氣壓劈裂真空預(yù)壓法加固軟土地基設(shè)計(jì)方法

李寶柱

【摘要】本文通過對影響氣壓劈裂的主要因素的理論分析，結(jié)合工程實(shí)際對比，探索氣壓劈裂完成后對軟土地基加固的效果。

【關(guān)鍵詞】真空預(yù)壓、排水固結(jié)、氣壓劈裂、設(shè)計(jì)方法、滲透性

1 引言

真空預(yù)壓法作為一種近年來興起的軟土地基處理方法，在國內(nèi)外得到了大力的推廣應(yīng)用。目前國內(nèi)對于15m以內(nèi)的軟土處理技術(shù)已經(jīng)比較成熟，如排水固結(jié)法、粉體噴射攪拌法、漿體深層攪拌法、真空預(yù)壓法、真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法等已經(jīng)成功應(yīng)用于工程實(shí)踐，但是這些軟基處理方法其加固深度有限，對于深厚軟土加固效果較差，工后沉降難以滿足工程要求。而且這些方法對軟土地基的加固效果不理想，處理深度有限。針對上述問題，劉松玉在分析現(xiàn)有粉噴樁技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了氣壓劈裂的概念，章定文等進(jìn)行了氣壓劈裂的室內(nèi)模型實(shí)驗(yàn)的理論分析，驗(yàn)證了這一新技術(shù)的可行性。

本文在回顧真空預(yù)壓法的研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合某高速公路段工程提出氣壓劈裂真空預(yù)壓法加固軟土地基設(shè)計(jì)方法。基于常規(guī)真空預(yù)法的氣壓劈裂真空預(yù)壓是在常規(guī)真空預(yù)壓的基礎(chǔ)上增加了一套氣壓劈裂系統(tǒng)，這套裝置就是通過向土體注入高壓氣體來增加土層的裂隙，從而改變土體的滲透性。那么，氣壓劈裂系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)（噴氣深度、噴氣壓力、噴氣管布置方式、噴氣管間距）能在多大程度上改變土層的裂隙進(jìn)而改變其滲透性以及這些參數(shù)的確定方法，都是本文將要研究的內(nèi)容。

2 氣壓劈裂真空預(yù)壓法設(shè)計(jì)方法

氣壓劈裂真空預(yù)壓的設(shè)計(jì)，就是合理安排氣壓劈裂裝置以及常規(guī)真空預(yù)壓裝置（排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)）關(guān)系的一個(gè)過程，使軟弱土層的滲透性增大，從而使軟弱地基在真空荷載的作用下發(fā)生排水固結(jié)、產(chǎn)生固結(jié)沉降，同時(shí)在這一過程中地基土的強(qiáng)度得到增長，以滿足建筑物在使用期間地基變形和穩(wěn)定性的要求；也可以縮短固結(jié)沉降發(fā)生的時(shí)間，以滿足建筑物的施工工期的要求。

氣壓劈裂真空預(yù)壓法相對常規(guī)真空預(yù)壓法設(shè)計(jì)內(nèi)容增加的一部分內(nèi)容。氣壓劈裂真空預(yù)壓法的設(shè)計(jì)內(nèi)容詳見表2-1。

2.2 氣壓劈裂裂隙對土體滲透性的影響

巖土體對氣壓劈裂的響應(yīng)及氣壓劈裂裂隙的作用與巖土體的性質(zhì)相關(guān)，對細(xì)粒土而言，氣壓劈裂形成的裂隙提供了排水或排氣通道，縮短排水或排氣距離，因此提高土體的滲透性；對粗粒土而言，其原有的滲透性較高，氣壓劈裂對其滲透性的提高幅度有限，但是氣壓劈裂能改善粗粒土層的通氣條件；對于巖體而言，氣壓劈裂可以進(jìn)一步擴(kuò)展原生裂隙或形成新的裂隙，并清理原生裂隙中的填充物，提供良好的排水排氣通道，提高其滲透性。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

某高速公路施工標(biāo)段CK0+810～CK0+849段落，采用氣壓劈裂真空預(yù)壓；CK0+849～CK0+887為對比試驗(yàn)段，采用常規(guī)的真空預(yù)壓法進(jìn)行處理。CK0+810～CK0+849處理長寬分別為39m、40m，總面積1560m2，CK0+849～CK0+887處理長寬分別為38m、47m，總面積1786m2。

3.3 施工工藝

1、平整場地，調(diào)拱（1%～2%）；

2、埋設(shè)沉降板、測斜管；

3、高壓旋噴帷幕施工；

4、鋪設(shè)砂墊層20cm（CK0+810～ CK0+849）、15cm（CK0+849～ CK0+887）；

5、打設(shè)塑料排水板。按正三角形布置，間距1.2m，板長23m，塑料排水板在砂墊層面上外露20cm；

6、打設(shè)噴氣管，注氣塑料管選用直徑25.4mm，壁厚3mm，壓力1MPa。按正三角形布置，間距4.8，管長14m、16m、18m、和20m，外露60cm；

7、埋設(shè)深層沉降儀、取土樣、埋設(shè)水位管、孔隙水壓力探頭、真空度側(cè)頭、現(xiàn)場CPT試驗(yàn)等；

8、鋪設(shè)真空管路和抽真空管路；

9、安裝噴氣設(shè)備，試噴、檢查，進(jìn)行抽真空前的氣壓劈裂試施工；

10、鋪設(shè)剩余20cm、15cm砂墊層，在砂墊層頂部鋪設(shè)一層無紡?fù)凉げ迹?/p>

11、挖密封溝、鋪設(shè)封膜、回填密封溝、安裝噴氣和抽真空設(shè)備；

12、地表沉降標(biāo)移至膜上，試抽氣、檢查、正式抽氣和抽真空；

13、真空度達(dá)到80kpa負(fù)壓，起算預(yù)壓時(shí)間，達(dá)80kpa負(fù)壓后7天進(jìn)行聯(lián)合堆載，堆載前在真空膜上鋪一層無紡?fù)凉げ?。維持80kpa至滿足卸載時(shí)要求的固結(jié)度條件為止。

14、根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行加固后效果檢驗(yàn)。

在氣壓劈裂真空預(yù)壓區(qū)域（CK0+810～ CK0+849），在抽真空前期時(shí)注氣，注氣壓力位0.5MPa，注氣的順序?yàn)椋荷疃葹?0m的注氣管進(jìn)行噴氣，噴氣時(shí)間為10min。然后開始抽真空，并將該區(qū)域的出水量與常規(guī)真空預(yù)壓進(jìn)行比較，同時(shí)對兩個(gè)區(qū)域的真空度進(jìn)行比較。在抽真空的后期，每一輪的噴氣時(shí)間、時(shí)就間隔要根據(jù)現(xiàn)場測得監(jiān)測結(jié)果，特別是砂墊層表面出氣和出水情況、孔壓變化和真空度等進(jìn)行調(diào)整。

3.4 測試結(jié)果

3.4.1 實(shí)測沉降曲線

本試驗(yàn)段CK0+810～ CK0+849為氣壓劈裂真空預(yù)壓段，CK0+849～ CK0+887為常規(guī)真空預(yù)壓真空段。下圖圖3-1為兩塊實(shí)驗(yàn)場地的沉降標(biāo)的布置圖。

下圖圖3-2為S1區(qū)（氣壓劈裂真空預(yù)壓區(qū)）和S2區(qū)（常規(guī)真空預(yù)壓區(qū)）沉降標(biāo)的的最大沉降曲線和平均曲線。S1區(qū)的填土加載時(shí)間是第48天，真空度的卸載時(shí)間是第154天，S2區(qū)的填土加荷時(shí)間是從第48天開始，真空度的卸載時(shí)間是第183天

3.4.2預(yù)測最終沉降曲線

利用實(shí)測曲線來預(yù)測最終的沉降量，繪出其各自的相關(guān)曲線圖為：

4、研究工作的總結(jié)

本文采用理論分析和現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，探討了氣壓劈裂真空預(yù)壓的設(shè)計(jì)方法，得到以下結(jié)論：

1、氣壓劈裂真空預(yù)壓法是在常規(guī)真空預(yù)壓法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型的軟基處理新方法。設(shè)計(jì)氣壓劈裂參數(shù)（噴氣管深度、噴氣壓力、噴氣管布置方式、噴氣管間距）以及其對沉降速率的的影響是本文的重點(diǎn)。

2、利用實(shí)測的數(shù)據(jù)預(yù)測最終的沉降量，并由實(shí)測沉降計(jì)算固結(jié)度，比較得到經(jīng)氣壓劈裂后的土層S1區(qū)的固結(jié)度比未經(jīng)氣壓劈裂的S2區(qū)的固結(jié)度大，用工程實(shí)例驗(yàn)證氣壓劈裂后能提高土體的滲透系數(shù)從而加速土層的固結(jié)的現(xiàn)象。

3、工程實(shí)踐均表明，高壓氣體劈裂后的土體能顯著提高土體滲透性，從而加速土體固結(jié)。

4、通過向土體中施加高壓氣體可使土體產(chǎn)生劈裂。氣壓劈裂后土層的滲透性提高，較沒有氣壓劈裂情況下大約提高了1.4倍。

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