城市道路軟土地基真空預(yù)壓試驗(yàn)研究

文/王和平 江蘇兆信工程咨詢(xún)監(jiān)理有限公司 江蘇南京 210000

城市道路軟土地基真空預(yù)壓試驗(yàn)研究

文/王和平 江蘇兆信工程咨詢(xún)監(jiān)理有限公司 江蘇南京 210000

對(duì)軟土深厚的地基進(jìn)行了真空預(yù)壓試驗(yàn)研究，試驗(yàn)表明真空預(yù)壓法處理蘇州地區(qū)軟土地基可行。

軟土地基；真空預(yù)壓；孔隙水壓力；靜力觸探試驗(yàn)

蘇州地區(qū)的軟土大多為河川、湖沼沉積而成的淤泥或淤泥質(zhì)粘土，主要特點(diǎn)為：流塑狀，含腐植物和有機(jī)質(zhì)，含水量高（一般在40%～60%），空隙比大（一般均超過(guò)1.0），壓縮性高，土層強(qiáng)度低（一般在40～50KPa），層厚較厚。蘇州地區(qū)城市道路的特點(diǎn)是：路面縱坡較小，路面標(biāo)高主要按防洪要求設(shè)計(jì)，因此路基大多為低填方，路基普遍處于潮濕狀態(tài)；道路用地現(xiàn)狀河塘密布，河塘段路基較多；施工工期短，雨量較多，路基施工受氣候影響大；路基內(nèi)管線較多；地基富含軟土，軟土地基的處理效果是整個(gè)道路工程質(zhì)量的關(guān)鍵。

蘇州地區(qū)常用淺層處理（石灰土改良、開(kāi)挖換填、拋石擠淤）、排水固結(jié)（堆載預(yù)壓+豎向排水體、真空—堆載預(yù)壓+豎向排水體）、復(fù)合地基（水泥加固土樁）等軟土地基的處理方法，但是，從近十幾年城市道路總體建設(shè)情況來(lái)看，軟土地基的處理效果不盡如人意，許多道路出現(xiàn)了大于50cm的工后沉降，道路開(kāi)裂、坑洼、破碎、局部位移等道路病害比較普遍發(fā)生。為提高軟土地基的處理效果，2009年采用真空預(yù)壓法進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)選擇在某路的K1+916～K2+420路段，地基處理范圍為道路紅線兩側(cè)各外擴(kuò)2米，地基處理寬度48m。

1、試驗(yàn)段工程條件

1.1試驗(yàn)段工程地質(zhì)條件

該段道路沿線多為民房及農(nóng)田、魚(yú)塘，地面高程在2.0～4.76m（黃海高程）之間。沿線的軟弱土層主要包括①1淤泥、①2素填土、②亞粘土、③淤泥質(zhì)亞粘土。主要的土層由上而下為：

①1淤泥：灰黑色，流塑，夾腐植物及有機(jī)質(zhì)，有淤臭味，為近代河道淤積浮泥，層厚0.5～0.8m。該土層僅河道及魚(yú)塘底部有分布。系極高壓縮性，極低強(qiáng)度土層，工程性質(zhì)極差。

①2素填土：灰褐～灰黃色，松軟，以粘性土為主，夾有植物根莖，厚度0.5～1.6m。該土層除沿線河道及魚(yú)塘部分其余均有分布，該土層壓縮性不均且偏高，強(qiáng)度低，工程性質(zhì)極差，承載力60kPa。

②亞粘土：灰黃色，軟塑為主，局部粉質(zhì)含量較高，流塑。含鐵錳質(zhì)氧化斑點(diǎn)。層頂標(biāo)高0.82～2.31m，厚度0.8～2.2m。該土層除沿線河道及魚(yú)塘部分其余均有分布，中等偏高壓縮性，中低強(qiáng)度土層，工程性能偏差，承載力80kPa

③淤泥質(zhì)亞粘土：灰色，流塑。含少量有機(jī)質(zhì)（含量1.09～1.25%，平均為1.17%），局部夾有薄層泥炭。層頂標(biāo)高-0.40～0.44m，厚度9.0～14.2m，沿線均有分布，系高壓縮性，中等～高靈敏度（St平均為3.81），低強(qiáng)度土層，工程性能差，承載力60kPa。

④亞砂土：灰黃色，中密，飽和，薄層理發(fā)育，夾有薄層狀亞粘土，層頂標(biāo)高-12.74～-12.26m，厚度0.9～1.00m。該土層局部分布。系中等壓縮性，中低強(qiáng)度土層，工程性能一般。

各土層物理力學(xué)性能指標(biāo)見(jiàn)表1。沿線有影響的地下水主要為孔隙潛水、潛水賦存于淺部粘性土層中，富水性差，主要受大氣降水入滲和周?chē)恿鱾?cè)向補(bǔ)給，以地面蒸發(fā)及向周邊河流側(cè)向徑流為主要排泄方式；潛水穩(wěn)定水位標(biāo)高約為1.08～1.10m，基本同當(dāng)?shù)睾铀弧?/p>

淺部土層的滲透系數(shù)如下：①2素填土K=1.0×10-5cm/s；②亞粘土K=2.0×10-6cm/ s；③淤泥質(zhì)亞粘土K=5.0×10-6cm/s。

表1 各土層物理力學(xué)性能指標(biāo)

根據(jù)地質(zhì)條件分析，K1+916～K2+235路段原始地面較高，平均標(biāo)高約為2.250m，軟土頂面平均標(biāo)高約為0.17m，軟土底部平均標(biāo)高約為-11.22m，軟土埋深約13.47m，軟土平均厚度約11.39m；K2+235～K2+420段原始地面較低，平均標(biāo)高約1.123m，軟土頂面平均標(biāo)高約為-0.22m，軟土底部平均標(biāo)高約為-12.38m，軟土埋深約13.50m，軟土平均厚度約為12.16m。根據(jù)場(chǎng)地標(biāo)高情況，將試驗(yàn)區(qū)劃分為2個(gè)小區(qū)，K1+916～K2+235為試驗(yàn)1區(qū)，K2+235～K2+420為試驗(yàn)2區(qū)。

2、試驗(yàn)方案

2.1 場(chǎng)地整理

對(duì)現(xiàn)有場(chǎng)地進(jìn)行清淤回填。在道路兩側(cè)處理邊線外開(kāi)挖排水明溝，并及時(shí)將排水溝內(nèi)的水排出。

2.2 水平排水通道

在試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)鋪設(shè)40cm厚砂墊層作為水平排水通道。砂墊層采用中粗砂，含泥量小于3%，滲透系數(shù)大于1×10-2cm/s。

2.3 豎向排水通道

在試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)插設(shè)塑料排水板作為豎向排水通道。塑料排水板采用SPD-100B型板，間距0.9m×0.9m，呈正方形布置，插設(shè)深度以到達(dá)③淤泥質(zhì)亞粘土底部以上1m左右為準(zhǔn)，不能進(jìn)入到以下的④亞砂土中，防止漏氣。塑料排水板上端高出砂墊層20cm，并將該20cm的塑料排水板沿水平方向擺放并埋入砂墊層中。

2.4 平面排水系統(tǒng)安裝

平面排水系統(tǒng)由主干管和濾水管組成。主干管和濾水管均采用Φ75mmPVC管。主干管不打眼，起連接作用；在濾水管上四周打孔，孔徑為6mm，孔間距5cm，正三角形布置，管外包裹過(guò)濾材料防止細(xì)砂進(jìn)入濾水管。塑料排水板纏繞在濾水管上。濾水管和主干管、主干管和主干管由二通、三通、四通用軟接頭連接，以適應(yīng)處理場(chǎng)地沉降的要求。管道鋪設(shè)完成后，在其上覆蓋200mm厚中粗砂。

2.5 鋪設(shè)密封膜

鋪設(shè)密封膜之前，要確保沒(méi)有貝殼、帶棱角石子等雜物，并將露出砂墊層的塑料排水板插入砂墊層中。先鋪設(shè)一層無(wú)紡?fù)凉げ甲鳛楸Ｗo(hù)層，然后鋪設(shè)2層PVC密封膜。鋪膜過(guò)程中，隨鋪隨用砂袋進(jìn)行壓膜，防止起風(fēng)將膜卷走或撕裂，禁止施工人員著硬底鞋在膜上作業(yè)或行走，以防止將膜刮破。在鋪膜完成的同時(shí)，安裝少量的真空泵進(jìn)行工作，將鋪設(shè)好的膜吸住。在預(yù)壓區(qū)邊界處，將真空膜埋入淤泥中，并用粘土壓實(shí)，防止漏氣。

2.6 修筑圍堤

在真空預(yù)壓區(qū)域邊界處修筑圍堤，圍堤高度1.5～2.0m。

2.7 真空預(yù)壓

每700～800m2設(shè)置一臺(tái)射流泵，進(jìn)行真空預(yù)壓。穩(wěn)壓后向真空膜上覆水，覆水高度1.0～1.5m，繼續(xù)預(yù)壓。預(yù)壓時(shí)間不少于90天或當(dāng)沉降量連續(xù)3天小于3mm/d時(shí)可停止預(yù)壓。

3、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

為測(cè)試真空預(yù)壓對(duì)地基加固的效果和變形特征，需要對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中和試驗(yàn)后的地表沉降和土體物理力學(xué)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試分析，主要進(jìn)行的測(cè)試項(xiàng)目有：

① 地表沉降測(cè)試 測(cè)試點(diǎn)布置見(jiàn)圖1，在進(jìn)行試驗(yàn)前在各測(cè)試點(diǎn)位埋設(shè)沉降板，定期進(jìn)行沉降觀測(cè)，繪制沉降、加載與時(shí)間關(guān)系曲線和變化曲線，計(jì)算固結(jié)度，確定揭膜卸載的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)地表沉降量數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)沉降趨勢(shì)，確定預(yù)壓卸載時(shí)間和面層施工時(shí)間，控制施工速率，確保施工安全，為施工期間的沉降量的計(jì)算提供依據(jù)。

圖1 沉降觀測(cè)點(diǎn)位平面布置圖

②孔隙水壓力觀測(cè) 孔隙水壓力觀測(cè)的目的是觀測(cè)孔隙水壓力的變化，以便了解下臥軟土層的排水情況，掌握地基處理期間孔隙水壓力的增長(zhǎng)和消散，推測(cè)土體的固結(jié)度，為確定卸載時(shí)間提供依據(jù)。

③靜力觸探試驗(yàn) 地基處理前后，在同一位置處進(jìn)行靜力觸探試驗(yàn)，了解各土層的強(qiáng)度變化情況，為分析加固效果和設(shè)計(jì)計(jì)算提供資料和依據(jù)。

4、真空預(yù)壓試驗(yàn)結(jié)果

4.1試驗(yàn)點(diǎn)沉降

試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)各測(cè)試點(diǎn)沉降進(jìn)行了觀測(cè)，繪制了各點(diǎn)的沉降-時(shí)間曲線，其中測(cè)試點(diǎn)2-3,2-14的沉降曲線見(jiàn)圖2、圖3，1區(qū)和2區(qū)的沉降平均值-時(shí)間曲線見(jiàn)圖4和圖5。在經(jīng)過(guò)約70天的低位預(yù)壓后，1區(qū)完成沉降為488～743mm，平均約570mm,2區(qū)完成沉降為700～770mm，平均約750mm。且到后期沉降速率較?。M(mǎn)足連續(xù)5天沉降小于2mm/天的要求），沉降曲線趨于平穩(wěn)，已經(jīng)達(dá)到了卸載的標(biāo)準(zhǔn)，可以卸載。

圖2 K2+330中（2-3）沉降-時(shí)間曲線

圖3 K1+980中（2-14）沉降-時(shí)間曲線

圖4 1區(qū)沉降-時(shí)間曲線

圖5 2區(qū)沉降-時(shí)間曲線

4.2孔隙水壓力變化

試驗(yàn)前分別在K2+145和K2+325處埋設(shè)了2組孔隙水壓力計(jì)，K2+145處的2組孔壓計(jì)深度分別為3m，5m，7m，9m和4m，6m，8m。K2+325處2組孔壓計(jì)深度分別為5.5m，7.5m，和6m，8m。繪制了各點(diǎn)的孔隙水壓力隨時(shí)間變化曲線，其中測(cè)試點(diǎn)K2+145處3m，K2+145處6m，K2+325處8m的孔隙水壓力隨時(shí)間變化曲線見(jiàn)圖6、圖7、圖8。

圖6 K2+145處3m深度孔隙水壓力變化-時(shí)間曲線

圖7 K2+145處6m深度孔隙水壓力變化-時(shí)間曲線

圖8 K2+325處8m深度孔隙水壓力變化-時(shí)間曲線

各孔壓計(jì)的孔隙水壓力變化累計(jì)值統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

表2 孔隙水壓力變化累計(jì)值

根據(jù)孔隙水壓力—時(shí)間曲線，經(jīng)過(guò)約70天的低位預(yù)壓，各點(diǎn)的孔壓消散基本都大于80kPa，平均達(dá)到87 kPa。到后期，孔壓消散比較小，基本達(dá)到穩(wěn)定，從孔隙水壓力消散情況來(lái)看，此時(shí)也已經(jīng)達(dá)到了卸載標(biāo)準(zhǔn)。

另外，從不同深度處的孔隙水壓力變化值可以看出，對(duì)于深層的軟弱土層，孔隙水壓力變化值也較大，真空度衰減較小，處理效果良好。

4.3靜力觸探試驗(yàn)

預(yù)壓結(jié)束后，在預(yù)壓過(guò)的場(chǎng)地和鄰近未處理過(guò)的場(chǎng)地分別進(jìn)行靜力觸探試驗(yàn)并進(jìn)行對(duì)比，檢驗(yàn)地基處理的效果。分別在試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)和試驗(yàn)區(qū)外進(jìn)行了6組靜力觸探對(duì)比試驗(yàn)，根據(jù)靜力觸探Ps值，處理前后的軟土層對(duì)比情況見(jiàn)表3。

表3 處理前后軟土層Ps值單位：Mpa

根據(jù)Ps值的對(duì)比，處理前后軟土層的提高幅度達(dá)85%～316%，加固前軟土層的Ps平均值為0.208MPs，加固后軟土層的Ps平均值達(dá)0.494Mpa，平均提高138%，處理后土層的強(qiáng)度有明顯的改善。

5、初步結(jié)論

通 過(guò) 對(duì) 試 驗(yàn) 道 路K1+916～K2+420路段真空預(yù)壓試驗(yàn)， 1區(qū)平均完成沉降約570mm，2區(qū)平均完成沉降約750mm，軟土層的沉降得到消除；孔隙水壓力消散值平均達(dá)到87kPa，真空效果良好；試驗(yàn)前軟土層的Ps平均值為0.208Mpa，試驗(yàn)后的Ps平均值達(dá)0.494Mpa，提高幅度達(dá)138%，處理后土層的強(qiáng)度有明顯的改善。在蘇州地區(qū)，針對(duì)類(lèi)似的軟土層深厚的地基處理工程，可采用真空預(yù)壓法進(jìn)行處理。

王和平（1967——），男，安徽馬鞍山市人，畢業(yè)于馬鞍山聯(lián)合大學(xué)，工民建專(zhuān)業(yè)，工程師。