增壓防淤堵真空預(yù)壓法在某道路工程中應(yīng)用研究

何超亮

(福建省建筑科學(xué)研究院 福建省綠色建筑技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 福建福州 350025)

增壓防淤堵真空預(yù)壓法在某道路工程中應(yīng)用研究

何超亮

(福建省建筑科學(xué)研究院 福建省綠色建筑技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 福建福州 350025)

通過(guò)表層沉降監(jiān)測(cè)、平板載荷試驗(yàn)、室內(nèi)土工試驗(yàn)和十字板剪切試驗(yàn)等多種手段，對(duì)采用“增壓防淤堵真空預(yù)壓法”的某道路工程試驗(yàn)段軟基處理效果進(jìn)行綜合分析。分析結(jié)果表明：軟基處理后，排水板插設(shè)深度范圍內(nèi)地基土物理力學(xué)性質(zhì)均有明顯改善，但真空預(yù)壓效果隨孔深增加逐漸減弱。真空預(yù)壓時(shí)，增壓管能有效改善增壓管長(zhǎng)度范圍及其底部以下約3m范圍土體物理力學(xué)性質(zhì)。

軟基處理；增壓防淤堵真空預(yù)壓法；效果分析

1 工程概況

某道路工程位于福建省濱海區(qū)，地貌單位主要為近海相沖、淤積平原地貌。全長(zhǎng)約2000m，紅線(xiàn)寬度為40m，雙向4車(chē)道，屬于城市主干道。勘察資料顯示，道路工程下覆深厚淤泥層，且淤泥含水率高、強(qiáng)度低、滲透性差，軟基處理的難度及造價(jià)均較大。綜合考慮工程項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)成本和時(shí)間效益，大面積軟基處理前選取試驗(yàn)段采用“增壓防淤堵真空預(yù)壓法”進(jìn)行加固，并測(cè)試軟基處理效果，評(píng)價(jià)該方法在該道路工程中的適用性，為軟基處理設(shè)計(jì)和后續(xù)大面積施工積累經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)，為類(lèi)似軟基處理工程提供指導(dǎo)。

試驗(yàn)段道路長(zhǎng)約210m，勘察資料顯示，試驗(yàn)區(qū)域巖土層從上到下依次為：

(1)素填土：灰、灰黃等色，松散-稍密，很濕，主要由坡殘積砂質(zhì)黏性土、碎塊石組成，硬質(zhì)含量小于10%，填土年限小于3年，填土?xí)r未經(jīng)專(zhuān)門(mén)分層壓實(shí)處理。厚約1.50m～2.30m。

(2)淤泥：深灰、灰黑色，飽和，流塑，含有少量腐殖質(zhì)、有機(jī)質(zhì)，具有少許腐臭味，局部夾薄層中砂。切面較光滑，黏性一般，干強(qiáng)度一般，韌性一般，搖振反應(yīng)慢，在局部地段其孔隙比較小，相變?yōu)橛倌噘|(zhì)土。厚約12.70m～13.50m。

(3)卵石：灰色，以中密狀態(tài)為主，飽和，卵石成分為中風(fēng)化火成巖，呈圓-亞圓狀，骨架顆粒間由泥質(zhì)與礫砂充填，膠結(jié)程度一般，均勻性中等，級(jí)配一般。未揭穿，揭露厚度2.50m～4.00m。

2 軟基處理方法

“增壓防淤堵真空預(yù)壓法”是在常規(guī)真空預(yù)壓基礎(chǔ)上增加一種增壓裝置，采用防淤堵排水板，并在防淤堵排水板間設(shè)置增壓管。通過(guò)加大土體中心和排水板的壓力差，從而起到快速有效排水的效果，達(dá)到軟基處理的目的[1-4]。與常規(guī)真空預(yù)壓法相比，它結(jié)合了“無(wú)砂墊層手型接頭直通技術(shù)”“防淤堵技術(shù)”和“增壓技術(shù)”，能在有限工期內(nèi)大幅提高土體強(qiáng)度[5-6]。

其主要工序?yàn)椋浩秸麍?chǎng)地→鋪設(shè)土工織物→填素土→施工放樣定位→排水板施工→增壓管施工→真空系統(tǒng)安裝→增壓系統(tǒng)安裝→密封墻、密封溝施工→覆蓋密封膜→抽真空不低于80kPa→真空恒載→增壓系統(tǒng)間歇式增壓→真空固結(jié)→停泵終止抽氣→檢測(cè)→提交場(chǎng)地。

試驗(yàn)段采用“增壓防淤堵真空預(yù)壓法”進(jìn)行加固，排水板采用100mm×4mm防淤堵排水板，插設(shè)深度為15.0m，按正方形布置，間距為0.8m。在防淤堵排水板構(gòu)成的正方形中心插設(shè)垂直增壓管，插設(shè)深度為4.0m。

3 軟基處理效果分析

為詳細(xì)了解試驗(yàn)段軟基處理前后地基處理效果，在軟基處理前布置1個(gè)平板載荷試驗(yàn)點(diǎn)、1個(gè)鉆探取樣孔和1個(gè)十字板剪切試驗(yàn)點(diǎn)。在軟基處理后布置3個(gè)平板載荷試驗(yàn)點(diǎn)、3個(gè)鉆探取樣孔和3個(gè)十字板剪切試驗(yàn)點(diǎn)，并在試驗(yàn)區(qū)布置4個(gè)表層沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，各試驗(yàn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面分布如圖1所示。本文主要通過(guò)表層沉降監(jiān)測(cè)、平板載荷試驗(yàn)、室內(nèi)土工試驗(yàn)和十字板剪切試驗(yàn)等多種手段，對(duì)試驗(yàn)段軟基處理效果進(jìn)行綜合分析評(píng)價(jià)。

圖1 各試驗(yàn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面分布圖

3.1 表層沉降監(jiān)測(cè)

試驗(yàn)區(qū)共布置4個(gè)表層沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，開(kāi)始進(jìn)行真空預(yù)壓后，每2d觀測(cè)1次，至真空度達(dá)到80kPa。且地表沉降速率小于10mm/d之后，監(jiān)測(cè)頻率可調(diào)整為3d～7d觀測(cè)1次，直至地表沉降速率連續(xù)5d不大于2.5mm/d，推算固結(jié)度達(dá)到90%，方可卸載。

表層沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，真空卸載時(shí)，試驗(yàn)區(qū)平均沉降量為1.253m(包含排水板插設(shè)期間沉降)。根據(jù)表層沉降實(shí)測(cè)變形量與時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)，采用三點(diǎn)法推算最終沉降量，進(jìn)而計(jì)算土體固結(jié)度。計(jì)算結(jié)果表明，真空卸載時(shí)，土體的平均固結(jié)度為91.6%，大于設(shè)計(jì)要求固結(jié)度90%。真空卸載前8d，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)地表沉降速率最大值為2.3mm/d，最小值為1.0mm/d，平均值為1.7mm/d，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求地表沉降速率連續(xù)5d不大于2.5mm/d。根據(jù)真空預(yù)壓期間各監(jiān)測(cè)點(diǎn)地表沉降速率得到地表平均沉降速率曲線(xiàn)，如圖2所示。

圖2 地表平均沉降速率曲線(xiàn)圖

3.2 平板載荷試驗(yàn)

平板載荷試驗(yàn)主要測(cè)定試驗(yàn)段地基土處理前、后的地基承載力。試驗(yàn)所用承壓板尺寸為1m×1m，面積為1m2。試驗(yàn)加荷方式為慢速維持荷載法，分8級(jí)加載，每級(jí)荷載增量均為30kN，最大荷載加至240kN。

平板載荷試驗(yàn)結(jié)果表明，軟基處理前，PB1試驗(yàn)點(diǎn)表層素填土的地基承載力特征值為75kPa。軟基處理后，PB2、PB3和PB4試驗(yàn)點(diǎn)表層素填土的地基承載力特征值均為不小于120kPa。試驗(yàn)荷載-沉降(Q-s)曲線(xiàn)如圖3所示。

圖3 平板載荷試驗(yàn)Q-s曲線(xiàn)圖

3.3 室內(nèi)土工試驗(yàn)

為了解軟基處理前、后地基土物理力學(xué)性質(zhì)的變化，在軟基處理前、后分別鉆孔取土進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表明，軟基處理后，在排水板插設(shè)深度15.0m范圍內(nèi)素填土和淤泥的物理力學(xué)性質(zhì)均有明顯改善。其中，土體的含水率、孔隙比均明顯降低，濕密度、壓縮模量、黏聚力和內(nèi)摩擦角(直剪快剪)均有明顯增大。軟基處理前、后土層主要物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)如表1所示。

室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果表明，軟基處理后，淤泥層物理力學(xué)性質(zhì)隨孔深增加逐漸降低，說(shuō)明真空預(yù)壓效果隨孔深增加逐漸減弱。同時(shí)，淤泥層在4.0m～7.0m范圍內(nèi)物理力學(xué)性質(zhì)改善程度明顯大于7.0m～15.0m范圍，說(shuō)明淤泥的強(qiáng)度增長(zhǎng)在增壓管影響范圍以?xún)?nèi)區(qū)域(包括增壓管長(zhǎng)度范圍及其底部以下約3m)明顯大于增壓管影響范圍以外區(qū)域。真空預(yù)壓時(shí)，增壓管能有效改善增壓管長(zhǎng)度范圍及其底部以下約3m范圍土體物理力學(xué)性質(zhì)。

表1 軟基處理前、后土層主要物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

3.4 十字板剪切試驗(yàn)

為了確定軟基處理后軟土地基的強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律，在軟基處理前、后分別布置十字板剪切試驗(yàn)點(diǎn)，測(cè)定淤泥的不排水抗剪強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果表明，軟基處理前，淤泥的原狀土不排水抗剪強(qiáng)度為10.8kPa，靈敏度為2.5，屬中等靈敏土。軟基處理后，淤泥的原狀土不排水抗剪強(qiáng)度增長(zhǎng)明顯，為22.7kPa，增幅達(dá)110.2%。軟基處理前、后原狀土不排水抗剪強(qiáng)度對(duì)比曲線(xiàn)如圖4所示，軟基處理后原狀土不排水抗剪平均強(qiáng)度增幅曲線(xiàn)如圖5所示。

圖4 不排水抗剪強(qiáng)度對(duì)比曲線(xiàn)圖

十字板剪切試驗(yàn)結(jié)果表明，軟基處理后，在排水板插設(shè)深度15.0m范圍內(nèi)淤泥層不排水抗剪強(qiáng)度均明顯增大。但平均強(qiáng)度增幅隨孔深增加逐漸變小，在4.0m～7.0m范圍內(nèi)，增幅最大，為157.5%～214.5%，超過(guò)7.0m增幅急劇降低，說(shuō)明淤泥的強(qiáng)度增長(zhǎng)在增壓管影響范圍以?xún)?nèi)區(qū)域(包括增壓管長(zhǎng)度范圍及其底部以下約3m)明顯大于增壓管影響范圍以外區(qū)域。真空預(yù)壓時(shí)，增壓管能有效改善增壓管長(zhǎng)度范圍及其底部以下約3m范圍土體物理力學(xué)性質(zhì)。此外，軟基處理后，淤泥層原狀土不排水抗剪強(qiáng)度隨孔深增加逐漸降低，說(shuō)明真空預(yù)壓效果隨孔深增加逐漸減弱。

圖5 不排水抗剪平均強(qiáng)度增幅曲線(xiàn)圖

4 結(jié)論

(1)軟基處理后，排水板插設(shè)深度15.0m范圍內(nèi)地基土物理力學(xué)性質(zhì)均有明顯改善，但真空預(yù)壓效果隨孔深增加逐漸減弱。

(2)淤泥的強(qiáng)度增長(zhǎng)在增壓管影響范圍以?xún)?nèi)區(qū)域(包括增壓管長(zhǎng)度范圍及其底部以下約3m)明顯大于增壓管影響范圍以外區(qū)域。真空預(yù)壓時(shí)，增壓管能有效改善增壓管長(zhǎng)度范圍及其底部以下約3m范圍土體物理力學(xué)性質(zhì)。

(3)通過(guò)表層沉降監(jiān)測(cè)、平板載荷試驗(yàn)、室內(nèi)土工試驗(yàn)和十字板剪切試驗(yàn)，綜合分析表明，試驗(yàn)段采用“增壓防淤堵真空預(yù)壓法”加固處理效果顯著，該方法在本道路工程中的應(yīng)用是適宜的，可為類(lèi)似軟基處理工程提供指導(dǎo)。

(4)因該道路工程下覆淤泥層厚度差異較大，建議在后續(xù)軟基處理設(shè)計(jì)或施工時(shí)，應(yīng)視淤泥層厚度情況適當(dāng)調(diào)整相關(guān)參數(shù)，必要時(shí)盡量加大增壓管長(zhǎng)度。

[1] 金亞偉，金亞軍，蔣君南，等. 增壓式真空預(yù)壓固結(jié)處理軟土地基/尾礦渣/湖泊淤泥裝置[Z].2006.

[2] 沈宇鵬，馮瑞玲，鐘順元，等.增壓式真空預(yù)壓在鐵路站場(chǎng)地基處理的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J].鐵道學(xué)報(bào)，2012,34(4):88-93.

[3] 沈宇鵬，余江，劉輝，等.增壓式真空預(yù)壓處理站場(chǎng)軟基效果試驗(yàn)研究[J].鐵道學(xué)報(bào)，2011,33(5):97-103.

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[5] 范開(kāi)翼，郭志鵬.增壓式真空預(yù)壓在連云港軟土地基中的應(yīng)用[J].中國(guó)水運(yùn)，2015,15(7):292-294,297.

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Study on the Application of Vacuum Preloading Method Based on Pressurization and Anti-silting in a Road Project

HEChaoliang

(Fujian Academy of Building Research, Fujian Provincial Key Laboratory of Green Building Technology,Fuzhou 350025)

The effect of the soft foundation treatment in the test section of a road project of "vacuum preloading method based on pressurization and anti-silting" was investigated by the various means, such as surface subsidence monitoring, plate loading test, laboratory soil test and vane shear test. Analysis results showed that the physical and mechanical properties of the foundation soil in the depth range of the drainage plate were improved obviously, but the effect of vacuum preloading decreased with the increasing of hole depth after the soft foundation treatment; the physical and mechanical properties of the soil in the length of the pressurized pipe and the 3m range below the bottom was improved effectively by the pressurized pipe when the vacuum preloading.

Soft foundation treatment; Vacuum preloading method based on pressurization and anti-silting; Effectiveness analysis

何超亮(1986.8- ),男，工程師。

E-mail:307204804@qq.com

2017-05-05

TU4

A

1004-6135(2017)09-0062-04