水土联合堆载预压技术

水土联合堆载预压技术（精选9篇）

水土联合堆载预压技术 第1篇

某变电站场地下有含水量高(56.07%)、压缩性大(Es0.1-0.2=1.66 MPa)、厚度大于20 m的淤泥及淤泥质粉细砂土层。为了承载能力和稳定性，采用低位真空联合堆载预压法进行软基处理。

为了及时发现不稳定因素，有效地控制施工速率，确保在施工过程中大面积地基的稳定性，并根据监测数据确定不同时间的沉降和固结度，推算地基的最终沉降量，以分析加固效果，对真空联合堆载预压固结全过程进行监测。

2 监测项目及布置

各监测点监测项目的具体位置如图1所示，布置数量见表1。

2.1 孔隙水压力监测

观测孔隙水压力的增长和消散，用来分析固结度、强度增长和地基稳定性，从而控制加载速率，避免堆载过快而造成地基破坏，并为预压后卸载提供依据。孔隙水压力观测的测点根据场地软土层的分布情况进行布置。根据场地形态，均匀布置3个监测断面，其中场区中央位置断面布设3个孔隙水压力监测孔，两边断面各布设1个孔隙水压力监测孔，共计5个孔隙水压力监测孔。孔隙水压力传感器布置在压缩变形和剪切变形较大的部位，每个观测孔沿竖向布置约每4 m设1个传感器，每孔约5个，具体将视软土厚度变化情况进行调整。

2.2 水位观测

采用专用的水位测量仪和水准仪进行观测，仪器埋设和观测方法为:在插板后埋设水位管，采用钻孔导孔埋设，钻孔垂直偏差率应不大于1.5%，成孔后清孔，将水位管放置于钻孔中，待孔侧土回淤稳定后，并测量水位初始标高。

2.3 水平位移观测

地表水平位移:在场区周边设置边桩位移观测点，根据观测成果分析各土体表层的侧向位移方向及数量，观测标志采用混凝土浇筑基础，内埋设铁件，表面与原地面齐平，上刻“+”字标志。用测钎作为照准目标，进行表层位移观测。为及时掌握场区外侧坡角处的位移量，在处理区边界中部外2 m处布置一个水平位移观测点，每条边界布设一组，共计4组共4个观测点。

深层水平位移:为掌握场区外侧不同深度、不同土层处土体侧向变形量，尤其是严格控制边界处变形量，在处理区边界外2 m处布置深层水平位移观测点，点位靠近边桩位移观测点，利用测斜仪测定。共布置3个测斜孔。测斜孔深度约为22 m。

2.4 沉降观测

地表沉降:观测地基的沉降量和沉降速率，按约900 m2布置一个沉降观测点，沉降板竖管的垂直度偏位不大于2%，场地平整到4.5 m时埋设地面沉降标，按场地对称轴线布置，每(30×50)m2布置一个观测标，场地对称轴线布置，共布置约32个观测点。第二层真空膜铺设后在对应的位置重新埋设沉降标，埋设之前先在膜上铺细砂200 mm。地表沉降观测标由底板和沉降杆组成，尺寸由现场确定，整体结构要求平稳，沉降杆采用钢管制作，两头制作螺丝接头，钢管与底板连接焊死，钢管可随堆载高度变化而及时接长。

分层沉降:测量不同深度土层的沉降曲线，用来判断有效加固深度及各个深度的固结程度。分层沉降观测采用沉降观测仪。根据场地形态，布置2个分层沉降监测孔;垂向布置，每隔约3 m布置一个沉降磁环，若土层厚度不等于3 m则适当增减沉降环数量，每孔约7个沉降环。孔深22 m左右。

2.5 膜下真空度及随深度的传递监测

得到真空荷载随时间的变化曲线，要求真空压力测点位置埋设在相邻两滤管之间的砂层中，在一块加固区的膜下真空度测头至少放置5个，四个角上和中心各放置1个，加固区面积较大时加密测点。根据DB J15-38-2005建筑地基处理技术规范规定的约1 600 m2埋设一个真空测头的要求，测头设置在排水砂垫层中，在场区内均匀布置38个真空测头。在淤泥中预埋真空度测头时，平面方向上测头置于等边三角形的重心处，垂直方向上使埋设钻杆处于铅垂线，深度上尽量与垂直排水通道的相应测头深度一致。

2.6 高程测量

对于每个区必须进行20 m×20 m网格高程测量，在施工过程中应测的高程有:施打塑料排水板前后砂面高程;真空—堆载联合预压最终高程;碾压整平后高程。

3 监测方法及监测频率

3.1 孔隙水压力观测

加载的控制标准为∑ΔU/ΔP≤50%。抽真空加载时每天观测1次;填砂堆载时每天观测1次;填砂堆载结束在预压14 d内，每天观测1次;填砂堆载结束在预压14 d后，每3 d观测1次;实际观测时视现场加载施工情况以及孔压观测数据的变化进行调整。

3.2 水平位移观测

边桩位移观测点埋设完毕后，立即对其坐标和高程联测，确定其初始读数。抽真空加载时每天观测1次;填砂堆载时每天观测1次;填砂堆载结束在预压14 d内，每天观测1次;填砂堆载结束在预压14 d后，每3 d观测1次;实际观测时视现场加载施工情况以及水平位移观测数据的变化进行调整。

3.3 地表沉降观测

场地平整到4.5 m后开始地表沉降观测，至铺膜前每2 d观测一次。抽真空加载时每天观测1次;填砂堆载时每天观测1次;填砂堆载结束在预压14 d内，每天观测1次;填砂堆载结束在预压14 d后，每3 d观测1次;实际观测时视现场加载施工情况以及地表沉降观测数据的变化进行调整。

3.4 分层沉降观测

抽真空加载时每天观测1次;填砂堆载时每天观测1次;填砂堆载结束在预压14 d内，每天观测1次;填砂堆载结束在预压14 d后，每3天观测1次;实际观测时视现场加载施工情况以及观测数据的变化进行调整。

3.5 土体深层水平位移

测斜管埋设后，应尽快测定初读数，并做好记录，在真空预压施工期间每天观测1次，施工结束后每3 d观测1次，后期可以根据实际情况，适当调整观测频率。

3.6 水位观测

抽真空加载时每天观测1次;填砂堆载时每天观测1次;填砂堆载结束在预压14 d内，每天观测1次;填砂堆载结束在预压14 d后，每3 d观测1次;实际观测时视现场加载施工情况以及观测数据的变化进行调整。

4 控制指标和资料提交

4.1 控制指标及标准

真空联合堆载预压地基处理中所使用的控制标准如下:侧向位移应小于5 mm/d;孔隙水压力增长值与堆载荷载增长值之比不大于0.5。以上指标以水平位移控制为准，并结合变形速率的变化趋势来判断。超出上述控制标准时，应采取措施(加强观测、控制加载速率、停止加载、卸载等)防止地基破坏。

真空联合堆载预压作用下，软土平均固结度达到90%以上，实测地面沉降连续5 d平均沉降量2.0 mm，且沉降—时间曲线s—t基本平缓稳定后，方可停泵。

4.2 资料提交

监测人员及时整理分析监测数据，将实测值与预估值进行比较，绘制各种变形—时间关系曲线及孔隙水压—时间关系曲线，预测处理效果及发展趋向，及时向有关部门报告。在监测过程中，若发现异常情况，立即向有关部门报告并提供报表和曲线图;若监测结果正常，则在加载期间及加载后一个星期内每3 d内至少提交一次报表;加载后第二个星期起每星期提交一次报表。监测工作结束后提交完整的观测报告。

5 结语

真空联合堆载预压法要在工程运用中取得良好加固效果，合理的施工工艺和监测方法的布置十分关键。监测务必要做到科学、合理和安全，及时发现不稳定因素，合理指导施工，从而保障社会利益。通过对变电站真空联合堆载预压法的应用和监测取得了预计的效果。

摘要：介绍了真空联合堆载预压法监测技术在某220 kV变电站软土地基处理中的应用,详细阐述了该处理方法监测技术的监测范围、项目数量、控制指标及监测流程等,通过监测数据发现不稳定因素,控制施工速率,分析加固效果,以更好的指导施工。

关键词：真空,堆载预压,软土地基,加固,监测

参考文献

[1]谢晓华,周永章.真空联合堆载预压软基加固机理分析及工程应用[J].四川建筑科学研究,2010,36(5):30-31.

[2]DB J15-38,建筑地基处理技术规范[S].

水土联合堆载预压技术 第2篇

王必卫

范伟

霍广勇

[摘要] 堆载预压法和真空预压法同属排水固结法，二者各有优缺点。本文结合工程实例，详细论述了堆载预压和真空预压联合加固软基的原理和施工要点。[关键词]堆载预压：联合；真空预压；加固；软基。

一、概述

沿海地区广泛分布着含水量高、透水性差、压缩性大、强度低的海相沉积软弱粘士层，其地基承载力和稳定性很差，在荷载作用下会产生相当大的沉降和沉降差，影响建筑物的正常使用，因此，这种地基通常需要加固处理。排水固结法中的真空预压法和堆载预压法就是处理软弱地基的常用方法，二者加固地基的原理相同，只不过是施加预压的加载方式不同。真空预压法与常规的堆载预压法相比，具有加荷速度快、无需堆载材料、加荷中不出现地基失稳现象等优点，其最大缺点是预压荷载偏小（不超过100KPA）；而堆载预压法工期相对较长，需大量的预压材料，但其优点是最大预压荷载不受限制。若能将真空预压与堆载预压联合加载就刚好可以发挥二者的优点，而理论分析和工程实践都已证明真空预压法与常规的堆载预压法是可以联合使用的，这两种方法在加固软土时分别产生的负超静水压力（真空预压）和正超静水压力（堆载预压）是可以迭加的，由此产生的有效应力迭加在一起，最终使土体产生垂直压缩变形、强度增长。

堆载预压法有个特例就是用建筑物的自身重量（比如路堤土等）作为预压荷载，加固结束后不再卸载，从而节约投资、缩短工期。为和常规堆载法区分，这里称之为自载预压法。在用排水固结法加固软基过程中，为了加快施工进度、提高加固效果，把自载预压法作主要荷载，而把真空预压当作超载来进行联合加载时，我们称之为自载联合真空预压法。

二、自载联合真空预压法在沿海公路建设中的应用

在深厚软弱地基上修建公路，通常采用自载（路堤土）预压法处理地基，但其往往面临两方面的问题：

1、工后沉降量过大问题

在公路设计与施工时，虽然对桥头和路堤的工后沉降量提出了明确要求，但却难以做到。一是因为估算的沉降量本身就不易准确控制；二是因为预压期往往是在没有施加路面荷载的情况下确定的，因此当铺上了路面之后，路基在路面荷载的作用下又会产生新的沉降，从而使工后沉降达不到要求。有的地方为此对路堤或桥头采取了等载预压的措施，即用与路面荷载相当的堆载先对地基预压一定时期后，再将此堆载卸掉修建路面，但是这就有一个寻找土源、重新移弃堆载土的问题，既不经济，又不环保。

2、加载过程中路堤稳定及工期过长问题

采用堆载或自载预压法处理软弱地基时，始终得考虑路堤的稳定而必须分级加载，且加载后要稳定一段时间以便地基强度的增长能随得住荷载的增加，否则就容易在施工中产生滑坡或导致软土侧向变形过大、土体固结达不到要求，因此施工速度较慢、工期过长。

如果在自载预压的前提下再辅以真空预压进行联合加载，实际上是在对路基实施超载载预压加固，超载部分就是由真空荷载来代替，该荷载施加方便、迅速，其最大荷载可达80-95KPA，相当于4-5M的填土荷载，大大超过路面荷载（30KPA）和一般的超载（2M左右的填土），这不仅实现了等载预压、而且还真正起到了超载预压的加固作用。因此，在对修建在沿海软基上的公路路基进行加固处理时采用自载联合真空预压法，可以解决以下三方面的问题：

1、沉降问题，使地基的沉降在联合加固期间被基本消除，路堤在使用期间不致再有过大的沉降和沉降差，大大减少桥头跳车。

2、稳定问题，联合加固能加速地基土抗剪强度的增长，从而提高地基承载力和稳定性。

3、工程加快，能加快路堤的填筑速度，缩短工期达三分之一以上。

三、自载联合真实预压法加固地基的实施

自载联合真空预压排水固结法加固地基是由排水系统（垂直及水平）和加压系统两部分组成。排水系统的主要作用在于改变地基原有的排水边界条件和借助排水系统来传递真空压力，增加孔隙水排出的途径、缩短排水距离，减少加固时间；加压系统就是使地基土的有效固结压力增加而产生固结的荷载，即路堤本身自重和真空荷载。排水系统是一种手段，如果没有加压系统，孔隙中的水没有压力差就不会自然排出，地基也就得不到加固；如果只增加固结压力，无良好的排水系统或不缩短土层的排水距离，则不能取得好的加固效果或不能在预压期内尽快地完成设计所要求的沉降量，强度不能及时提高，加载也就不能顺利进行，工期要求将得不到满足。所以上述两个系统都是必不可少的，设计时总是要联系起来统筹考虑。自载联合真空预压加固的示意图如图1。

图1自载联合真空预压法加固软基示意图

自载联合真空预压加固地基时，一般先在软弱地基上按真空排水预压法的施工程序进行施工，即依次进行铺设砂垫层、打设垂直排水通道、铺设主滤管、安装抽真空装置、铺密封膜等工序，在经试抽空并确认没有漏气发生后，就可进行路堤的逐层填筑施工。

在具体施工时要注意以下几点：

1、一定得等膜下真空度稳定、并达到设计要求之后才能进行路堤施工，否则堆载上去之后一旦出现漏气问题就难以处理了。

2、为了防止堆第一层土时将密封膜和膜上的保护层弄破，最好在膜下也铺一层热粘针刺无纺土工布或编制土工布，以防膜被堆载中的尖利物戳破。

3、施工第一层堆载土要十分小心，可适当厚些，最好在40-50cm左右，铺设时尽量找平，先进行人工摊铺后再用机械由近向远逐步推进，压实时由轻到重进行多遍碾压。

4、第一层填土铺完碾压后不要急于铺第二层，观察一下膜下真空度的变化，以检查有否漏气。若没有异常情况发生，则可一边抽真空，一边像路堤正常施工一样分层往上连续铺筑碾压，这样才能充分发挥自载联合真空预压的长处。

5、堆载时要注意保护膜面上的沉降观测标杆，并在堆载前进行一次测量，以记好堆载前沉降曲线的起点，便于日后对加固效果进行分析。

6、一些特殊的地方（如桥头高填土）采用联合加固时，要密切注意对已有构筑物的影响，避免一些意外事故发生。

四、工程实例

深圳市宝安区某快速干道一路段长159M，宽约50M，设计填筑的路堤高5M。当时因某些原因工期要求已落后4个多月，为了赶上工期，设计与施工单位采用自载联合真空预压的加固方法加固地基，最终不仅加固达到设计要求，而且工期也弥补上来。这是自载联合真空预压法运用得比较成功的一个实例，详细介绍如下：

1、路基土层的地质概况

地质勘探资料表明，该路段自上而下由以下几层组成：

第一层，人工吹填土，厚为0.3-0.5M；由粉砂、细砂组成，含少量细碎贝壳和淤泥； 第二层，耕植土，厚0.5-1.3M，松散，含植物根系；

第三层，淤泥混砂，饱和、软塑-流塑，富含有机质，局部夹粉砂，该层含水量高、孔隙比大、压缩性高、强度低，是地基加固的主要对象；

第四层，粉土或砂混淤泥，厚3.5-73.5M，底板埋深一般在7.5M、最大为10.5M；饱和，该层渗透性较好，k=10-3-10-4cm/s；

第五层，淤泥或淤泥夹砂层，层厚大于10M，饱和、流塑-软塑、强度低，含水量高，孔隙比大、压缩性高、强度低，也是加固的主要对象；

第六层，淤泥质粘土层，饱和，软塑状，粘滑，含大量贝壳及腐植物，分布均匀，钻探未钻穿，应该说这也是一层需处理的对象，其对路堤的后期沉降会有较大的影响。淤泥软土的土工试验综合成果见表1所示。

表1

淤泥软土的物理力学指标

2、施工简况

（1）场地打设了深20M、间距1.3M、直径为7CM、呈梅花形布置的袋装砂井作为垂直排水通道；表层铺设厚度为70CM的中粗砂垫层，作为水平排水通道。（2）在加固区外采用淤泥搅拌墙（深7M、局部10M）及垂直插塑（深5M）等密封技术，对第四层粉土及砂混淤泥进行封堵，以保证加固区内有较高的真空度；实践证明这二项技术起到了作用，在试抽时膜下真空度一天内达到80KPA，而停抽一天后真空度才损失2KPA。

（3）密封膜上铺设了40#扁丝机织土工布（抗拉强度40KN/M）以保护其不被刺破。（4）抽真空装置安排12台套，其中2台套为备用。平均每台套担负800M2 面积，滤管间距为6M。

（5）在抽真空开始、膜下真空度达到80KPA后的30天才开始用吹填方式填筑路堤，填筑共分五层，层厚依次为1.2M、1.6-1.8M、1.0M、0.5M、0.5M，共5M厚；历时67天，此后自载联合真空预压又历时124天完成加固。实际的加载历时曲线见图2，联合加载的典型断面如图3。

图2实际的加载历时曲线

图3联合加载的典型断面

3、自载联合真空预压加固的效果与分析

加固现场设置了真空度、地表沉降、水平位移和孔隙水压力等观测项目，观测结果表明加固取得了较好的效果。

（1）加固中最大沉降速率达到72MM/D，发生在抽真空的初期；在联合预压加固中，每次加载的头几天沉降速率也都在40-50MM/D；远远超出规范要求的沉降速率宜控制在20MM/D以下的标准。整个填筑过程中路提始终是稳定的，没有出现任何失稳的征兆。路中心点平均沉降达277.5CM，估计固结度达到90%左右，基本满足工后沉降量〈30CM的要求。典型断面的荷载——沉降曲线见图4。

图4典型断面的荷载——沉降曲线

（2）孔隙水压力的观测结果（见图5）表明，开始抽真空时孔隙水压力就开始下降，形成负超静水压力，在地下9M深的测头孔隙水压力值下降较快、较大；在吹填加载期间，每加一级荷载，各个测头的孔隙水压力值均明显地出现短暂的增大、随后很快便稳定，在吹填加载5M的整个过程中，其最大累计升幅为30KPA（发生在埋深18M的测头处），其余为10-20KPA，而且所有测头读数都未超过出孔压初时的稳定值。这是由于在加固区内始终丰在着稳定的真空压力，其产生的负超静水压力抵消了相当一部分堆载过程中始终处于低孔隙水压力的稳定状态，没有出现滑坡和失稳现象。也正因此才大大缩短了堆载和维持堆载稳定的时间，加快了工期；该工程比常规的堆载预压法提前了4个多月的工期，保证了全线按时通车。

图5加固中孔隙水压力时间过程线

4、小结

水土联合堆载预压技术 第3篇

摘要：真空联合堆载预压法是软土地基处理中一种实用、经济、适应性广的大面积软基处理的有效方法，在市政道路软土地基加固处理中具有广阔的应用前景。为此，本文首先分析真空联合堆载预压加固路基的原理、施工工艺，然后结合工程实例对其加固效果进行前后对比，为该方法在市政道路工程的软基处理中提供参考经验。

关键词：真空联合堆载预压法；市政工程；地基处理

真空预压及真空——堆载联合预压法是加固软土地基的有效方法，尤其是对于含水量大、压缩性高、强度低、透水性差、埋藏深厚的软黏土有着较好的处理效果，它能够消除大部分的软土主固结沉降，减少工后沉降，在一定程度上提高地基承载力。该方法已广泛运用于海内外的软土地基处理工程中，例如高速公路、机场、吹填造陆、电厂等。

真空-堆载联合预压法的核心包含三大系统：排水系统、加压系统和密封系统。排水系统主要用于改变地基原有的排水边界条件，增加孔隙水排出的通道，缩短排水距离，加速软土的排水固结过程。而排水系统由水平排水系统和竖向排水系统构成。水平排水系统是由地表铺设≥40cm～50cm厚的中粗砂排水砂垫层与砂垫层中铺设的水平滤管共同组成的；竖向排水系统为打设的竖向塑料排水板或砂井；加压系统即真空压力和堆载压力，它使土中的孔隙水产生压差引起渗流而使土固结。密封系统即为防止漏气的竖向密封墙和地面表层的密封膜。三大系统的正常协同工作，是真空-堆载联合预压法的成功的关键。本文将根据在市政道路某工程软土地基的实际工程经验，结合理论计算，对于排水系统和密封系统的关键技术的应用进行综合分析。

1、工程概括

某道路工程全长7.65km，其中软基处理长度6.5km，沿线软土均分布在粉砂淤泥质海岸地貌内，地下水位埋深0.0m～4m，表层为黄褐色素填土，以粘性土为主，含沙礫，下为淤泥、淤泥质粘土。经设计方案比较确定采用真空联合堆载预压方式对软土地基进行处理：地基处理深度大于8m时，有效抽真空时间为120d；地基处理深度小于8m时，有效抽真空时间为90d；路基填筑高度小于3m，堆载30Kpa；填筑高度大于3m，堆载40Kpa。

2、真空联合堆载预压原理

2.1塑料排水板堆载预压是将带状塑料排水板用插板机将其插入软弱土层中，组成垂直和水平排水体系，然后在地基表面堆载预压（或真空预压），土中孔隙水沿塑料板的沟槽上升溢出地面，从而可加速软土地基的沉降过程，使地基得到压密。

2.2真空预压地基是以大气压力作为预压荷载，它是先在需加固的软土地基表面铺设1层透水砂垫层或砂砾层，再在其上覆盖一层不透气的塑料薄膜或橡胶布，四周密封好与大气隔绝，在砂垫层内埋设渗水管道，然后与真空泵连通进行抽气，使透水材料保持较高的真空度，在土的孔隙水中产生负的孔隙水压力，将土中孔隙水和空气逐渐吸出，从而使土体固结。

2.3真空- 堆载联合预压方法综合上述两种施工方法，整合并同时进行。真空预压期间，受真空预压荷载的影响，加固土体产生侧向收缩变形，而在堆载预压期间，土体受堆载影响，加固土体产生侧向挤出变形，上述两种变形在施工过程中可相互抵消，从而可以使堆载的速度加快但不会使路基失稳。

2.4真空- 堆载联合预压方法的优点 ①缩短了固结时间；②土体侧向变形很小，地基不会发生剪切破坏；③设备和工艺简单。

通过抽气和竖向排水体导水气作用，使膜下土体与外部空气形成压差，把大气压作为荷载，并在真空预压压力稳定一段时间（连续 10d 膜下真空压力达到80kPa）后分层加载土方，形成超载预压，达到软土固结目的。真空联合堆载预压可加快软土固结，减少土方堆载和稳定边坡作用。自重联合真空预压加固如图 1所示。

图1 真空预压加固软基示意

3、施工工艺

3.1 施工次序

清表后铺设30cm砂砾垫层，打设塑料排水板，埋设观测设备，铺设排水滤管，挖密封沟，铺设20cm砂砾垫层，再铺设10cm细砂，其上铺设一层无纺土工布，再设二层真空膜，封密封沟，安装射流泵，连接管路，抽真空，观测真空预压（真空度≧80kPa）稳定10d左右，铺设一层土工布，铺设细砂和粘土，然后进行正常堆载。

3.2真空预压施工工艺流程图

3.3真空预压管路布置

排水管道主管和支管及其管接均采用硬质 PVC管，在管壁按正三角形开孔，孔径8mm，上下孔间距为40mm，打孔后外包250g/m2以上无纺土工布包裹。真空射流泵数量按约900m2～1200m 2 处理面积控制。

3.4排水系统施工

3.4.1水平排水系统（砂垫层）施工

（1）测量放线

按试验段的几何尺寸，由专业测量工程师用经纬仪和水准仪进行填砂范围的测放，沿加固区中轴方向每 20m用木桩钉设标志并标示高程。

（2）膜下砂层摊铺

分2层填筑，用推土机按一定方向将堆砂向前平推，结合人工将砂料摊铺平整，最后人工修整作业面，并用轻型压实机静压，使砂垫层平整度、铺筑厚度、密实度均达到要求（下层30cm的砂垫层平整度可不作很高要求）。

（3）膜上砂层摊铺

分1～2层填筑，膜上砂垫层中部设1层土工格栅，用机械倒运，人工摊铺，保证砂垫层施工的平整度。

3.5塑料排水板施工

水土联合堆载预压技术 第4篇

关键词：真空联合堆载预压法,原理,应用

由于我国地域广阔, 气候复杂, 湿地洼田随处可见。随着我国公路建设的进一步发展, 将不可避免地要在软土地基上修建越来越多的高速公路。软土地基一般都表现为高含水量、高压缩性、高粘土含量、低渗透性和低强度等特点, 要在这“三高二低”的软土地基上修建好公路, 必须解决好两个方面的问题:一是路基要有足够的稳定性;二是工程完工后, 路基沉降稳定。为解决这个问题, 以往我们采用较多的是以排水加固法为主体, 再适当配以加筋土的加固方法, 但是这种方法存在着排水固结时间长、工后沉降难于满足规范要求的缺点。为了缩短工期、加快建设速度、保证工程质量, 某高速公路软土地基试验段采用了一种新的加固方法———真空联合堆载预压法, 取得了良好的效果。

1 真空联合堆载预压法加固机理

众所周知, 大气的压力为10t/m2, 真空联合堆载预压法实际上就是在堆载预压的同时, 借助大气的压力, 使两者联合发挥作用, 加快土体固结收缩。真空联合堆载预压法是用薄膜对需要加固的软基进行密封与大气隔离, 借助射流泵抽真空, 通过铺在加固体表面的砂垫层中的管道及竖向排水体袋装砂井将加固区内的空气和水抽走, 形成真空, 在地表砂垫层产生负压, 该负压通过真空管路及竖向排水体逐渐向深度方向延升, 并向四周土体扩散, 使加固上体内部与排水通道、砂垫层中产生压差, 在此压差作用下, 土体中的孔隙水不断由排水通道排出, 使孔隙水压力降低, 最终使上体固结压密。真空预压加固过程实际上是地下水气不断被抽走的同时, 真空度不断向加固土体内传递、扩散并在加固土体内形成一定真空负压和负压梯度的过程。真空联合堆载预压法是在真空联合堆载预压法基础上发展起来的, 是真空预压和堆载预压两种加固方法的叠加, 在堆载预压的同时再加一真空荷载同时作用, 促使土体充分固结压缩。

根据太沙基有效应力原理, 其过程可表达为:式中分别为真空和堆载产生的总效应力绝对值, 为主骨架压缩和收缩有效应力绝对值, 为真空产生的孔隙应力绝对值, 为堆载产生的孔隙应力绝对值) , 从中可以看出真空联合堆载预压只是通过减少孔隙水压力来增加土体的有效应力和球应力, 并且土体的球应力会使土体产生向预压区内的收缩变形, 以上理论在某高速公路的施工中得到了验证和应用。

2 真空联合堆载系统的组成

真空联合堆载预压法由排水系统、真空系统和加压系统组成。

2.1 排水系统

排水系统由砂垫层 (横向排水体) 和竖向排水体 (砂井) 组成。砂垫层一般采用中粗砂, 含泥量应小于5%, 厚度40~70cm, 表面宜铺设平整。如果不采用真空预压, 砂垫层的边缘必须出露以排出软土释放的水;对于真空联合堆载预压法, 必须将砂垫层密封以保证不漏气。

2.2 真空系统

真空系统主要由密封膜、滤水管和真空泵组成。密封膜用于密闭砂垫层和浅层软土, 防止漏气;滤水管成网络状态铺设在砂垫层中, 使抽真空形成的负压在砂垫层和砂井中快速扩散, 井将固结释放的水输送出去:滤水管与真空泵相连, 真空泵连续抽水、抽气, 保证负压的形成。真空系统可以在砂垫层中形成60~80k Pa的负压。

2.3 加压系统

加压系统实际就是填土堆载, 分阶段堆填到设计高度, 井确保地基的稳定性。为了减少工后沉降, 必要时可以实施超载预压, 预压填土高度超出正常路堤高度, 等地基沉降量达到要求后再卸荷。

3 真空联合堆载法施工中的关键技术

3.1 加固效果

真空联合堆载预压法是在真空预压和堆载预压基础上发展起来的一种软基处理方法, 它具有真空预压和堆载预压的双重效果, 适用干设汁荷载大, 承载力要求高的工程。该方法在加固效果方面有如下三个方面的特点:

3.1.1 固结速度

真空预压阶段, 真空度通过滤管、砂垫层及垂直排水通道逐渐向上体内部传递, 土体中的孔隙水在这种压差的作用下不断向外排出, 从而使土体发生排水固结。真空堆载和联合预压阶段在真空预压的基础上, 再利用路堤填上进行堆载预压, 一方面堆载的作用使土体中的孔隙水压力升高;另一方面真空预压的作用使砂垫层及垂直排水通道的孔压要处于负压状态, 这样地基中孔隙水的压差就更加大, 加速了土体中水的排出, 固结速度自然快, 加固的效果就更加明显。

3.1.2 加固深度

加固深度主要取决于引起孔隙水压力变化的深度。在真空联合堆载预压加固软基方法中, 真空度是引起孔隙水压力变化的主要因素之一, 它沿深度的传递与竖向排水体的井阻有关。大量的现场实测资料显示, 真空度沿深度的衰减明显低于堆载时总应力沿深度的衰减。因此, 真空联合堆载预压方法的加固深度大于普通的堆载预压。

3.1.3 强度增长

在真空联合堆载预压加固软基方法中, 当真空度达80k Pa时, 真空荷载相当于4~5m高度的填上荷载, 这使得该方法在预压过程中的等效超载高度高, 加之固结速度快、影响深度深等因素, 都使得地基的强度增长快, 而且提高幅度大。

3.2 地基稳定性

真空联合堆载预压方法是在真空预压的基础上, 施加堆荷外载。由于真空产生负压, 使土体产生向内收缩变形, 可以抵消因堆载引起的向外挤出变形, 因而, 地基在填土过程中的稳定性较好。从另一角度分析, 地基产生向内的收缩变形, 等同于在路基两侧施加反压护道, 可知增加了抗滑力距, 因而抽真空产生负压有利于路基稳定。

4 真空联合堆载预压法的施工工艺

4.1 首先在湿软地基设置排水通道, 即按

常规方法先铺砂垫层, 接着打袋装砂井, 其长度以打穿淤泥层或不少于20m为宜, 间距一般不大于1.5m。

4.2 埋设监测仪器。

根据地基情况, 我们在此试验段布置了两个监测断面, 埋设了空隙水压力仪、测斜仪、表面沉降板和真空度测定仪等仪器, 用以监测软基在加固前后的应力、应变变化情况及控制填土。由于真空预压侧向位移指向路基中心, 孔压持续下降, 所以不对沉降作严格要求, 而以侧移和孔压系数为主要控制指标。

4.3 清理场地并安设排水 (气) 管。

砂垫层表面要清除杂物, 不能有碎石、竹签等尖锐物, 防止刺破表面加铺的密封膜。然后布置真空排水 (气) 管道 (PVC管) 。高速公路路堤因是长条形, 按此特点, 设主管和滤管两种。主管直径6cm。沿纵向间隔30m布置两条, 在主管上每间隔6m两侧设两条直径6cm的滤管, 主管和滤管用软管连接呈鱼骨状布置在砂垫层顶部, 滤管埋入软基中。

4.4 从主管中接出真空管路, 经过密封膜

与射流泵联接, 每台射流泵控制600~800m2的加固区。连接管路时应注意接头牢固、密封, 并有一定的柔性。

4.5 管道铺设后, 接着铺盖密封膜。

密封膜应用抗老化好、韧性高、抗穿刺性强、整体性和密封性好的聚氯乙稀薄膜, 厚度为0.14~0.16mm;然后在加固区四周开挖密封沟, 其深度不少于1.5m, 并以进入淤泥50cm为佳, 同时密封膜在沟内应翻转锚固, 用粘性土回填密实, 并构筑围堰注水密封。

4.6 当铺盖好密封膜后, 开始抽真空, 并随

时检查是否漏气, 漏气一般发生在地基、边沟、薄膜、接头等地方。正常情况下约7~10d膜内真空度可达70k Pa以上, 经稳定2~3d后开始堆载, 堆载前, 必须在密封膜上加铺一层防止填土料顶破密封膜的无纺布等其他织物。

水土联合堆载预压技术 第5篇

1 真空联合堆载系统的组成

在公路工程施工中施工企业必须充分了解及掌握真空联合堆载系统, 严格控制各个环节的质量, 使整体工程施工质量达到合格的水平, 并将创优目标得到有效实现。

1.1 排水系统

排水系统的构成主要包括砂垫层 (横向排水体) 和竖向排水体 (砂井) 。通常情况下, 砂垫层运用的是中粗砂, 应将含泥量保持在5%以下, 厚度为40~70cm, 应将表面铺设凭证, 若未能运用真空预压, 砂垫层的边缘必须出露并将软土释放的水排出。

1.2 真空系统

密封膜、滤水管和真空泵是构成真空系统的主要构件。滤水管在砂垫层中的应用是以网络形式铺设, 在砂垫层和砂井中将抽真空形成的复压得到快递扩撒, 输送固结释放的水。

1.3 加压系统

实际情况下, 加压系统是堆土堆载, 分阶段堆载, 使其达到设计高度, 并使地基的稳定性得到保证。为了将工后沉降减少, 必要时可以开展超载预压, 预压填土高度达到正常路堤高度以上时, 地基沉降量达到要求后即可开展卸载操作。

2 真空联合堆载预压法施工工艺

2.1 基底处理

将场地地表水疏干, 平整场地, 铺设一层400g/m2无纺土工布, 土工布用手提缝纫机现场缝合, 土工布缝接宽度≥5, 缝合尼龙线强度≥150N;对于机械无法进场施工的特别软弱地段应先铺设一层或多层高强度黑布, 再在黑布上铺设筋笆和土工格栅。在土工布上依次铺设50cm厚风化砂 (要求颗粒均匀, 无硬块) 作为工作垫层、50cm厚排水砂 (中粗砂, 含泥量小于3%, 干密度大于1.5g/cm3, 其渗透系数不小于1x10-2cm/s) 以便埋设塑料排水板和排水滤管, 风化砂和排水砂摊铺可以采用小型机械配合人工进行。

2.2 止水帷幕桩施工

为了充分保证抽真空密闭效果, 在真空预压区周围设置了单排止水帷幕, 在塑料排水板施工的同时可进行止水帷幕施工。止水帷幕采用帷幕桩机用粘土浆液打设, 止水帷幕纵向为5根粘土桩/2m (桩径0.6m, 纵向搭接0.2m) , 施工工艺为4搅2喷, 拌合粘土泥浆, 帷幕桩底标高低于软基处理底标高0.3m。

2.3 滤管埋设及附属设备

排水板施工完毕要及时清理排水砂垫层上面杂物, 不能有碎石、竹签等尖锐物, 防止刺破表面加铺的密封膜。排水板按要求露出排水砂部分要用人工埋入排水砂中;平面排水通道主管直径6cm, 顺路基方向布置两道, 每道离处理区域边缘约3m;排水滤管采用直径6cm的塑料软管, 打孔加工后外包土工织物滤水层, 并捆扎结实, 滤水层只透水、气, 不透砂, 滤管用胶管连接, 胶管套入滤管长度约10cm, 主管道与滤管采用三通或四通相连。主管和滤管均埋在排水砂垫层中, 从主管中接出真空管路, 经过密封膜与真空射流泵联接, 启动射流真空泵, 使抽真空形成的负压在排水砂和排水板中快速扩散, 并将土体释放的孔隙水抽出, 真空泵连续抽水、抽气, 保证负压的形成, 每台射流泵控制600~800的加固区。

2.4 密封膜铺设

密封膜采用三层聚乙烯或聚氯乙烯薄膜, 在工厂一次热合而成, 厚度为0.12~0.17mm。为了使密封效果得到保证, 应在密封沟内对密封膜进行埋入, 先将第一层膜埋入, 使埋入深度控制在1m以上, 在第一层膜埋完以后, 再对第二层、第三层膜进行埋入。在埋膜的过程中, 应先埋入密封膜粘合处, 再对其他部分进行埋设。避免在埋膜过程中有密封膜撕裂的现象产生, 密封膜铺设完毕后用粘性土回填密实, 并构筑围堰注水密封。

2.5 抽真空预压

检查供电线路完好后, 开始合闸抽真空, 并随时检查是否漏气。本工程选用的抽真空装置为IS型真空射流泵系统, 真空射流泵额定功率为7.5k W, 且能形成不小于0.096MPa的真空压力, 使真空预压的要求得到满足。在开始阶段, 为了避免真空预压对加固区周围土体导致的瞬间破坏现象产生, 应对抽真空速率进行严格控制。在实际操作中, 应先将半数真空泵开启, 然后对真空泵工作台数逐步增加。当真空度达到650mm汞柱 (即86.6Kpa) 经检查无漏气现象后, 开足所有泵。

2.6 堆载及卸载

一般在3~7d左右, 膜内的真空度辉超过86.6KPa, 通过2~3d稳定堆载以后。在堆载施工之前, 应在密封膜上对一层土工布进行密封, 避免填土料时有密封膜顶破的现象产生, 并且第一层填料宜采用石粉或细砂等填筑料, 防止密封膜遭到破坏。以后土层可按路基填筑标准进行, 分层填筑, 分层碾压, 压实度应满足道路设计要求, 依次填筑到设计高程。堆载施工应在停泵前20天施工完毕。

3 结束语

综上所述, 随着我国社会经济的高速发展, 公路工程已经逐渐成为我国基础建设中的一项极为重要的建设项目。在公路工程建设中施工企业必须严格按照每一道工序的规范要求进行操作, 严格把关各个环节的质量, 避免有各种质量通病出现, 使整体工程施工质量满足合格水平, 并将创优目标得以实现。所以, 我们必须加快研究, 不断运用新工艺、新技术, 使工作条件得以改善, 提升工作效率, 使工程事业的快速发展得以实现, 为提升国民经济发挥着极为重要的作用。

参考文献

水土联合堆载预压技术 第6篇

(1) 堆载前要采取可靠措施保护密封膜及密封查漏工作, 防止堆载时刺破密封膜。 (2) 堆载底层部分应选颗粒较细且不含硬块状的堆载物, 如砂料等, 这一点特别重要, 一旦在土体填筑过程中造成真空膜的破坏, 将影响土体的正常填筑。 (3) 选择合适的堆载时间和荷重。 (4) 加固区内差异沉降控制问题。

1 施工工艺

施工前必须对欲加固区的土层分布进行十分认真的分析, 特别是对含有硬夹层、透水性好的流沙层深厚复杂软土地基, 这些将影响抽真空的成败与否, 所以前期的地质补勘工作很重要。补勘后就可以进行施工准备工作, 测量放线、工设备及材料进场、场地平整、挖四周排水沟, 为后面的排水系统施工打好基础。

1.1 排水系统

排水系统主要由竖向排水系统和水平排水系统两大部分组成, 下面分别论述。

(1) 竖向排水系统。

真空负压是通过打设在地基中的竖向排水体向下传递给土体的。竖向排水体有普通砂井、袋装砂井、塑料排水板等形式, 目前工程中应用的最多的是塑料排水板。塑料排水板的选择应该具有良好的透水性和强度, 纵向通水量不小于 (15~40) ×103mm3/s;滤膜的渗透系数不小于5×10-3cm/s;板芯的抗拉强度不小于 (10~15) N/mm;滤膜的抗拉强度干态时不小于 (1.5~23) N/mm, 温态时不小于 (1~2.5) N/mm, 整个排水板反复对折5次不断裂认为是合格的。此外还要考虑插设深度。

(2) 水平排水系统。

水平排水系统采用铺设砂垫层, 其材料采用透水性好的砂料、细碎石、砂砾石或复合土工材料褥垫。一般采用级配良好的中粗砂垫层, 含泥量不大于3%, 渗透系数不低于10-3cm/s, 厚度一般为30cm~40cm。砂垫层应该均匀、密实, 表面平整, 碾压后经检验达中密D>0.67就可以进行元件埋设和竖向排水系统施工。

1.2 抽真空系统

抽真空系统包括主、滤管布置及铺设, 主管出膜装置、抽真空设备与安装。敷设滤管前, 先对场地进行测量, 然后按设计施工图的几何关系, 放线主、滤管位置。滤管间距一般为5m~6m, 主管间距15m~20m。主管一般为φ90mm镀锌钢管 (或PVC管) , 支滤管为φ63mm镀锌钢管 (或PVC管) 。主管与支滤管之间采用变径三通、四通柔性连接, 同管径的对接采用钢丝吸水胶管连接, 全部吸水管均埋入砂垫层中, 并通过出膜器及吸水管与真空泵连接。在挖密封沟的同时, 可进行主管与支滤管的连接、安装和埋设, 由于滤管上面有孔洞 (孔洞的布置形式、形状、间距等参数要根据施工现场的要求, 既要满足通水良好而且要使滤管强度满足要求) , 为防止砂砾进入支滤管内堵塞管道, 应用尼龙绳缠绕滤管后用无纺布 (250g/m2) 包裹。滤管敷设前, 对管子的接长和交叉, 应事先加工二通、三通、四通软接头配件, 以便施工时好用。施工操作员要特别注意管子连接部位的施工质量, 必须做到不漏气。滤管的末端要用木塞或PVC圆板封死, 然后套上预先缝制好的反滤管布套, 再扎牢即可。

这里必须强调的是主管与测试仪器的出膜连接处要特别细心对待, 既要做到保证管路系统连续畅通, 又要使膜不漏气, 质量检验人员必须加强检查监督管理。抽真空装置目前一般采用射流真空泵, 现场泵的数量和布置方式要根据实际情况。

1.3 密封系统

密封系统主要包括真空膜及铺设、密封沟开挖与回填、真空膜保护及土层深部密封、拉裂缝处理等。真空膜的技术指标应满足下列要求:渗透系数《10-10 (cm/s) , 圆球顶破坏强度≥280N, 抗拉强度≥250N/scm, 梯形撕裂强度≥40N。材质采用聚氯乙烯塑料膜, 厚度0.12mm~0.14mm, 膜间搭接长度为1.5cm~2.0cm, 膜的搭界必须用热合粘接法。真空膜铺设前, 要求派专人, 逐一检查场地表面, 是否有尖锐器物, 如铁丝头等, 发现应及时清理, 以免刺破密封膜而漏气。而后在砂砾层上铺设10cm厚的细砂, 表面要求达到平整且压实, 然后铺一层土工布, 土工布的顶破强度要求≥1600N, 然后再铺真空膜。铺设的土工布和真空膜松紧要适度。过紧了因抽真空和加载引起的地墓沉降, 可能会使膜被拉破而损坏;太松了, 会影响真空度的上升和稳定。真空膜的热合粘接, 一定要认真, 不得出现漏气现象, 铺好第一层真空膜后, 仔细检查是否有破损, 如有破损应用补膜器补好, 然后铺设第二层真空膜, 再检查、粘补。

2 监测系统

真空联合堆载预压加固软基的监测装置, 主要有膜下真空度和泵上真空度观测的真空表, 用于观测加固场地沉降的沉降标和测定地下孔隙水压力的孔压计、测斜仪、水位观测孔、土体及塑料排水板中真空度等, 埋设位置和数量符合设计要求。

监测的要求:本阶段的工作, 应做好真空表、沉降标、孔压计的观测和记录, 做好设备运行的观测和记录。一般要求真空表的观测, 每天不小于6次, 沉降观测要求, 开始一月内, 一天两次, 一月后, 每天一次。孔隙水压力观测、水平位移观测要求一天一次。当稳定抽气达到4个月, 场地的平均沉降量达到了设计要求, 且最后10天的日沉降量小于lmm时, 便可进入维持抽气阶段。维持阶段的抽气, 要逐渐减小开泵的数量和开泵的时间。维持阶段的抽气, 一般不超过5天。维持抽气结束后, 组织人员拆除设备、监测装置。

2.1 表面沉降观测

表面沉降观测目的, 以了解沉降速率、总沉降量和地基平均固结度。表面沉降板的埋设:在埋设点地面挖50cm×50cm×3cm的土坑, 内铺50cm左右的黄砂, 整平压实;将沉降板平放在坑内, 保证板面水平, 并回填土整平压实;沉降板的金属测杆、套管和接驳的垂直偏差率应不大于1.5%, 金属测杆直径为4cm, 测杆应与底板焊接为一体;套管采用塑料管, 直径为10cm, 具有一定的强度和刚度。将套管垂直套进测杆标上;用水准仪连续数日观测杆的高程, 并确定初始高程。

观测要求:沉降观测要求按等级水准规定测量, 并定期校正基准点的高程, 在填土加荷期间每两天观测一次, 施工期每周观测两次。

2.2 水平位移观测

土体水平位移是控制场地填筑速率的重要参数。由于真空预压使场地中心形成负压区, 即相当于土体上施加了围压, 此时侧向位移表现为向场地中心移动的趋势, 有利于填土稳定。而在堆载预压加固填土时, 水平位移主要是作为控制加荷速率、保证堆载安全的控制指标。

测试要求:采用电阻应变式测斜仪伺服加速度式测斜仪进行测试;测试时保证测斜仪反转180°, 重新测试一遍, 以消除仪器的误差;测量稳定后测斜管的初始位置, 所测结果视为基准值记入测试记录表;观测频率视加固方案而定, 通常与表面沉降观测一致。

2.3 孔隙水压力观测

与位移资料相比, 实测孔隙水压力会更好的提供关于土体破坏情况的最早迹象。对于估计固结过程和确定填土施工速率来说, 测定孔隙水压力也是一种基本手段。了解抽填过程中土体内孔隙水压力的变化情况, 主要是用来控制填土速率, 判断土体的整体稳定性, 根据测出的孔隙水压力随时间的变化过程线, 反算土层的加固系数及不同时间的固结度, 进而推算土体加固强度的增长情况, 以确定下一级施加荷载的大小和时间, 最终判定土体加固效果和加固的终止时刻。

测试要求:用频率仪测试时必须等读数稳定后读取;待同一观测断面的全部孔压计埋设后, 所有孔压计的外引电缆应编好测点号码, 而后集中穿入硬塑料管埋入电缆沟。注意各点电缆线的保护将归拢成一束的电缆呈波浪型摆好, 铺上黄砂并用土填平, 测头统一放入观测箱, 在电缆沟旁应作好标记, 以防施工时截断电缆线。

2.4 分层沉降观测

分层沉降观测可以查明沉降发生的层位, 为地基处理提供科学的依据。分层沉降观测可以得到不同深度土层在加固过程中的沉降曲线, 了解各土层的压缩情况, 判断加固达到的有效深度及各深度土层的固结程度, 为计算沉降的研究及设计提供验证的资料。

测试要求:测试时必须定期测量管口高程, 以便修正读数;场地填土施工时应该注意保护。

2.5 真空度观测

膜下真空度的量测有助于了解真空压力随时间的变化情况, 得到真空荷载随时间的变化曲线;砂井中真空度的量测有助于了解真空度沿垂直排水通道中的传递规律及真空度的传递损失, 判断真空荷载在垂直方向上的分布情况、影响深度, 判断有效加固深度;淤泥中真空度的量测有助于了解在淤泥中真空度随时间的发展过程, 从而判断淤泥的加固效果和固结程度。

测试要求:真空度上升阶段, 每2小时观测一次;真空度达到设计要求值阶段, 每4小时观测一次;真空度出现波动时, 应仔细检查分析原因, 是否是连接处漏气或者密封膜破坏, 并应采取应对措施。

摘要：本文基于笔者多年从事堆载预压施工及监测的相关工作经验, 以真空联合堆载预压施工技术及监测方法为研究对象, 分析了其整个施工工艺流程和监测系统组成, 全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华, 相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。

关键词：真空联合,堆载预压法,施工工艺,监测

参考文献

[1]任世杰.塑料排水板处理软土路基施工技术[J].铁道建筑, 2005 (11) .

水土联合堆载预压技术 第7篇

1 工程概况及场地工程条件

1.1 工程概况

越南轨道项目是河内市城市轨道交通2号线, 线路经过河内市的栋多郡、青春郡及河东郡。线路全长13.069km, 全线均为高架线, 共设置12座车站, 平均站间距为1156m。全线设置车辆段一座, 位于河东火车站东南, 车辆段场地长约560m, 宽约320m, 包括停车列检库、月修库、职工食堂、维修中心等附属设施。

车辆段总面积为26.2hm2, 其中房屋建筑区面积约为4.32hm2, 目前考虑进行软土地基处理的区域总面积约为11.26hm2, 轨道道床区面积约8.28hm2;出入线路基面积约1.34hm2;试车线区面积约1.64hm2。

1.2 车辆段与综合基地场区地形地貌

车辆段地区域属于红河三角洲西北部, 主要为冲积平原地貌, 地势较为平坦, 地表主要分布水田及3～5条河涌, 场区地层主要有第四纪沉积层组成, 按照其沉积年代、成因类型, 地层自上而下依次为:人工填土 (Qml) 、太平组 (Q23tb) 、海坊组 (Q21-2hh) 、永福地层 (Q13bvp) 、河内地层 ( (Q11-3hn) 5个大层, 并按地层岩性及其物理力学性质进一步分为13个亚层。

2 设计方案选取

根据场地条件及地质情况, 我们拟选取袋装砂井超载预压和塑料排水板真空与堆载联合预压进行对比。

2.1 设计模型

不固定工期, 保证超载预压的最大可行性情况下, 与真空联合堆载预压法进行等效比较。

场地填土厚度为3.5m, 超载砂层部分为8t/m2 (即约4m厚) 分8级加载, 第1至第7级各级堆载高度为1.0m, 第8级堆载高度为0.5m, 各级堆载的施工时间为1个月, 各级堆载后的静载期为1个月。

2.2 稳定性计算

有效固结应力法计算:

计算依据:

滑动安全系数公式:

式中:F为抗剪稳定安全系数 (允许值F=1.2 0) ;

Si为地基土内 (AB弧) 第i个条块滑体的抗剪力 (kN) , 不考虑固结作用;

∆Si为考虑路基土在路堤填料的作用下固结, 强度提高的抗剪力 (kN) ;

Sj为地基土内 (BC弧) 第j个土条滑体的抗剪力 (kN) ;

αi为第i土条底部滑裂面中点处的切线与水平面的夹角 (度) ;

Ui为地基土的固结度, 包括竖向固结度及水平固结度;

ϕqi、cqi为当第i土条的滑裂面处于地基内 (AB弧段) 时, 分别为该土条滑裂面所在处地基土层的快剪 (直剪) 内摩擦角 (度) 及快剪 (直剪) 内聚力 (kPa) ;

ϕgi为当第i土条的滑裂面处于地基内 (AB弧段) 时, 为该土条滑裂面所在处地基土层的固结快剪 (直剪) 内摩擦角 (度) ;

Pj为当第j土条的滑裂面处于路堤材料内时, 若该土条滑裂面与设置的土工织物相交, 则jP为该层土工织物每延米宽 (顺路线方向) 的设计拉力 (kN) ;

PT为各土条在滑弧切线方向的下滑力总和 (kN) ;

Woi、Wli为当第i土条的滑裂面处于地基土内时, 分别为滑裂面以上该土条中的低级自重、路堤填料自重 (kN) ;

Li为当第i土条的滑裂面处滑弧长度 (m) ;

M抗为土体部分抗滑力;

M滑为土体部分下滑力。

2.3 固结度计算

固结度采用固结度微分方程数值解法计算方法:

式中:u为地基中任意点的超静水压力 (kP a) ;

t为时间 (s) ;

Z为地基中任意点到天然地面的高度 (m) ;

Cv为土的固结系数 (m2/s) ;

k为土的渗透系数 (m/s) ;

e1为渗流固结前土的孔隙比;

a为土的压缩系数 (1/kPa) ;

rw为水的重度, 取rw=10kN/m3。

根据差分法求解上述微分方程, 其边界条件为:

求解该微分方程, 即可得到任意点在任意时刻的超静水压力ut, 则该点的固结度为:

式中:u0为地基中任意点原始的超静水压力 (kPa) ;

ut为地基中任意点在任意时刻的超静水压力 (kPa) ;

Ut为地基中任意点在任意时刻的固结度。 (如图1)

2.4 计算结果分析

根据计算结果, 各级滑动安全系数≥1.2, 基本满足加载过程中的稳定性要求。但由于填土高度较大, 考虑到后期沉降引起的补充土方高度和天然地基土层的随机变化性, 不排除地基土层在加载过程中发生侧滑的可能性。袋装砂井超载预压方案的地基土层的固结度是随着每级加载逐渐提高的, 需要在超过10个月的施工及静载期后地表下15m深度范围内的软土地层固结度才能够达到>90%的标准, 当软土层厚度大于15m时则深部软土的固结时间将更长, 袋装砂井超载预压效果将难以保证。

3 试验方案

3.1 试验原因

轻轨工程车辆段占地26hm2, 地质复杂, 流塑状淤泥层厚为13m～16m, 渗透系数低, 选择袋装砂井超载预压或者塑料排水板真空与堆载联合预压要通过试验来确定。

3.2 试验根据

车辆段软土地基拟采用真空与堆载联合预压的加固方式进行地基处理, 加固面积达26hm2, 根据雇主和监理的要求要进行试验。

3.3 试验目的

(1) 验证设计参数。

(2) 确定施工工艺、方法。

(3) 选定合理的设备配置。

3.4 试验段概况

车辆段软基试验段按照对比试验进行, 我们选取100m×100m, 一万平米的等大小的四个区域进行对比, 分别选择袋装砂井超载预压和塑料排水板真空与堆载联合预压各两个区域, 共分为四个试验区, 面积4万平方米。一区及二区塑料排水板真空与堆载联合预压, 三区及四区为袋装砂井超载预压;一区插板间距1.0m, C型塑料排水板深度22m、二区插板间距1.2m, B型塑料排水板, 深度20m、三区袋装砂井间距1.0m, 深度22m、四区袋装砂井间距1.2m, 深度20m, 都是正三角形布置。

4 试验施工与监测

4.1 塑料排水板真空预压

4.1.1 场地回填

车辆段施工场地范围内全部为河塘, 首先进行场地回填, 以便场地条件能够满足机械进场、插打塑料排水板施工。

4.1.2 场地平整

场地回填完成后进行施工场地平整, 利用湿地推土机连续往返进行平整, 提高场地的承载力。

4.1.3 第一层砂垫层施工

根据真空预压施工工艺要求, 首先进行第一层砂垫层施工, 砂垫层厚度为20cm, 利用推土机进行砂垫层平整施工, 场地平整后即可进行插打塑料排水板施工。

4.1.4 插板施工

进行插打塑料排水板施工, 根据试验要求, 试验段插打塑料排水板长度为20m～22m, 1区塑料排水板间距为1.0m, 2区塑料排水板间距为1.2m, 按照正三角形布置。

4.1.5 铺设第二层砂垫层

第二层砂垫层施工, 砂垫层厚度为20cm, 将插打好的塑料排水板覆盖在砂垫层内, 抽真空时利用排水板的竖向排水效用, 把淤泥中的水通过排水板抽到砂垫层中, 通过埋在砂垫层中纵横交错的主、滤管利用真空泵将水抽到外面。

4.1.6 真空管网系统安装

真空预压系统主、滤管施工, 在铺设好的砂垫层上面按照设计好的主滤管施工布置图, 进行主滤管安装施工, 管网系统的主要作用是把砂垫层中的水排出。

4.1.7 密封墙施工

(1) 用密封墙代替密封沟的原因。

密封沟要求开挖至不透水不透气地层顶面以下0.5m, 如果该深度以下仍然存在透气透水性较好的地层, 则需要增设密封墙。根据地质勘察报告及现场的地质调查, 本工程中的透水透气性较好的浅层分布在泥炭质土层 (3) a (3) b层、粉土 (6) c层、粉细砂 (6) d层、粉土 (8) c层、细砂夹粘性土 (8) e层地层。所以根据地质勘察报告和场地地层分布特点, 本工程必须设置密封墙以确保处理时场地周界的密封性。

(2) 密封墙施工。

密封墙施工, 把真空预压每个区的四周均做成密封墙, 形成一个整体的密封系统, 密封墙采用搅拌桩机插打, 预先用膨润土造浆作为密封材料, 采用双排桩结构插打, 桩直径为0.4m, 桩与桩纵横搭接10cm, 每根桩长为21.0m。

4.1.8 密封膜、土工布施工

待主、滤管安装、砂垫层铺设和密封墙施工全部完成后, 首先进行第一层土工布铺设, 然后在铺设好的土工布上铺设两层密封膜, 密封膜四周埋入密封墙内, 然后在密封膜上再铺设一层土工布。土工布的主要作用是保护密封膜, 密封膜的主要作用是起到密封作用, 形成土体的真空条件。

4.1.9 监测设备

真空泵和各项监测设备安装, 密封膜铺设完成以后, 即可进行真空泵安装和真空表、沉降板等各项监测设备安装。

4.1.10 抽真空施工

正式进行抽真空, 待真空泵和各项监测设备安装完成后, 开始正式进行抽真空。

4.1.11 堆载施工

待抽真空稳定15天以后, 开始堆载, 堆载分层填筑, 第一层为了防止把真空膜给弄破了, 第一层可以厚一些, 一般不少于60cm, 第一层用轻型振动碾压, 以后每层按照规范分层填筑。

4.2 袋装砂井超载预压施工

4.2.1 场地回填

车辆段施工场地范围内全部为河塘首先进行场地回填, 以便场地条件能够满足机械进场、插打袋装砂井施工。

4.2.2 场地平整

场地回填完成后进行施工场地平整利用湿地推土机连续往返进行平整, 提高场地的承载力。

4.2.3 砂带插打施工

将制作好的砂带用机械打入软土层根据试验要求, 试验段砂带长度三区为22m, 间距为1.0m, 四区砂带长度为20m, 间距为1.2m, 按照正三角形布置。

4.2.4 铺设砂垫层

砂垫层施工, 砂垫层厚度为40cm, 将插打好的砂带覆盖在砂垫层内, 超载时利用砂带的竖向排水效用, 把淤泥中的水通过砂带排到砂垫层中, 通过埋在砂垫层横向排水通道排到外面。

4.2.5 超载土方填筑

铺设好砂垫层后进行超载土方填筑, 超载土方填筑要分层填筑, 填筑是要根据监测数据指导填筑, 当沉降位移每天超过2cm或者边桩位移超过5mm时停止填筑, 待沉降位移和边桩位移满足要求后再填筑。

4.3 施工监测

为了确定真空与堆载联合预压的适宜性, 在四个试验段分别进行表面沉降、分层沉降、孔隙水压力监测。具体现场监测方案如图2所示;并以已有沉降监测资料进行沉降预测, 对比两者的工后沉降差异。

4.3.1 四个区段沉降量对比

(如表1)

4.3.2 沉降曲线分析

(如图3-图6)

4.3.3 工后沉降分析

工后沉降在设计阶段根据室内试验资料进行计算, 但与实际常有不小的差异, 真正的工后沉降的确认, 还需要通过对已有的沉降随时间发展的过程线推测其工后沉降量, 本次研究采用有双曲线法。

一区、三区不同测点采用双曲线预测的沉降统计, 一区 (真空堆载与堆载联合预压) 的沉降量与三区 (袋装砂井超载预压) 的沉降量基本相当, 说明总的沉降量基本差不多;但从固结度来看, 达到相同固结度所需的时间一区明显少于三区的时间, 说明采用真空预压后, 在相同的时间段能有效地加快地基土体的固结速率。因此, 在车辆段这样工期比较紧的工点, 可以考虑采用真空与堆载预压的形式缩短地基的固结时间。

4.4 孔隙水压力分析

孔隙水压力消散过程就是软土固结过程, 对于一区而言, 真空度随着深度增加, 其负压值逐渐变小, 说明了真空在土体中传递过程存在一定阻力;在同一深度中, 在真空预压刚开始时, 负压产生的比较明显, 当上部进行堆载时, 其产生的超孔隙水压力抵消了一部分负压, 后期由于真空泵的一直工作, 其负压能始终保持其一恒定值;但总的压力值还在减小, 说明土体的孔隙水压力在逐渐消散, 土体的固结正在进行。

5 经济对比分析

5.1 工程数量对比

(如表2)

5.2 经济对比

(如表3)

6 试验总结

6.1 技术参数

(1) 加大塑料排水板长度能有效加大真空预压期的沉降量, 相同的固结时间中, 22m板长较20m板长的预压沉降量增长量达8.1%。

(2) 不同排水板间距产生的沉降差异在真空预压初期不十分明显, 而在真空联合堆载作用下固结3个月后, 排水板间距产生的沉降差异就比较显著;排水板间距为1.0m和1.2m的沉降差异达到了102mm, 而同期排水板间距为1.2m和1.0m间距的沉降差异仅为52mm;在工期和沉降要求比较严格的工程, 尽量采用1.0m间隔的塑料排水板进行软基处理。

(3) 从现场监测的沉降、孔压及地下水位的资料来看, 按照试验段的设计施工方案, 无论是真空预压还是袋装砂井超载预压在加固期都产生较大沉降量;但真空预在加固期的沉降量和沉降速率都较袋装砂井超载预压大, 说明塑料排水板真空与堆载联合预压处理车辆段软基是可行的, 并能节省大量时间成本和工程造价, 工后沉降明显好于袋装砂井超载预压。

6.2 经济比选

通过对袋装砂井超载预压和塑料排水板真空与堆载联合预压选用同等面积, 同等加固深度进行经济必选, 选择塑料排水板真空与堆载联合预压更能节省一些成本。

6.3 方案选取

选择塑料排水板真空与堆载联合预压, 间距为1.0m, 深度为20m, 塑料排水板型号为C型, 抽真空时间不少于4个月, 连续两周日均沉降量不大于2mm的方案就能满足设计和工期的要求。

7 结语

选择塑料排水板真空与堆载联合预压是经过多方面的考察、研究, 并进行试验比选总结出来的一种经济、合理的设计施工方案, 根据此方案加固效果好, 施工工期短, 经济及社会效益显著的特点, 是目前处理越南地区大面积、深厚软土地基最理想的设计施工方案。

摘要：越南城市轨道交通2号线车辆段项目地基属于深厚软土地基, 厚度达到13m～16m。论文中采用袋装砂井超载预压和塑料排水板真空与堆载联合预压的设计施工方法进行对比, 得出最经济、最合理的设计施工方案, 解决车辆段这种大面积, 深厚软土地基处理的难题, 有效的加快施工周期, 加快土体的固结速率, 减少后期的工后沉降。

关键词：软基处理,真空联合堆载预压,试验

参考文献

[1]张雅丽, 王志权.塑料排水板预压法加固软基效果分析[J].岩土力学, 2002, 23 (5) :654～657.

[2]马小锋.浅谈软土地基处理方法[J].山西建筑, 2008 (1) :121～122.

水土联合堆载预压技术 第8篇

真空预压联合堆载预压是在真空预压的基础上, 为满足某些工程使用荷载大、承载力高、工后沉降小等要求而发展的软基处理方法[1]。它兼具真空预压和堆载预压的双重效果, 具有工期短、成本低、工后沉降和不均匀沉降小等优点[2]。近年来, 真空预压联合堆载预压已在码头堆场、机场、发电厂、高速公路等诸多工程实践中得到了广泛应用, 取得了明显的经济和社会效益[3,4]。

本文依托某软基处理工程开展了真空预压联合堆载预压的现场试验研究, 在试验过程中监测了地表沉降和孔隙水压力的变化规律, 并通过对试验数据的分析, 推算了真空预压联合堆载预压下地基的最终沉降量。研究成果对类似工程的设计和施工具有借鉴价值。

1 现场试验方案

1. 1 工程地质条件

试验场地原始地貌为滨海滩涂, 由陆域向海域倾斜。地层自上而下分为五层, 即人工填土层 ( Q4ml) 、海积层 ( Q4m) 、冲洪积层 ( Q4al + pl) 、残积层 ( Q4el) 、混合花岗岩风化带 ( M3r) 。海积层淤泥呈饱和、流塑状态, 局部挤淤带顶部呈软塑 ~ 可塑状态, 为主要处理对象。各土层的基本物理力学参数如表1所示。

注: H 为土层平均厚度; w 为天然含水率; ρ 为天然密度; e0为天然孔隙比; Es为土体

1. 2 地基处理方案

软基处理后要求 工后沉降 小于20 cm, 地基承载 力大于120 k Pa。加固区大致呈矩形状, 长约185 m, 宽约100 m。场地整平后, 首先在地表铺设0. 5 m厚中粗砂垫层, 作为水平向排水体;接着打设塑料排水板, 塑料排水板采用SPB-IB型 ( 厚4. 5 mm, 宽100 mm) , 间距1. 0 m, 设计长度9 m ~ 13 m; 然后安装真空预压装置, 密封膜采用三层聚乙烯膜, 真空泵每1 000 m2布置一台, 在密封膜上铺设0. 5 m厚细砂作为密封保护层, 然后填黏土至高程为3. 5 m, 真空预压施加时, 要求预抽真空7 d ~ 10 d, 当膜下真空度维持在80 k Pa后开始计算真空预压时间, 要求连续抽真空时间为150 d; 最后, 进行堆载预压, 堆载体采用干重度不小于16. 5 k N / m3的黏土, 堆载高度为3. 7 m, 分两级加载, 第一级为2 m, 第二级为1. 7 m, 堆载的过程中进行逐层压实。加载历程如图1所示。为控制堆载速率, 要求场地沉降速率小于30 mm/d, 单级加载孔压系数B≤0. 6。真空卸载标准为连续5 d实测沉降速率不大于2 mm / d。

1. 3 现场监测方案

在试验过程中对加固区域膜下真空度、地表沉降、孔隙水压力进行了监测。监测点平面布置如图2所示。膜下真空度、浅层沉降板各布置12个测点, 孔压共布置4个测点。浅层沉降板布置在砂垫层与淤泥层的交界面, 以监测淤泥层顶面下总沉降量的变化情况; 孔压于每个测点布置3个探头, 分别位于淤泥层顶面下1. 0 m、淤泥层中部、淤泥层底面上1. 0 m处。

2 试验结果分析

2.1地表沉降量

各测点预压完成后地表沉降量监测结果如表2所示, 表中断面1 ~ 4如图2所示。由表可见, 场地最大沉降出现在场地中心 ( Zb-8) , 为1 360 mm; 对任意横断面, 中心沉降均大于边缘沉降, 各断面不均匀沉降最大值为123 mm, 均值为89 mm, 且两侧断面不均匀沉降较大。由此可见, 真空预压联合堆载预压作用下场地沉降仍呈现加固区中心大、四周小的锅底形态。

2. 2 超孔隙水压力

图3为Wb-1测点不同深度地基中超孔压历时曲线。从图中可以看出, 在真空荷载预压过程中超孔隙水压力均为负值, 且随着深度的增加超孔隙水压力的绝对值在减小, 表现出真空度随着深度的增加逐渐衰减。在堆载阶段, 在地基土中逐渐产生正的超孔隙水压力, 在第二次填土阶段 ( 由标高5. 5 m堆至7. 2 m) , 超孔隙水压力增长较快。虽然真空预压不需要考虑地基的稳定性问题, 但进行真空预压联合堆载预压时, 如果堆载速率过快, 仍需要对地基的稳定性进行验算。

2. 3 平均固结度推算

1 ) 固结理论推算的平均固结度。JTS 147—2—2009真空预压加固软土地基技术规程[5]中对分级加荷条件下地基在某时间的平均总应力固结度的计算采用改进太沙基法, 计算公式如下:

其中, Urz为地基在t时间的平均总应力固结度; n为加载级数; T0i为第i级荷载起始时间; Tfi为第i级荷载终止时间, 当计算加载期间的应力固结度时, Tfi应改为t; pi为第i级预压荷载, 当计算加载期间的应力固结度时pi应改为Δpi, Δpi为第i级预压荷载增量; Urz ( t - ( T0i+ Tfi) /2) 为瞬时加荷条件下第i级荷载在t - ( T0i+ Tfi) /2时间内的平均总应力固结度。

瞬时加荷条件下地基的平均固结度按下式计算:

其中, Uz为地基竖向平均应力固结度; Ur为地基径向平均应力固结度; Urz为地基平均总应力固结度; ch为地基水平向固结系数; cv为地基竖向固结系数; Fn为井径比因子; de为竖井有效排水直径; H为排水面至不透水面的垂直距离; t为固结时间。

根据固结试验结果及淤泥层相关物理力学指标, 采用上述方法计算了基于应力形式定义的场地平均固结度。预压完成时地基平均固结度达到了91. 3% 。

2) 以实测沉降推算的平均固结度。JTS 147—2—2009真空预压加固软土地基技术规程[5]中指出可根据实测沉降推算地基的应变固结度, 计算公式如下:

其中, Uε为地基应变固结度; st为t时间的实测沉降量; s∞为最终沉降量。

采用双曲线法推算地基最终沉降量, 计算公式如下:

其中, s0为满载开始时的实测沉降量; t为满载预压时间, 从满载时刻算起; α, β均为待定系数, 根据实测沉降资料确定。

选取场地中心沉降监测数据, 工程满载时间点为2011年12月16日, 即联合预压的第133天, s0= 1 246 mm, 依据上述方法可得, α = 0. 238, β = 0. 008, s∞= 1 371 mm, 工后沉降Δs = 1 371 -1 304 = 67 mm < 200 mm, 满足设计要求。根据式 ( 5 ) 可计算出卸载前, 地基平均固结度达到了95. 2% 。

采用基于应变形式和应力形式定义的场地平均固结度均在90% 以上, 表明真空预压联合堆载预压下地基土已完成了大部分的沉降, 明显地减少了工后沉降, 取得了满意的处理效果。

3 结语

1) 在真空预压联合堆载预压下, 地表沉降呈现出“中心大、周围小”的锅底状。

2) 真空度随深度的增加逐渐减小; 在堆载预压期间, 超孔隙水压力增长较快。在进行真空预压联合堆载预压时, 如果堆载速率过快, 仍需要考虑地基的稳定性问题。

3) 采用基于应变形式和应力形式定义的场地平均固结度均在90% 以上, 表明真空预压联合堆载预压下地基土已完成了大部分的沉降, 明显地减少了工后沉降, 取得了满意的处理效果。

参考文献

[1]叶观宝, 高彦斌.地基处理[M].第3版.北京:中国建筑工业出版社, 2009.

[2]彭劼, 刘汉龙, 陈永辉.真空—堆载联合预压法软基加固对周围环境的影响[J].岩土工程学报, 2002 (5) :656-659.

[3]吴跃东, 殷宗泽, 郭纪中.真空联合堆载预压法加固水工建筑物软基效果检验[J].岩土力学, 2007 (4) :738-742.

[4]童中, 汪建斌.软土路基真空联合堆载预压位移监测与分析[J].岩土力学, 2002 (5) :661-666.

水土联合堆载预压技术 第9篇

1 测试数据

该试验段填土高度约5.5m。4月26日开始抽真空, 真空荷载稳定在80k Pa后, 6月18日开始路基填筑, 到9月10日路基基床表层以下部分填筑结束, 堆载高5.2m, 堆载压力111k Pa。

到9月30日为止, 各测点实测沉降量见表1, 图1为沉降-荷载-时间关系曲线图。

表2列出了不同时段+343断面、+445断面中心处的加荷速率及沉降速率, 图2为加荷速率与沉降速率过程线。

2 测试数据分析

从表1和图1可以得出, 在抽真空初期, 沉降很快, +343断面平均沉降速率达25.2mm/d, 最大达54.5mm/d, +445断面平均沉降速率达13.2mm/d, 最大达51.4mm/d。随着时间的延长, 沉降速率逐渐变缓, 并随加荷速率的变化, 沉降速率出现波动。

从图1和图2可以得知:

1) 同一加固区内, +343断面沉降及沉降速率大约分别是+445断面沉降及沉降速率的两倍, 分析原因主要是两个断面的淤泥质黏土层厚度相差较大, +343断面17m厚左右, 而+445断面12m厚左右。

2) 图1在10d时, 沉降曲线出现拐点, 说明堆载瞬时, 地基竖向变形瞬间增大。这是因为真空预压作用在加固区内外形成了一个比较薄弱的过渡带, 堆载施加后, 横向的变形约束小于正常的堆载。

3) 填筑结束后, 沉降速率减小较快, 预压15d时, 两断面沉降速率分别为8.8mm/d、5.2mm/d, 预压30d时, 两断面沉降速率分别为5.7mm/d、3.1mm/d, 最小分别达到1.32mm/d、0.75mm/d, 基本趋于稳定。

3 结论

1) 地质情况和填筑速率直接影响到软基的沉降及其沉降速率。

2) 由于真空预压在堆载施加后, 横向的变形约束小于正常的堆载, 堆载瞬时, 地基竖向变形会瞬间增大。

3) 真空荷载稳定在80k Pa后, 填筑速率对沉降速率的影响很大。

4) 填筑结束后, 沉降速率减小较快, 预压30d时基本趋于稳定。

摘要：本文以湖南境内某高速公路高等级路堤试验段为依托, 对采用真空-堆载联合预压法处理软土路基时的地表沉降进行了测试及分析, 得出了地表沉降的变化规律, 以及真空荷载、地质情况和填筑速率对软土沉降及沉降率的影响规律, 以此对实际工程进行指导。

关键词：真空-堆载联合预压,地表沉降,测试分析

参考文献

[1]W.Kjellman.Consolidation of Clay Soil by means of Atmo spheric Pressure.Proc.Coference on Soil Stabilization, MIT, Boston, 1952.

[2]Arutiunian R.N.Vacuum—Accelerated stabilization of liq uefied soil in landside body.Proc.ofⅧECSMFE, 1983.