計算),且連續(xù)5d的平均沉降速率不大于3.0mm/d。該工程實際滿載時間105d,加固效果滿足設計要求。卸載后,將該工程和鄰近項目做了對比,臨近項目在加固區(qū)表層吹填0.6m厚的粉細砂,機械打設塑料排水板,排水板間距0.9m,正方形布置,鋪設0.3m厚中粗砂,一次性鋪設兩層密封膜。加固時間100d。由于有0.9m的砂墊層,臨近項目比試驗區(qū)增加荷載15kPa左右。臨近項目加固前平均十字板強度11.3kPa,加固后平均十字板強度24.4kPa;新工藝加固前平均十字板強度11.5kPa、加固后十字板強度均27.7kPa,加固地基土質相近,加固效果相當。對兩項目的工程造價進行了測算。如果按交工標高相同,該工程采用的無砂法真空預壓工藝比鄰近項目少鋪設砂墊層0.9m,考慮與吹填淤泥補齊標高,每10元/m該應用實例說明,在深層地基加固中,將濾管排水板連接,埋入淤泥中作為傳遞負壓和水平排水通道也是可行的。6吹填超軟土地基加固區(qū)本文通過現(xiàn)場試驗和應用,對無砂真空預壓工藝進行了研究,主要結論如下:(1)本文通過現(xiàn)場試驗開發(fā)了一種無砂吹填超軟土真空預壓快速加固工藝。該工藝主要步驟為:人工插板,在每排排水板位置挖濾管溝,排水板濾管連接,鋪設無紡布、密封膜,抽氣加載。該工藝以埋入淤泥中的濾管作為傳遞負壓和水平排水通道,以插入淤泥中的排水板作為豎向排水通道。濾管埋入泥下,在加固過程中可有效防止其被壓壞。該工藝取消了砂墊層,能夠有效節(jié)約砂資源。(2)試驗區(qū)采用3種排水板間距40、50和60cm,從加固后土質變化、土體強度增長、固結度變化等方面看,排水板間距對加固區(qū)加固效果的影響是敏感的。在吹