真空聯(lián)合堆載預(yù)壓技術(shù)在軟土地基處理中的應(yīng)用研究

摘要：介紹了湖州市南太湖片區(qū)湖州開發(fā)區(qū)段二期水利工程概況，針對(duì)該水利工程軟土地基的實(shí)際情況，采用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓技術(shù)進(jìn)行軟土地基處理。進(jìn)行施工準(zhǔn)備，開展場(chǎng)地平整及砂墊層鋪設(shè)，埋設(shè)濾水管與真空測(cè)頭并鋪設(shè)密封材料、堆載預(yù)壓土，布設(shè)多層級(jí)壓膜溝及排水溝，采取預(yù)壓抽氣及防護(hù)措施。經(jīng)過對(duì)施工結(jié)果的測(cè)試與分析，得出在本文設(shè)計(jì)的真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法施工技術(shù)的輔助下，該水利工程軟土地基降水處理效果和地基承載力明顯提升的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：水利工程；軟土地基；真空聯(lián)合堆載；砂墊層；預(yù)壓土

0" "引言

水利工程軟土地基的處理是一項(xiàng)十分復(fù)雜且難以控制的問題，涉及的區(qū)域和因素較多，如果不及時(shí)處理，后期極有可能形成不可控的施工建設(shè)問題[1]。為解決該問題，相關(guān)施工人員采用了一些可控性較強(qiáng)的處理方法。此類處理方法可以在施工時(shí)期改善軟土地基，但是缺乏徹底性，再加上外部環(huán)境與特定因素的影響，最終導(dǎo)致難以達(dá)到預(yù)期的處理效果[2]。

基于此，本文針對(duì)真空聯(lián)合堆載預(yù)壓技術(shù)在水利工程軟土地基處理中的應(yīng)用問題展開研究。真空聯(lián)合堆載預(yù)壓是一種新興且高效的地基處理技術(shù)，該技術(shù)能夠有效加速地基土體的固結(jié)過程，縮短預(yù)壓周期，提高施工效率，增強(qiáng)地基承載力，保障水利工程的施工質(zhì)量[3]。

1" "工程概況

湖州市南太湖片區(qū)北鄰太湖，河道支流縱橫交錯(cuò)，淤泥沉積深厚，地質(zhì)承載不良。在不利條件影響下開展水利工程施工，如何在保證施工質(zhì)量和施工安全的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，是編制該水利工程施工方案的重難點(diǎn)問題。本文以苕溪清水入湖河道整治后續(xù)（湖州開發(fā)區(qū)段二期）工程為例，將本文研究的真空聯(lián)合堆載預(yù)壓技術(shù)應(yīng)用于該水利工程軟土地基處理之中。

該工程位于太湖度假區(qū)長(zhǎng)兜港兩側(cè)，北起濱湖大橋，南至杭嘉湖州高速，全長(zhǎng)約2km。該工程地基表層為淤泥質(zhì)黏土，深灰色，厚度不均勻，且整體的淤泥質(zhì)土層較厚，表現(xiàn)為天然含水量大、強(qiáng)度低、承載力差、滲透性低。該工程地基表層淤泥質(zhì)黏土的上述特征，對(duì)該工程施工產(chǎn)生很大負(fù)面影響。

該水利工程軟土地基除了具有上述特征之外，其地基位置的荷載能力也未達(dá)到預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，使得部分位置難以避免出現(xiàn)下沉、裂縫等問題。在該水利工程地基施工中，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)觿〉鼗莸目赡苄?，埋下安全隱患。為解決上述問題，需要采取真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法進(jìn)行地基的優(yōu)化處理，保證施工安全和施工質(zhì)量目標(biāo)。該水利工程軟土地基實(shí)況如圖1所示。

2" "水利工程軟土地基真空聯(lián)合堆載預(yù)壓施工技術(shù)

2.1" "施工準(zhǔn)備

2.1.1" "設(shè)置軟土地基處理指標(biāo)參數(shù)

真空聯(lián)合堆載預(yù)壓施工技術(shù)是將真空預(yù)壓法和堆載預(yù)壓法相結(jié)合的預(yù)壓施工技術(shù)，是針對(duì)軟土地基進(jìn)行加固處理、提高軟土地基性能指標(biāo)、實(shí)現(xiàn)地基加固的一種整合處理施工技術(shù)[4]。在實(shí)施該施工技術(shù)之前，需要展開施工準(zhǔn)備工作，首先需要設(shè)置水利工程軟土地基處理指標(biāo)和參數(shù)。軟土地基處理指標(biāo)和參數(shù)如表1所示。

2.1.2" "預(yù)設(shè)聯(lián)合預(yù)壓處理結(jié)構(gòu)

在設(shè)置該水利工程軟土地基處理指標(biāo)和參數(shù)的基礎(chǔ)上，預(yù)設(shè)水利施工軟土地基的真空聯(lián)合堆載預(yù)壓處理結(jié)構(gòu)，并按照該處理結(jié)構(gòu)進(jìn)行后續(xù)工程施工。該水利工程地基真空聯(lián)合堆載預(yù)壓處理結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。

2.2" nbsp;場(chǎng)地平整及砂墊層鋪設(shè)

2.2.1" "場(chǎng)地平整

場(chǎng)地平整是真空預(yù)壓的基礎(chǔ)處理環(huán)節(jié)，也是保證后期軟土地基處理的關(guān)鍵[5-6]。要確保施工場(chǎng)地中沒有大塊砂石及違規(guī)物；施工區(qū)周邊略低而中部略高，如果存在一定偏差，調(diào)整并控制在1.2%～2.6%之間為最佳[7]。

2.2.2" "砂墊層鋪設(shè)

在場(chǎng)地平整的基礎(chǔ)上，標(biāo)定出軟土地基的實(shí)際覆蓋位置，使用中粗砂鋪設(shè)砂墊層。鋪設(shè)過程中避免填入鋒利、棱角物體，防止損壞砂墊層的鋪設(shè)效果[8]。根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79—2002）的相關(guān)規(guī)定和該水利工程的里程、軟土地基的深度等實(shí)際情況，需要先計(jì)算出砂墊層底面處的壓力值（該壓力值應(yīng)小于其下臥土層的承載力），再參照下臥土層的承載力，確定軟土地基砂墊層的厚度。砂墊層底面處壓力值的計(jì)算公式如下：

式中：PZ代表砂墊層底面處的壓力值，kPa；b代表基礎(chǔ)底面的寬度，m；Pk代表基礎(chǔ)底面處的平均壓力值，kPa；Pc代表基礎(chǔ)底面處土的自重壓力值，kPa；θ代表墊層的壓力擴(kuò)散角，°。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果并參照經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將砂墊層厚度確定在45～65cm之間。砂墊層也是插板機(jī)進(jìn)行插板作業(yè)的支撐層。在砂墊層鋪設(shè)時(shí)，其兩側(cè)盡量在合理范圍內(nèi)挖掘排水溝，當(dāng)施工處于雨天時(shí)，可以順利排除雨水，以便在地下水位降低的同時(shí)，強(qiáng)化對(duì)地基的加固效果。

2.3" "埋設(shè)濾水管和真空測(cè)頭

濾水管上設(shè)有若干小孔，外面包裹尼龍紗或土工織物等濾水材料，用于將軟土地基中的水過濾出去。在砂墊層位置按照實(shí)際需要埋設(shè)濾水管，其埋設(shè)深度不小于50cm，其間距預(yù)設(shè)為4.5～6.5m之間。在預(yù)壓區(qū)將濾水管連接后，使用鐵絲將管口處綁牢。在鋪設(shè)濾水管的過程中，因受外力影響，管口處可能出現(xiàn)滑落或者錯(cuò)位現(xiàn)象，需要使用骨架橡膠管套予以加固，避免濾水管泄漏。

將所有濾水管與真空泵連接起來，通過抽真空方法排出軟土地基中的孔隙水。濾水管完成埋設(shè)后，設(shè)置膜下真空度測(cè)量設(shè)備即真空測(cè)頭。將使用剛性空囊和無紡布包裹的真空測(cè)頭設(shè)置在密封膜下面，用于計(jì)量膜下真空度。

2.4" "鋪設(shè)密封材料和堆載預(yù)壓土

2.4.1" "鋪設(shè)密封材料

完成濾水管和測(cè)頭埋設(shè)后，開始在砂墊層上面進(jìn)行覆蓋式密封材料鋪設(shè)施工。首先使用長(zhǎng)120m、寬85m的復(fù)合土工布進(jìn)行鋪設(shè)，根據(jù)預(yù)壓區(qū)的實(shí)際長(zhǎng)度，向外進(jìn)行擴(kuò)展與延伸。一般將長(zhǎng)度控制在5.5m、寬度控制在3.5m。完成復(fù)合土工布鋪設(shè)后，采用熱粘合方法將兩塊土工布之間進(jìn)行密封連接，然后在土工布上面鋪設(shè)密封膜。密封膜周邊可采取挖溝埋膜、覆蓋壓邊等方法進(jìn)行密封。

在鋪設(shè)密封膜之前，要確保膜面無破裂。使用膜彎頭將兩端平穩(wěn)地與濾管連接，并使用砂粒對(duì)其壓緊，最后放置橡膠墊片和上壓板，增加其密封的穩(wěn)固性。完成密封材料鋪設(shè)后，基本具備進(jìn)行膜下真空度測(cè)量條件。土工布密封膜鋪設(shè)粘合示意如圖3所示。

2.4.2" "堆載預(yù)壓土

根據(jù)設(shè)計(jì)要求、參照?qǐng)D2所示斷面尺寸分層堆載預(yù)壓土，預(yù)壓的載荷應(yīng)當(dāng)?shù)扔谠O(shè)計(jì)載荷。為了防止預(yù)壓土中的雜物刺破密封材料，堆載預(yù)壓的土方應(yīng)選用附近取土場(chǎng)和路塹挖方土，不得使用淤泥土或垃圾土，且第一層預(yù)壓土采用小型機(jī)具攤鋪和壓實(shí)。此后卸入的預(yù)壓土可先用推土機(jī)推平，然后用平地機(jī)配合人工刮平，保持每層預(yù)壓土的平整度。

2.5" "布設(shè)多層級(jí)壓膜溝及排水溝

2.5.1" "布設(shè)多層級(jí)壓膜溝

壓膜溝的作用不僅是加固膜布，還可對(duì)水利工程周邊進(jìn)行密封，多點(diǎn)位確保密封膜與砂墊層之間有足夠的密封長(zhǎng)度，同時(shí)也是增加同側(cè)密封空間、降低實(shí)際控制壓力、實(shí)現(xiàn)多層級(jí)受力平衡的一種處理方式。

使用挖掘機(jī)在預(yù)壓區(qū)周圍開挖壓膜溝，通過全站儀放線，在每一個(gè)壓實(shí)點(diǎn)做出標(biāo)記，依據(jù)位置的變化及向外擴(kuò)展，確定對(duì)應(yīng)的挖掘范圍并劃出邊界點(diǎn)。結(jié)合應(yīng)用數(shù)據(jù)和相關(guān)信息，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的最佳坡度比。最佳坡度比計(jì)算公式如下：

R=1/Q-（φ+D）2" " " " " " " （2）

式中：R代表最佳坡度比，Q代表挖掘范圍，φ代表側(cè)方寬度，D代表可擴(kuò)展寬度。

根據(jù)計(jì)算得出的最佳坡度比進(jìn)行測(cè)量定位，并操縱挖掘機(jī)開挖壓膜溝。施工過程中保持坡面清潔，無硬物和雜物。

2.5.2" "設(shè)置排水溝

為了對(duì)軟土地基位置的壓力進(jìn)行把控調(diào)整，需要在原地基頂面下方1.1m的位置設(shè)置一個(gè)排水溝，其寬度為0.2m，長(zhǎng)度不限，跨度比為3.5。上述鋪設(shè)的土工布及密封膜，需要與溝底黏土接觸，并使用砂石定點(diǎn)埋設(shè)，以防止抽真空時(shí)出現(xiàn)漏氣情況。

2.6" "預(yù)壓抽氣及防護(hù)措施

預(yù)壓抽氣時(shí)，將真空泵設(shè)置在標(biāo)定位置之上，預(yù)設(shè)真空度要達(dá)到90kPa標(biāo)準(zhǔn)。抽真空時(shí)檢查膜面、壓膜溝是否有漏氣現(xiàn)象。若存在漏氣孔，氣孔處會(huì)發(fā)出嗚叫聲，對(duì)此要及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)。完成抽氣之后，為了強(qiáng)化該水利工程軟土地基的穩(wěn)定性和安全性，盡量在其外圍設(shè)定防護(hù)裝置，并部署檢測(cè)節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確保維持較高的真空度，以此來達(dá)到預(yù)期的降水效果。

3" "對(duì)施工結(jié)果的測(cè)試與分析

3.1" "測(cè)試方法

在完成該水利工程軟土地基真空聯(lián)合堆載預(yù)壓施工后，在其真空覆蓋范圍之內(nèi)預(yù)設(shè)真空度為75kPa、85kPa以及90kPa三個(gè)區(qū)間，隨機(jī)選定6個(gè)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。將采集到的數(shù)據(jù)和與初始測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算出軟土地基的最終沉降系數(shù)。

軟土地基沉降系數(shù)計(jì)算公式如下：

式中：P代表軟土地基沉降系數(shù)，T代表單元區(qū)域承載值，B代表隨機(jī)測(cè)試點(diǎn)位，m代表基礎(chǔ)沉降區(qū)域，a代表實(shí)際沉降區(qū)域。

3.2" "測(cè)試數(shù)據(jù)分析

將6個(gè)測(cè)試點(diǎn)的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行了記錄和整理，并與初始測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比和計(jì)算，形成的三個(gè)區(qū)間不同真空度的沉降系數(shù)如表2所示。

由表2可知：3個(gè)不同真空度區(qū)間的6個(gè)測(cè)試點(diǎn)計(jì)算得出的沉降系數(shù)，均被有效控制在1.7以下。這說明采用本文設(shè)計(jì)的真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法施工技術(shù)進(jìn)行施工后，該水利工程軟土地基降水效果和地基承載力得到明顯提升，該施工技術(shù)具有參考和應(yīng)用價(jià)值。

4" "結(jié)束語

將本文所述真空聯(lián)合堆載預(yù)壓施工技術(shù)應(yīng)用于該水利工程軟土地基處理施工中，通過真空預(yù)壓與堆載預(yù)壓技術(shù)的融合，短期之內(nèi)有效提高了地基承載力，實(shí)現(xiàn)了多層級(jí)控制處理。不僅如此，真空聯(lián)合堆載預(yù)壓技術(shù)還有助于進(jìn)行實(shí)時(shí)成本控制，簡(jiǎn)化了整體的施工處理環(huán)節(jié)，優(yōu)化和完善了施工效果，為水利工程提供了更加堅(jiān)實(shí)可靠的地基支撐。

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