真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓處理軟土地基工法

真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓處理軟土地基工法1前言真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓是近幾年來(lái)在真空預(yù)壓與堆載預(yù)壓基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種軟土地基加固新技術(shù)，具有真空預(yù)壓和堆載預(yù)壓的雙重加固效果。目前該技術(shù)的應(yīng)用走在了理論研究的前面，實(shí)踐證明，其有許多優(yōu)點(diǎn)是其它地基固方法無(wú)法比擬的，但其設(shè)計(jì)方法、作用機(jī)理、施工工藝及質(zhì)量檢測(cè)尚處于探索階段，針對(duì)此，由鐵道部高速辦主持，我集團(tuán)公司承辦了真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓加固軟土地基試驗(yàn)研究，通過(guò)精心組織，科學(xué)施工，在實(shí)踐中不斷完善，提高，形成本工法。2工法特點(diǎn)2.1工期短與其它排水固結(jié)法及復(fù)合地基加固軟土地基相比，本工法所需工期較短，因在進(jìn)行抽真空的同時(shí)即可進(jìn)行上部路基的填筑，且卸除真空荷載也不占用路基填筑時(shí)間，只需預(yù)留足夠沉降量及路基寬度，就可使路堤按正常施工工序填到設(shè)計(jì)高度；2.2沉降速度快加固效果好因真空荷載使土體發(fā)生側(cè)向收縮變形，可在2~5天內(nèi)把真空度提升到80Kpa（相當(dāng)于4m左右土柱高），真空度經(jīng)豎向排水體傳遞，能瞬時(shí)在土體不同深度產(chǎn)生不同的孔隙水壓力，強(qiáng)制土體中的水排出，達(dá)到快速固結(jié)的效果。通過(guò)實(shí)踐可知，本工法加固軟土地基其沉降速率能達(dá)到1~5cm/d。2.3不會(huì)因填土速度快而使路基失穩(wěn)破壞真空荷載使土發(fā)生側(cè)向收縮變形，填土荷載使地基土發(fā)生側(cè)向擠出變形，兩者能相互抵消部分變形，加之真空荷載作用下孔壓消散快，強(qiáng)度增長(zhǎng)也快，承載力得到提高，通過(guò)實(shí)踐證明，在沉降速率大于10mm/d、位移超過(guò)5mm/d，繼續(xù)填筑速而路基不會(huì)失穩(wěn)，提高了填筑速率。2.4環(huán)境型工藝由真空壓力作為荷載，避免了超載用的土源、棄土場(chǎng)地以及運(yùn)輸過(guò)程中的環(huán)境污染。3適用范圍適用于地下水位高，含水量大、滲透系數(shù)小、靈敏度高、強(qiáng)度低的粘土。若在加固有效范圍內(nèi)有滲透系數(shù)大的砂層，必須進(jìn)行封堵才可采用本工法?？捎糜诟黝惞こ探ㄔO(shè)的軟基加固，尤其適用于鐵路、公路等本身就是堆載體的工程。4工藝原理真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓加固軟土地基屬于排水固結(jié)法，在荷載作用下土體中產(chǎn)生超孔隙水壓力，由于隨著時(shí)間的推移，不同位置的土體中將會(huì)有不同的孔隙水力，這將導(dǎo)致產(chǎn)生水力梯度，水在水力梯度作用下將會(huì)發(fā)生滲流。在真空堆載聯(lián)合預(yù)壓下，土體中孔隙水在水力梯度作用下，沿豎向排水體到達(dá)橫向排水體，在真空壓力作用下匯集到真空管網(wǎng)內(nèi)排走，孔隙水壓力減小，有效應(yīng)力增加，從而使土體發(fā)生固結(jié)。5工藝流程及操作要點(diǎn)5.1真空聯(lián)合堆載預(yù)壓施工工藝真空聯(lián)合堆載預(yù)壓加固軟基施工工藝主要包括豎向排水體打設(shè)、橫向排水體鋪筑、真空管網(wǎng)埋設(shè)、土工布和密封膜鋪設(shè)、密封溝開挖及回填、真空泵安裝、抽真空等工序。施工工藝流程圖見圖5.1。5.2施工準(zhǔn)備5.2.1物質(zhì)設(shè)備及人員施工前應(yīng)充分作好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，包括物資、材料、機(jī)械、儀器設(shè)備、引接供電線路及真空管網(wǎng)、密封膜等按照規(guī)定的材質(zhì)和尺寸要求，由指定專業(yè)廠家預(yù)制加工，現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收。施工技術(shù)人員等，并對(duì)施工人員進(jìn)行必要的崗前技術(shù)培訓(xùn)。5.2.2場(chǎng)地在正式進(jìn)行地基處理前，挖溝疏導(dǎo)施工范圍內(nèi)的地表水，清除場(chǎng)地內(nèi)地表耕植土以及樹木、樁橛、塊石、垃圾、建筑物基礎(chǔ)等，細(xì)粒土回填，做成4％的路。場(chǎng)地平整及灰土起拱層施工場(chǎng)地平整及灰土起拱層施工下層砂墊層施工(30cm)下層砂墊層施工(30cm)塑料排水板施工埋設(shè)測(cè)試元器件塑料排水板施工埋設(shè)測(cè)試元器件中層砂墊層施工(30cm)中層砂墊層施工(30cm)鋪設(shè)密封膜鋪設(shè)真空管網(wǎng)鋪下層土工布鋪設(shè)密封膜鋪設(shè)真空管網(wǎng)鋪下層土工布出膜裝置出膜裝置密封溝施工密封溝施工安裝抽真空設(shè)備安裝抽真空設(shè)備聯(lián)結(jié)主管與抽真空設(shè)備密封溝回填聯(lián)結(jié)主管與抽真空設(shè)備密封溝回填試抽真空試抽真空檢查密封性檢查密封性上層土工布及砂墊層施工上層土工布及砂墊層施工上部路堤填筑正式抽真空上部路堤填筑正式抽真空檢測(cè)開始密封溝復(fù)水檢測(cè)開始密封溝復(fù)水抽真空結(jié)束抽真空結(jié)束圖5.1真空聯(lián)合堆載預(yù)壓施工工藝流程圖5.3排水系統(tǒng)施工5.3.1水平排水系統(tǒng)(砂墊層)施工1測(cè)量放線：按試驗(yàn)段的幾何尺寸，由專業(yè)測(cè)量工程師用經(jīng)緯儀和水準(zhǔn)儀進(jìn)行填砂范圍的測(cè)放，沿加固區(qū)中軸方向每20米用木樁釘設(shè)標(biāo)志并標(biāo)示高程。2膜下砂層攤鋪：分兩層填筑，用推土機(jī)按一定方向?qū)⒍焉跋蚯捌酵?，結(jié)合人工將砂料攤鋪平整，最后人工修整作業(yè)面，并用輕型壓實(shí)機(jī)靜壓，使砂墊層平整度、鋪筑厚度、密實(shí)度均達(dá)到要求（下層30cm的砂墊層平整度可不作很高要求）。3膜上砂層攤鋪：分一~兩層填筑，膜上砂墊層中部設(shè)一層土工格珊，用機(jī)械倒運(yùn)，人工攤鋪，保證砂墊層施工的平整度。5.3.2豎向排水板施工塑料排水板的施工嚴(yán)格按照《塑料排水板施工規(guī)程》(JTJ/T256)的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。5.4抽真空系統(tǒng)及密封系統(tǒng)施工5.4.1埋設(shè)真空管當(dāng)?shù)诙由皦|層施工完畢后，即可布設(shè)真空管。進(jìn)行此道工序的同時(shí)，應(yīng)將露出砂墊層表面的塑料排水板埋入砂墊層中，并清除砂墊層表面的貝殼等尖利雜物。真空管網(wǎng)系統(tǒng)采用主管沿加固區(qū)環(huán)形布置，支濾管利用三通或四通接頭垂直主管向兩側(cè)伸出的形式，埋入砂層25cm深。具體平面布置見附圖1，剖面圖見附圖3。真空管埋設(shè)相片5.4.2鋪設(shè)第一層土工布根據(jù)場(chǎng)地情況，按一定方向?qū)⑼凉げ颊归_并鋪設(shè)平整。土工布采用手提縫紉機(jī)進(jìn)行縫接。鋪設(shè)范圍略大于加固區(qū)范圍。手提縫紉機(jī)進(jìn)行縫接鋪設(shè)第一層土工布5.4.3鋪設(shè)密封膜鋪膜前應(yīng)檢查土工布的平順性，然后將兩層真空膜依次鋪放覆蓋整個(gè)預(yù)壓區(qū)。5.4.4開挖及回填密封溝密封溝布置在加固區(qū)的周圍，在真空預(yù)壓施工中它主要起周邊密封的作用。密封溝采用挖土機(jī)開挖，人工配合方式，將膜體四周沿密封溝內(nèi)壁埋入密封溝底泥內(nèi)，用粘土回填密實(shí),并覆水。密封溝開挖深度視土層性質(zhì)而定，一般不小于1.5m。埋設(shè)密封膜5.4.5出膜連接與真空泵系統(tǒng)安裝真空主管通過(guò)出膜器與真空泵連接。出膜器的連接必須牢固，密封可靠。出膜連接真空泵系統(tǒng)安裝5.4.6試抽真空各項(xiàng)抽真空設(shè)備安置就位，進(jìn)行試抽，檢驗(yàn)機(jī)械性能及密封狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。檢查設(shè)備試抽真空5.4.7鋪設(shè)第二層土工布試抽真空正常后，在膜上鋪設(shè)第二層土工布，鋪設(shè)要求同第一層。5.5路堤填筑堆載真空度達(dá)到80Kpa并維持24了小時(shí)后，方可進(jìn)行上層的路堤填筑作業(yè)。5.5.1周邊密封膜的保護(hù)當(dāng)路堤填料為粗粒土?xí)r，為防止大粒徑顆粒滾落破壞周邊密封膜，需對(duì)其進(jìn)行防護(hù)。用粘土回填密封溝至原地面標(biāo)高，并采用沖擊夯夯實(shí)，然后用編織袋裝粘土碼砌于坡角處，做成一圍堰，在圍堰內(nèi)用砂回填密實(shí)。密封溝回填前先排盡積水。在碼砌時(shí)需掛線，保證邊坡線順直。其施工斷面圖如下：5.5.2填筑為了保護(hù)好土工膜及真空管，上第一層土?xí)r，選用顆粒最大粒徑不宜大于10cm的粗粒土，虛鋪厚度45cm，用YZ18先靜壓一遍，然后弱振兩遍，再以2km/h的時(shí)速?gòu)?qiáng)振四遍，靜壓收光一遍。當(dāng)?shù)谝粚域?yàn)收合格后，即可按正常的填筑工藝進(jìn)行施工。6材料所需材料及其性能要求表6材料及其性能要求材料名稱規(guī)格及性能要求砂中粗砂，滲透系數(shù)不小于10-2cm/s，含泥量小于3%塑料排水板板寬10cm，厚大于4.5cm，縱向通水量不小于45cm3/s密封膜膜厚0.14mm，斷裂伸長(zhǎng)率不小于200%濾管主管φ82mmPVC管濾管φ55mmPVC管,管上分布φ8mm濾水孔土工布針刺無(wú)紡?fù)凉げ?50g/m2吸水管鋼絲橡膠軟管7機(jī)具設(shè)備主要機(jī)械配備見表7。表7主要機(jī)械配備表序號(hào)設(shè)備名稱型號(hào)配備數(shù)量1推土機(jī)PD140S1臺(tái)2壓路機(jī)CD15D1臺(tái)3平地機(jī)GD705A-41臺(tái)4裝載機(jī)ZL501臺(tái)5排水板插板機(jī)靜壓式\振動(dòng)式1\1臺(tái)6真空泵7.5KW7臺(tái)7自卸汽車8T14臺(tái)8手扶式壓路機(jī)BS6001臺(tái)9挖掘機(jī)現(xiàn)代2101臺(tái)10發(fā)電機(jī)100KW1臺(tái)8勞動(dòng)力安排及安全8.1勞動(dòng)力安排表8.1勞動(dòng)力安排序號(hào)人員安排人數(shù)備注1總指揮1負(fù)責(zé)施工組織,協(xié)調(diào)指揮2技術(shù)負(fù)責(zé)人1現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)指導(dǎo)3測(cè)量工3測(cè)量放樣及監(jiān)測(cè)工作4領(lǐng)工員1落實(shí)各項(xiàng)施工安排,指揮機(jī)械施工5技術(shù)工人4負(fù)責(zé)密封及抽真空系統(tǒng)鋪設(shè)安裝6司機(jī)2持證上崗7電工1負(fù)責(zé)電路,發(fā)電機(jī)等工作8安全員1受過(guò)專業(yè)培訓(xùn),持證上崗9普工1~15受過(guò)一定培訓(xùn)8.2安全措施8.2.1論真執(zhí)行國(guó)家有關(guān)安全施工規(guī)定，嚴(yán)格執(zhí)行安全操作規(guī)程。加強(qiáng)對(duì)施工人員安全意識(shí)教育，樹立安全第一的思想，提倡文明施工；8.2.2建立施工現(xiàn)場(chǎng)安全組織，設(shè)置安全員，負(fù)責(zé)監(jiān)督各項(xiàng)安全規(guī)程和制度的執(zhí)行情況；8.2.3從施工方案設(shè)計(jì)和技術(shù)交底，充分體現(xiàn)和明確安全技術(shù)方面的內(nèi)容，重點(diǎn)在工序安全規(guī)程、操作工種等方面加大管理和業(yè)務(wù)培訓(xùn)力度；8.2.4加強(qiáng)對(duì)施工機(jī)具、電器設(shè)備、安全設(shè)施的檢查和維修；8.2.5對(duì)附近架空線、地下障礙物要做好改線、標(biāo)記或拆除工作，以免發(fā)生意外；8.2.6加強(qiáng)對(duì)運(yùn)輸車輛的管理，嚴(yán)禁酒后駕車；交通擁擠、城鎮(zhèn)地區(qū)、施工場(chǎng)地限速行駛。9質(zhì)量控制9.1真空濾管網(wǎng)質(zhì)量控制9.1.1材料性能要求：濾管材料選用加筋PVC塑料管，主管壁厚大于2.7mm，支濾管壁厚大于2.4mm，確保其能承受足夠的徑向壓力。濾管外包土工布濾膜，滲透系數(shù)要與塑料排水板的濾膜滲透系數(shù)相當(dāng)。9.1.2管網(wǎng)的埋設(shè)要求：主管與支濾管長(zhǎng)度和間距應(yīng)按規(guī)定布設(shè)，埋在砂墊層中，覆砂厚度不小于20cm。管網(wǎng)連接要牢固，濾水孔要通暢。7臺(tái)真空泵均勻布置在加固區(qū)一側(cè)，間距約為20m左右，支濾管間距約為5.5m。見附圖1。9.2密封系統(tǒng)質(zhì)量控制9.2.1密封膜材料質(zhì)量要求：使用密封性好、抗老化能力強(qiáng)、韌性好、抗穿刺能力強(qiáng)的專用真空膜，厚度為0.14mm，真空膜的材料參數(shù)符合材料檢測(cè)要求；9.2.2密封膜鋪設(shè)：密封膜分二層，按由下到上的順序依次鋪設(shè)，逐層檢查，確保膜無(wú)破損；9.2.3膜周邊密封控制：密封溝開挖必須符合蓋膜閉氣要求，并將膜邊沿密封溝內(nèi)壁插入軟土中，密封溝內(nèi)必須用粘土回填密實(shí)，并在溝內(nèi)覆水，以確保膜周邊的密封。為保護(hù)真空膜，在真空膜上下各鋪設(shè)一層土工布；見示意圖3.5.2：圖9.2.3真空膜周邊密封示意圖9.2.4土工布縫接必須保證搭接寬度不得少于30mm；9.2.5現(xiàn)場(chǎng)粘貼密封膜，應(yīng)保持粘結(jié)部位的清潔，上膠后要用力壓緊；剛粘接的部位不能馬上受力。搭接寬度不少于50mm；9.2.6分層沉降管從密封膜穿出時(shí)，在沉降管外套一段PVC管，PVC外管與已鋪設(shè)的薄膜平順粘接；為防止漏氣，在沉降管與PVC管之間設(shè)密封膠圈并用粘土回填；9.2.7排水管與真空泵的連接要保證其通水、通氣的要求。及時(shí)檢查真空泵運(yùn)轉(zhuǎn)情況；9.2.8電纜通過(guò)地帶開挖一條小溝使電纜線通過(guò)，并需作蛇形彎曲布設(shè)，預(yù)留變形長(zhǎng)度，為防止重物壓斷電纜，將若干電纜并成一股，加塑料套管保護(hù)。電纜線從密封溝底穿過(guò)時(shí)須分散通過(guò)，周圍用粘土保護(hù)，防止漏氣；9.2.9按要求在加固區(qū)內(nèi)設(shè)置真空度測(cè)頭，以檢測(cè)膜下、淤泥中及排水板內(nèi)不同深度處的真空度；9.2.10開始抽真空后，應(yīng)仔細(xì)查驗(yàn)封閉情況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決；9.2.11加固區(qū)四周會(huì)產(chǎn)生環(huán)向裂縫，可將淤泥漿灌入，將裂縫填實(shí)。10效益分析采用本工法施工，高效、經(jīng)濟(jì)，不但能確保加固質(zhì)量，且能縮短工期，節(jié)約投資。表10砂樁、插塑板、真空預(yù)壓直接費(fèi)造價(jià)指標(biāo)對(duì)比序號(hào)地基加固措施振動(dòng)砂樁沖擊砂樁靜壓插