宋修廣,王紅紅,張宏博,苗海濤,劉相宜
(山東大學 土建與水利學院,濟南 250061)
真空降水—低能強夯聯(lián)合加固法處理粉土地基的現(xiàn)場試驗研究
宋修廣,王紅紅,張宏博,苗海濤,劉相宜
(山東大學 土建與水利學院,濟南 250061)
結(jié)合具體工程,提出真空降水—低能強夯聯(lián)合加固技術。為評價其應用效果,埋設相關儀器對孔隙水壓力、水平位移和地表沉降進行監(jiān)測。試驗結(jié)果表明,采用真空降水降低了淺層土含水量,明顯加快了施工速度,處理效果良好。
粉土地基 真空降水 低能強夯 現(xiàn)場試驗 應用效果
黃河沖積平原區(qū)的道路改擴建工程,由于舊路基經(jīng)多年運營后固結(jié)沉降基本完成,而新建路基仍會產(chǎn)生較大的工后沉降,易造成新老路基銜接處差異沉降大,引起路面結(jié)構(gòu)的縱裂[1]。因此,對于舊路改擴建工程,新舊地基均需進行合理的地基處理,在保證舊路基強度的條件下,達到減小差異沉降的目的[2]。
目前,對于黃河沖積平原的粉土地區(qū)常用的地基加固處理方法包括粉噴樁、排水固結(jié)和強夯等技術。其中,粉噴樁類復合地基技術雖加固效果好,但造價較高;排水固結(jié)法價格低廉,但工期要求較長;強夯加固法施工速度快,成本較低,但當?shù)叵滤惠^高時,易發(fā)生液化現(xiàn)象[3-6]。為揚長避短,提高加固效果,國道220線濱州至濟南一級公路舊路改建工程,采用真空降水—低能強夯聯(lián)合加固技術進行地基處理。該方法的原理為首先采用真空降水方法降低地下水位,使淺層土體的飽和度顯著降低,并產(chǎn)生一定的負孔隙水壓力,然后,再施以強夯法進行處理。為了驗證加固方法的合理性,埋設相關儀器設備進行了現(xiàn)場監(jiān)測。
國道220線濱州至濟南一級公路舊路改建工程地處黃河沖積平原區(qū),地層由素填土、粉土、黏土、亞黏土和淤泥質(zhì)土組成,其特征表現(xiàn)為土質(zhì)較為松軟、含水量高(平均超過34%)、孔隙比大(平均超過0.95)、飽和度大(平均接近95%)、壓縮性高(屬中 ~高壓縮性土)、抗剪強度低。地下水埋深1.07~3.26 m。
監(jiān)測儀器布設于公路兩側(cè),試驗區(qū)共布設9個水位觀測孔、10個孔隙水壓力計 (如圖1中斷面Ⅰ—Ⅰ、Ⅱ—Ⅱ所示)以及標樁9個和地表沉降監(jiān)測點14個。
監(jiān)測所用儀器見表1:
表1 監(jiān)測內(nèi)容及儀器設備
孔隙水壓力計及水位管布置見圖1。
圖1 孔隙水壓力計及水位管布置(單位:m)
1)首先進行真空降水。
降水參數(shù):外圍排水管直徑35 mm,長6 m,間距1.2 m,雙排布置;內(nèi)圍排水管直徑42 mm,長6 m,間距4 m,雙排布置。
當水位降至4 m以下時,將夯擊試驗區(qū)的內(nèi)圍排水管拔掉并封口,外圍排水管繼續(xù)進行真空降水,連續(xù)48 h不間斷降水。
2)第一遍點夯的單點夯擊能1 000 kN·m,夯擊次數(shù)為4擊,點夯間距4 m×4 m。
3)第二遍降水在第一遍強夯后,要求降至地面4 m以下,連續(xù)降水6 d。
4)第二遍點夯的單點夯擊能1 000 kN·m,夯擊次數(shù)為5擊,點夯間距4 m×4 m,夯點位于第一遍夯點的中間,如圖2所示。
5)第三遍降水在第二遍強夯后,要求降至地面4 m以下,連續(xù)降水6 d。
6)第三遍夯擊為普夯,單點夯擊能500 kN·m,每點2擊,夯跡間1/4 d(d為夯錘直徑)搭接。
初步確定試驗區(qū)施工時兩遍強夯間隔時間≥6 d。
圖2 夯點布置示意(單位:m)
降水試驗從8月17日開始,采用沖孔灌砂,增加隔水等措施,降水效果明顯。從開始降水到水位降至4 m以下,時間控制在2 d內(nèi)。
為對比該處理方法的加固效果,對斷面Ⅰ采用“兩降三夯”工藝,分別于9月19日和9月29日進行第一遍和第二遍點夯,第一遍點夯后不進行降水;斷面Ⅱ采用“三降三夯”工藝,分別于9月23日和9月29日進行第一遍和第二遍的點夯,兩次點夯后分別進行真空降水;最后進行滿夯施工。圖3、圖4分別為斷面Ⅰ和斷面Ⅱ孔隙水壓力時程變化曲線。結(jié)合圖1可知:①強夯作用下,淺層土的孔隙水壓力均有較大增長,且孔隙水壓力計埋深越小,超靜孔隙水壓力增長量越大,表明低能強夯對路基淺層的加固作用更為明顯;②對比斷面Ⅰ和斷面Ⅱ,真空降水加快了孔隙水壓力的消散速度,這表現(xiàn)為:斷面Ⅰ第一遍點夯后未進行降水,孔隙水壓力需4 d才能基本消散完;而斷面Ⅱ點夯后即進行降水,孔隙水壓力2 d左右就能消散完畢,縮短了48 h。
圖3 斷面Ⅰ孔隙水壓力時程變化曲線
圖4 斷面Ⅱ孔隙水壓力時程變化曲線
圖5、圖6分別為斷面Ⅱ的不同土層深度,第一遍和第二遍點夯過程中的超靜孔隙水壓力,由圖5、圖6可知:
1)第一遍點夯后,地面以下5 m內(nèi),強夯沖擊波作用效果顯著,到地面以下9 m處,強夯作用效果微弱;第二遍點夯后,3 m處孔隙水壓力的增幅為33.3 kPa,5 m處孔隙水壓力的增幅為26.9 kPa,9 m處孔隙水壓力的增幅為 0.4 kPa。由此推斷,在強夯試驗1 000 kN·m的點夯能量下地基土的有效加固深度在7~8 m左右。
圖5 斷面Ⅱ第一遍點夯過程中超靜孔隙水壓力沿土層深度變化曲線
圖6 斷面Ⅱ第二遍點夯過程中超靜孔隙水壓力沿土層深度變化曲線
表2 施工中標樁沉降與水平位移
2)第一遍點夯深度3 m處土體的超靜孔隙水壓力的增加量(20.5 kPa)大于其在5 m處的增加量(14.5 kPa);而第二遍點夯時深度5 m處土體的超靜孔隙水壓力增加量可達到26.5 kPa。這是由于首次強夯時,其能量主要用于加固淺層土體,使淺層形成一硬殼層,使第二次強夯時能量能更有效地向深層土體傳遞,而同時又不過度破壞淺層土體結(jié)構(gòu),這也正是低能量強夯法區(qū)別于傳統(tǒng)強夯法的特點。
在施工中對標樁測點坐標與高程測量了3次,各標樁沉降和水平位移如表2所示。
由表2可以看出:
1)沉降位移:土體沉降位移隨夯擊遍數(shù)的增加呈現(xiàn)逐漸遞減的趨勢,說明夯錘強夯土層后使得土體密實度得以明顯增加。
2)水平位移:水平位移在這3次夯擊后變化較小,特別是滿夯后的位移,幾乎沒有變化。
1)利用真空降水技術,不僅能有效地降低和控制強夯區(qū)的地下水位,而且還能夠加速強夯引起的超靜孔隙水壓力的消散,一般在強夯后1~3 d即可消散80%~90%。在含水量較高的粉土地基中,隨著深度的增加,超靜孔隙水壓力的增加幅度逐漸減小,在9 m以下孔隙水壓力幾乎沒有增長。
2)強夯的夯擊能為1 000 kN·m時,地基土的有效加固深度在7~8 m。本次試驗表明,采用真空降水—低能強夯聯(lián)合加固技術加固粉土地基取得了良好的應用效果,可為以后類似工程提供借鑒。
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TU472
B
1003-1995(2011)03-0087-03
2010-09-10;
2011-01-31
山東省自然科學基金(Y2007F35)
宋修廣(1966— ),男,山東威海人,教授,博士。
(責任審編 葛全紅)