超軟土地基的兩次真空預壓施工技術

0加固后壓縮體的一般特點國內外對真空壓縮差和真空爐渣加固軟土基的內部機制進行了大量研究。近幾年,隨著沿海經濟的飛速發展,圍海造陸工程不斷增加,新吹填的超軟土地基具有“三高兩低”的特點(即高含水量、高壓縮性、高孔隙比、低強度、低承載力),處理起來十分棘手。吹填土層不斷加厚,工期不斷縮短,預留自重固結的時間被壓縮。為解決這一矛盾,工程上開發出一種兩次處理超軟土地基的方法,即淺層處理與深層處理相結合的方法。本文結合溫州民科基地永興園區實際工程,探索了無砂墊層改性真空預壓淺層處理與真空預壓深層處理相結合的超軟土兩次真空預壓加固方法,并對兩次真空預壓過程進行現場監測,通過監測數據分析不同階段的加固效果,監測結果為兩次真空預壓施工提供了理論依據。1深層真空預壓技術溫州民科基地永興園區項目開發面積為26600畝(1畝≈667m鑒于此,本工程采用兩次真空預壓技術,首先對吹填土層進行淺層無砂墊層真空預壓,使其滿足后續人員、機械進場條件后再進行深層真空預壓處理,最終使其滿足建設要求,該方法能夠大大縮短建設工期,節約建設成本。2無砂緩沖層改革的真空預壓層處理2.1高壓真空預壓深層密封砂墊層試驗場地長45.0m、寬22.2m,面積1000m1)在吹填場地上鋪1層塑料編織布,人工插設B型塑料排水板,深度2.5m,排水板間距1.0m×1.0m,每根排水板頭外裹無紡土工布與軟式透水慮管綁扎連接,防止淤泥堵塞。2)在施打排水板的同時開挖排水明溝,作為真空預壓施工中的壓膜溝。3)布置真空吸水總管,吸水總管采用滲水波紋管。總管下開挖淺層盲溝,使總管置入后比地表稍低。4)鋪設1層雙向土工格柵,之后在其上部再鋪設2層0.12~0.16m厚的密封膜。5)每500m6)抽真空開始后2d內真空度即可維持在80kPa以上。當抽真空22d后,加固區域沉降量逐漸減小并趨于穩定,說明負壓密封沉降水已趨于無效,此時負壓密封降水結束。文中采用的改性真空預壓與傳統真空預壓相比最大的區別在于改性真空預壓取消了鋪設砂墊層這一環節,主要原因:(1)砂墊層的工程造價高,中粗砂墊層一般需要設置0.8~1.0m厚,優質砂需求量大,據統計原方法中砂墊層費用占地基處理總費用的1/3左右;(2)若在吹填淤泥上鋪設砂墊層按傳統方法施工,機械插板易引起墊層內泥漿翻漿和機械沉陷,且加固過程中真空壓力在吹填淤泥層內衰減較快,導致深層淤泥的加固效果難以保證。因此,本項目采用浮橋和竹筏取代砂墊層,砂墊層水平排水通道作用可以用真空管路和土工布取代,砂墊層中的摩阻作用可用鋪設的無網土工布代替,對于砂墊層對土體表面壓載作用可用膜上覆水代替。2.2場地表面沉降監測為了解兩次真空預壓中淺層處理的效果,無砂墊層改性真空預壓處理過程中的超凈孔隙水壓力分布如圖1a所示,選取2,6m和12m3個深度。從監測數據可知,2m處超凈孔隙水壓力受真空度影響較大,隨時間下降較為迅速,并出現負值,最大可達到-18kPa。在6m深度處,超凈孔隙水壓力變化幅度較小,約穩定在-10kPa。在12m深度處,超凈孔隙水壓力穩定在5MPa,正超凈孔隙水壓力由上部設備荷載產生。產生這種現象的原因主要為排水板深度為2.5m,真空度在排水板中的傳遞深度為2.5m,由此可知在2.5m以下的土層真空作用減弱,加固效果微弱。圖1b為加固過程中場地表面沉降發展過程。由圖中2個測點可知,場地表面沉降量隨著抽真空天數的增加而增大,在抽真空20d后沉降逐漸趨于穩定,每天沉降量在5mm以下,在第23d后每天沉降不超過3mm。經過25d后,測點1表面沉降量達194mm,測點2地表面平均沉降量達216mm。本次試驗在加固前后分別對場地的相對高程(相對于臨時設置的水準基點,假定水準基準點的高程為10.000m)進行了水準測量,以了解經過淺層真空預壓后,場地高程的整體沉降量,同時也可校核沉降板觀測的精準度。通過對場地高程的觀測,場地表面沉降213mm,與沉降板測量法的結果非常吻合,也驗證了沉降監測的合理性。因此,無砂墊層改性真空預壓處理效果明顯,可以起到加固表層的作用,當表層承載力可以承載后續施工所需的機械荷載時,施工機械可以入場,開展后續深層加固。3真空預壓深層處理3.1次插設砂墊層無砂墊層真空預壓處理結束后,拆除真空膜,清理場地,進行深層真空預壓處理,具體施工方案如下。1)首先在場地鋪設40cm砂墊層,方便施工機械施工。2)在新鋪設的砂墊層上進行二次插板,排水板類型采用SPB-B型。塑料排水板長度10m,間距1m,呈梅花形布置。3)待排水板打設完成后進行濾管埋設,濾管埋設在砂墊層中,呈網狀布置,將排水板頭輕繞在濾管周圍。4)濾管埋設完成后,在砂墊層上部鋪設1層土工布,與此同時進行密封溝開挖,待密封溝開挖完成后,進行鋪膜抽真空。抽真空具體措施如下:每1000m3.2真空沉降測定為了解加固期間土體中孔隙水壓力變化情況,在加固區多區域布置了孔壓監測點,由于軟基處理深度是10m,每個監測點分別在地下1.5,6.0,12.0m深度處設置了孔壓計,監測數據如圖2a所示。從圖中可以看出,抽真空初期,土體產生負的超靜孔隙水壓力,孔壓剛開始下降速率較快,到了中后期,孔壓變化趨緩。整個抽真空過程中,孔壓出現波動現象,其原因為抽真空過程中土體孔隙中的水被排出,土體被壓縮,滲水通道由于土體擠壓而關閉,孔壓消散受阻,之后在持續的負壓作用下新的滲水通道又會打開,孔壓消散又變快,如此循環,就出現了孔壓波動現象。從圖中可以看出,孔壓在地下1.5m處消散了55kPa,在6m和12m處消散了12kPa。真空負壓影響隨深度減弱,其最大影響深度可達到排水板下2m左右的土體。圖2b為加固區累計沉降曲線,為了對加固區表面沉降進行監測,在加固區的典型斷面上布置了沉降板,每個斷面上布置3塊沉降板(觀測點1,2和3)。從圖中以看出,累計沉降量約在500mm。曲線開始下降較快,說明沉降速率開始較大,之后曲線逐漸變得平緩,說明沉降速率持續下降,卸載前連續5d沉降速率<2mm/d,滿足卸載要求后停泵。加固前后對場地進行十字板剪切試驗,采用3t手搖式便攜式靜力觸探機架、機械式及LMC-D310型微機記錄儀,板頭規格為50mm×100mm,結果如圖2c所示。經過淺層真空預壓后,土體抗剪強度有一定增長,尤其以2.5m以上處理效果明顯,因為真空預壓處理深度僅為2.5m,即吹填土層,試驗說明第1次真空預壓施工方法對于處理淺層吹填土層具有良好的效果。二次加固結束后,再次對場地中預留孔進行十字板剪切試驗,發現二次處理后,被加固的土體抗剪強度有明顯的提高,尤其是2.5m以下的處理效果明顯,這是因為淺層處理的深度為2.5m,因此也說明二次處理對深層軟土具有良好的加固效果。4應用表面處理技術1)歸納出了一套“先淺后深”的兩次真空預壓施工方法,這種施工方法通過浮橋和竹筏取代砂墊層,砂墊層水平排水通道作用可以用真空管路和土工布取代,砂墊層中的摩阻作用可用鋪設的無網土工布代替,對于砂墊層對土體表面壓載作用可用膜上覆水代替。該方法可以有效節省造價。2)通過對淺層吹填土真空預壓加固過程進行監測,發現淺層超凈孔隙水壓力可達到-18kPa,表面沉降穩定發展,說明改性真空預壓工藝處理后的超軟土地基可形成1層具有一定承載力硬殼層,能滿足后續二次處理所需的機械進場條件。3)由于淺層處理后