动力固结法（精选十篇）
动力固结法 篇1
汕头市东部城市经济带市政基础设施建设项目试验段某区软基处理工程位于汕头市新溪片区, 地层分布有吹填砂、淤泥、淤泥质土、粘土、粉质粘土等, 地表以吹填砂为主, 吹填后地势平坦, 局部区域淤泥深度较深, 为有效消除软土的沉降变形, 提高地基承载力和稳定性, 本试验段采用超载真空预压动力排水固结联合法进行处理。
真空预压法是在软土地基上铺设密封膜使土体与大气隔绝, 安装真空射流泵抽真空, 使密封膜下土体和土体中的垂直排水通道内形成负压, 加速地下孔隙水排出, 从而加速土体固结的软土地基加固法。本法是在实施真空预压之后, 在上部进行回填土堆载、布设抽水井降水、强夯, 真空预压与上部动静载联合作用就形成了超载真空预压动力排水固结联合法。
1 地质条件
本试验段场地表面回填有1.0 m~2.3 m中粗砂, 插排水板前的地面标高为2.81 m~3.59 m, 平均3.03 m。处理路基两侧均为流塑状淤泥土。主要地层结构 (自上而下) 如下:
(1) 1回填中、粗、砾砂:饱和、松散, 以中粗砂为主, 人工回填形成, 透水性好, 层厚1.0 m~1.9 m, 平均厚1.64 m, 严重液化砂层。
(1) 2细砂:饱和、松散, 以细砂为主, 局部混少量淤泥及砾砂, 吹填形成, 透水性良好, 揭露厚度0.4 m~1.55 m。
(1) 4淤泥混砂:饱和、流塑, 以淤泥为主, 夹较多细砂团块, 局部为细砂混淤泥, 状态近流泥状, 吹填形成。全场地分布, 厚度3.8 m~8.9 m, 平均厚度5.78 m, 两端厚, 中间薄, 平均含水量60.6%, 为超高压缩性超软土。
(2) 1淤泥:饱和、流塑, 夹较多薄层细砂, 全段分布, 厚度1.1 m~7.1 m, 平均厚度3.53 m, 为中等灵敏度高压缩性软土。
(3) 1中粗砂:饱和、松散, 局部夹薄层淤泥。厚度0 m~2.2 m, 平均揭露厚度2.0 m, 中等液化砂层。
(3) 3细砂:饱和、松散, 含少量粘粒, 可见厚度2.3 m。中等~严重液化砂层。
(3) 5粘土~粉质粘土:饱和, 可塑~硬塑, 厚度1.1 m~2.6 m。
(4) 1淤泥~淤泥质土:饱和、流塑, 夹较多薄层细砂、粗砂, 全场地分布, 厚度1.1 m~2.9 m, 平均2.2 m, 为高压缩性软土。
以下为粘土~粉质粘土及中粗砂层, fak>140 k Pa。
2超载真空预压动力排水固结联合法软基处理方案
2.1施工工艺流程
超载真空预压动力排水固结联合法工艺流程为:平整场地, 插打排水板→打密封墙, 埋分层沉降环与孔隙水压力计, 铺水平排水管网→铺下层无纺土工布, 埋真空压力表, 铺真空膜, 安装真空排水系统→挖密封沟, 压密封真空膜, 埋侧向变形观测管→铺上层无纺土工布, 布设沉降观测标, 真空预压稳压, 各项观测→当真空预压开始后7 d, 在无纺土工布上回填0.8 m厚砂类土成联合预压→联合预压10 d后再回填0.55 m厚山皮土, 进行一遍普夯, 形成真空超载动力联合预压→沉降量达到平均0.95 m时, 停止抽真空, 布设抽水井, 平整场地, 测量标高, 静探自检→抽水井排水, 当砂垫层中的水基本抽干时进行动力固结, 继续各项观测→平整场地, 填山皮土满足标高, 振动碾压, 填塞水井, 测量标高, 静探自检→场地养护28 d, 试验质量检测。
2.2方案参数设计
1) 排水板:采用SPB-C型原生料排水板, 1 m×1 m正方形布设, 排水板长度为平均12 m, 排水板下端达 (2) 1层底板以上0.5 m, 不可插进 (3) 1砂层。
2) 水平排水砂垫层:采用人工回填中粗砂层, 厚度1.0 m~1.8 m, 水平排水管采用φ50 mm真空滤管, 按5 m×5 m网格布设于砂垫层内0.3 m~0.5 m深度, 排水主管采用φ75 mm真空滤管。
3) 真空泵:按每900 m2一台布设7.5 k W真空泵。
4) 真空膜:两层0.12 mm~0.14 mm强力真空膜, 外扩宽度9 m, 在生产厂内成型制作。
5) 土工布:下层200 g/m2无纺土工布, 上层为250 g/m2无纺土工布。
6) 密封沟:设于密封墙之外0.5 m~1.0 m, 深度达回填砂底以下不小于1 m。真空膜过沟外坡上不小于1.5 m宽, 沟底膜上填0.5 m粘性土。
7) 密封墙:紧贴预压边界布设, 宽度1.2 m, 深度达到 (1) 4层底板以下 (2) 1层内不小于2.0 m (因 (1) 4层部分含砂) , 采用泥浆搅拌成墙, 用双头搅拌机施工, 墙体厚度为1.2 m。
8) 真空预压停止标准为:总沉降达平均0.95 m (含真空堆载联合预压沉降+预压前插排水板后沉降量) , 或后10 d平均沉降速率不大于1 mm/d和平均固结度达79.0%。
9) 填土:在真空预压试压并压力稳定在80 k Pa后填0.8 m厚不含碎石的砂类土形成真空+填土堆载联合预压, 10 d后再回填0.55 m厚山皮土 (可含少量粒径不大于20 cm碎石) , 总填土厚度为1.35 m。
10) 动力固结:在第二次回填0.55 m山皮土后, 进行一遍普夯, 在停止抽真空并平整场地、测量标高、静力触探自检、埋设排水井后进行强夯点夯和满夯。
2.3地表沉降监测
在本试验区内设6个地表沉降观测点, 以25 m间距平行路基宽度各区布2条观测线, 观测线以20 m等间距布3个沉降标。沉降观测均自真空预压试压开始, 动力固结完成后14 d停止。观测时间为真空预压、真空堆载联合预压期每天一次, 之后每两天一次。并及时绘制s—t曲线, 曲线应标明各工序进行的时间。沉降标应稳固贴于真空膜或上层土工布之上, 严防观测过程中破坏, 破坏后应立即增补以保持连续观测。
3试验段交工监测结果
经监测, 交工面地基承载力为132 k Pa, 满足设计不小于120 k Pa要求, 填土压实度 (重型击实) 满足《公路路基设计规范》要求, 表层沉降监测到累计沉降最大值为567 mm, 为5号沉降观测点, 5号和2号观测点沉降差异最大为127 mm;工后平均沉降24 mm, 最大沉降差异55 mm。目前沉降速率12 mm/月。
4 结语
超载真空预压动力排水固结联合法综合应用了真空预压、超载预压、管井降水及强夯共同处理软基的优势。对堆载土进行强夯, 增大了地基土体内的附加应力, 布设抽水井降水, 加快了地下水排出速率, 通过这种动静荷载的联合作用, 使地基土能够加速固结从而缩短工期, 并能有效减少地基工后沉降。此法尤其对处理深度较深的欠固结土特别有效。
摘要：结合汕头市东部城市经济带市政基础设施建设项目试验段某区软基处理工程实例, 介绍了超载真空预压动力排水固结联合法, 通过检测结果表明, 采用超载真空预压动力排水固结联合法能够有效加速软土固结, 减少软土工后沉降。
关键词：超载真空预压动力排水固结联合法,软土地基处理,沉降
参考文献
[1]龚晓南.地基处理手册[M].第3版.北京:中国建筑出版社, 2008.
[2]吕玉梅, 杨仲元, 王东杰, 等.软土地基处理技术[M].北京:中国电力出版社, 2009.
[3]陈杆义.公路工程中软土地基处理[J].黑龙江交通科技, 1999 (6) :79-80.
[4]董志良, 胡利文, 张功新.真空及真空联合堆载预压法加固地基的机理与理论研究[J].水运工程, 2005 (9) :83-91.
[5]石洋海, 魏丽敏, 任进杰.真空堆载联合预压加固效果分析[J].公路交通科技, 2007 (7) :87-89.
[6]朱定.对于真空联合堆载预压路基沉降预测方法的探讨[J].公路工程, 2008, 33 (4) :145-147.
动力固结法 篇2
浅析某高速公路排水固结法处理软土路基
公路施工的质量好坏直接影响到公路的质量和寿命.本文结合笔者工作实例,探讨了排水固结法在公路软土路基中的应用及其相关加固原理.
作 者：刘加林 作者单位：佛山市公路工程质理监理检测所,广东,佛山,528000刊 名：中国科技纵横英文刊名：CHINA SCIENCE & TECHNOLOGY PANORAMA MAGAZINE年，卷(期)：“”(14)分类号：U4关键词：高速公路 软土地基 排水固结法 预压荷载施工
动力固结法 篇3
关键词软基处理;动力排水固结;强夯施工
中图分类号U416.1文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)022-0094-01
1工程概况
湖北省某道路工程第二合同段,路基原地面大部分为饱和软土,需对其进行加固处理。根据本工程钻探资料,其场区地层主要由人工填土、第四系冲积层、残积层及白垩系基岩组成,现自上而下分别进行描述:
1)人工填土层:主要为冲填土,冲填土主要由中、细砂冲填而成,结构松散。
2)第四系冲积土层:主要由淤泥、粉质粘土及砂组成,地层多呈交错、互层状分布。
3)残积土层:主要為泥质粉砂岩风化残积而成的粉质粘土,红褐、褐红色为主,局部夹灰黄色、灰色,可塑～硬塑,局部坚硬,局部含较多砂,夹粉土。
4)白垩系沉积岩层:该层岩性主要为泥质粉砂岩。
场地地下水主要为第四系孔隙微承压水及深部基岩裂隙水,静止水位埋深为0.60-2.00m,部分区域地面有积水。因此,为了保证道路施工质量并按期完成,软土路基加固处理是本工程须首先解决的关键问题。
2可适用的几种地基处理方案介绍与比较
软土地基处理的方法有很多,常用的有强夯法,堆载预压法等。结合本道路工程的特点,可采用的方法有动力排水固结法,堆载预压固结法,真空预压固结法,干振碎石桩法等[1],下面分别对其特点进行比较研究。
2.1动力排水固结法
动力排水固结法是强夯法和排水固结法联合处理地基的一种方法,该方法通过在软弱地基中设置一套适应软粘土动力固结加固的有效排水系统,采用适应软粘土地基的“先轻后重,逐层加固”的夯击方式,确立以不破坏土体宏观结构为原则的收锤标准,能够有效抑制孔压上升,加速孔压消散,增强强夯效果,降低能耗。
首先在场地设置竖向塑料排水板,横向排水体(砂垫层),并填筑厚度约2.0m的土层作为工作垫层,然后将夯锤吊高至一定高度自由落下,给地基施加动荷载,加速地基的排水固结过程,提高地基的承载力、降低地基土的压缩性、消除或减轻地基的液化可能性、减小工后沉降量。
一般经动力排水固结法处理后三个月地基的固结度可达到90%左右,本场地地基土预计总沉降量为0.8m左右,地基承载力提高一倍以上,可以满足使用要求。由于在强夯过程中加快软土和其下砂土的固结过程,加大了砂土,粉土等的密实度,可消除地基的液化。
2.2堆载预压固结法
本工程已先期吹填砂达1.5m厚度,采用堆载预压固结法时,需首先设置塑料排水板,铺上土工编织布,设置横向排水体,然后进行填土,高度为2-3m,即对地基施加预压荷载,加速地基的排水固结过程,以达到提高地基承载力、降低地基土的压缩性、减小地基的液化可能性、减小施工后沉降量的目的。
采用塑料排水板,进入透水性较好的砂层1m,长约12m,间距1×1m,梅花型布置。一般经堆载预压固结处理后12个月地基的固结度可达90%左右,能满足工后沉降要求。
2.3真空预压固结法
先在场地敷设塑料密封膜,然后借助真空装置,在将密封膜下砂垫层和软土中的水、气抽出,从而在土中形成真空负压和水头差。在水头差的作用下,土体中的孔隙水不断由竖向排水通道和水平向排水体排出。膜下真空度可达到50kPa以上,相当于约3.5m填土高的荷载。再结合场地本身的填土共同作用,达到加快排水固结、提高地基土强度、减小工后沉降量、缩短工期的目的。由于真空的负压作用,地基土发生等向固结,真空预压过程中不产生剪应力增量,不存在失稳的可能性,还限制了土体的侧向变形,减少了填方量。
一般经真空预压固结处理后6个月地基的固结度可达90%左右,可满足工后沉降要求。
2.4干振碎石桩法
干振碎石桩法是采用振动沉管桩机成孔、向管内灌注碎石、振动拔管并振密碎石桩体、挤密周围土体的地基处理方法。干振碎石桩法既具有排水固结、挤密周围土体、振密挤密砂层及消除砂土液化的作用,又具有复合地基的作用。其加固效果优于动力排水固结法、真空预压固结法,且施工工期短,无污染,但造价稍高。
2.5方案选择与优化
地基处理的效果能否达到预期的目的,首先取决于地基处理方案选择是否得当,各种加固参数设计是否合理。地基处理方法虽然很多,但都有其各自的适用范围和优缺点。此外,由于具体工程条件和要求各不相同,地质条件和环境条件也不相同,施工机械设备、所需的材料也会因提供部门的不同而产生很大差异,施工队伍的技术素质状况、施工技术条件和经济指标比较结果都会对地基处理方式的选择和最终效果产生很大的影响。
从工期、估算投资、达到预期效果等方面综合考虑并优化后,本工程可供选用的地基处理方案特点如下表1所示。
通过对上述方案的比较,动力排水固结法施工工期短,造价相对较低,既可以加快软弱地基的排水固结,提高地基承载力,又可以消除地基液化,因此优先采用动力排水固结法进行本工程的路基加固处理。
3 施工工艺
1)强夯前先行施工塑料排水板,排水板长度为12m,采用B型塑料排水板,按等边三角形布置,间距为1.0×1.0m。
2)为了及时将施工过程中产生的地表水及高压孔隙水抽走,应在各区周边设置排水沟,排水沟深度低于起夯面不小于1.5m,每隔20m设集水井进行抽水。
3)强夯机械选用起吊能力为50吨的履带式起重机,吊钩为自动复位式脱钩器。夯锤重13-15吨,锤体为圆形,设垂直透气孔。由于本场地表层土较软弱,为避免出现“丢锤”事故,施工时采用“分区处理,少击多遍、双向排水”的方式进行夯击,先点夯三遍最后满夯一遍。并按以下步骤进行:
4)强夯夯点按5.0×5.0 m方形布置,隔点夯击。点夯三遍,单点夯击击数6击,夯击能依次加大,夯击能分别为900kNm、1000kNm、1200kNm,每遍夯击的收锤标准以6击总沉降量不大于1300mm为准;最后满夯一遍,低能量,夯击能为900kNm,挨点梅花形夯打锤印搭接1/3,挨点以夯锤直径为准,不得以扩孔边为准,夯后原地整平。
4 强夯施工注意事项
1)强夯施工前,应查明场地范围内的地下构筑物和各种地下管线的位置及标高等,并采取必要的措施,以免因强夯施工而造成损坏。
2)当强夯施工所产生的振动可能对邻近建筑物或设备产生有害的影响时,应采取防振或隔振措施。
3)强夯施工前,组装起吊设备及辅助门式框架时,应特别注意起立机器的自身稳定性。
4)注意观察夯锤上的通气孔,如遇堵塞,应立即开通。
5)夯时如表土过干应采取加水等相应措施,增加含水量以保证夯击质量。
6)强夯时可能会有土块、石子等飞击,现场人员必须戴安全帽。
5 结语
从动力排水固结法施工后的场地沉降观测结果来看,在施工质量上,本工程场地的软基处理路段施工均达到了规范要求,也完全能满足道路正常使用要求。同时,该方案施工工期短,造价相对较低,地基承载力提高显著。采用动力排水固结法施工工艺对本路基进行加固处理施工,达到了预期的加固效果和可观的经济效益。
参考文献
[1]龚智辉.采空区软土地基及一般软土地基施工处理浅析[J].湖南交通科技,2002,12.
[2]张春刚.软土地基施工工艺及质量控制[J].北方交通,2007,6.
动力固结法 篇4
在我国沿海地区分布着大量的软土地基,由于含水量大、压缩性高、透水性差和强度低等特点,地基设计时往往达不到预期的要求,从而严重影响沿海地区的工程建设。填海造地是加大沿海地区土地资源利用的一个有效可行的措施,而在填海软基地区进行建设的首要任务是:对软土地基进行加固处理,确保其满足地基设计要求。在软土地基加固处理中,固结沉降问题是影响整个加固效果的主要控制指标之一。管井降水预压联合“轻夯多遍”软土地基处理方法通过青岛港前湾港四期工程1号~4号泊位地基处理试验验证,为较理想的软土地基加固方法[1],此后该方法在江苏南通中远船坞工程等多个工程中软土地基加固处理中得到了良好的应用和推广。本文应用Plaxis有限元软件,对青岛港前湾港四期工程1号~4号泊位管井降水预压联合“轻夯多遍”软土地基加固处理进行动力固结沉降数值模拟,并将得出的有限元数值模拟结果与施工现场的实际观测数据进行对比分析,从而在理论上证实管井降水预压联合“轻夯多遍”软土地基加固处理方法的可行性。
1 Plaxis程序简介[2,3,4]
Plaxis软件是为在低地软土河堤上进行建造而开发的二维有限元分析程序,现已被广泛应用于岩土工程领域,成为一种功能强大的专门针对岩土工程中变形与稳定计算的有限元分析软件。
2 有限元分析特征模型———Mohr-Coulomb模型及基本参数
2.1 Mohr-Coulomb模型
本文分析土体变形时,对地基土采用的是摩尔—库仑模型。摩尔—库仑模型属于弹性—理想塑性模型,塑性也就是所说的不可逆应变。
2.2 Mohr-Coulomb模型的基本参数
Mohr-Coulomb模型需要的杨氏模量(E)、泊桑比(v)、内聚力(c)、内摩擦角(φ)、剪胀角(ψ)五个参数,是绝大多数岩土工程师所熟悉的,这些参数可以从土样的基本试验中得到。
3 数值模拟
本次模拟采用二维有限元分析模型,地基土都采用摩尔—库仑模型。
3.1 模型的建立
3.1.1 试验工点地质概况
根据青岛港前湾港四期工程软土地基的勘察情况,上覆第四系更新统粉质粘土,表层为素填土,其下为粉质粘土,具体情况如下:
1)表层为填土层,以风化砂为主,混粘性土,厚度2.5 m~7.3 m;
2)淤泥粉质粘土,厚度2.35 m~5.1 m;
3)细砂,厚度0.3 m~0.6 m;
4)粘土,厚度0.4 m~0.6 m;
5)粉质粘土,厚度2.15 m~3.00 m。
3.1.2 模型
有限元模型如图1所示,采用二维固结沉降分析的模型,为了避免边界的影响,适当反映土层的各种变形机理,根据地质条件,地层分别为填土层、淤泥粉质粘土层、细砂层、粘土层和粉质粘土层,层厚分别为5 m,4 m,1 m,1 m,3 m,地基模型在水平方向上拓展到9 m,荷载宽度为1 m,各土层参数如表1所示,鉴于几何模型的对称性,分析时只考虑其中的一半(右边)。
3.2 网格划分
Plaxis软件提供了6节点和15节点单元两种。本文分析中采用15节点,利用Plaxis软件自动划分网格单元。网格划分见图2。
3.3 加载
根据文献[1]中管井降水联合“轻夯多遍”软土地基处理试验参数,第一遍夯击能800 k N·m,2击,简化为瞬时受力荷载为100 k N/m,第二遍、第三遍夯击能3 000 k N·m,均为6击,简化为瞬时受力荷载为375 k N/m,第四遍夯击能1 000 k N·m,3击,简化为瞬时受力荷载为125 k N/m来模拟夯击过程。
3.4 生成初始条件
计算前必须设定初始条件,包括地下水条件和初始应力状态。图3为Plaxis计算输出的该场地软土地基孔隙水压力的矢量图。其中线的长度表示主应力的相对大小,而线的方向代表主应力的方向。
由图3可知,由于该场地软基富含充裕的地下水,使得孔隙水压力较大,且孔隙水压力随着深度的增大而增大,但场地表面的孔隙水压力已完全消散,这与现场施工情况是一致的。此外,由于与软基的深度、自重有较大关系,使得主应力在最底部时为最大。
4 数值模拟过程及结果分析
4.1 数值模拟
采用Plaxis软件对上述建立的模型进行动力夯击模拟,得出数值模拟动力夯击排水固结所得的竖向位移分布见图4~图7,最终沉降见图8。
4.2 结果分析
为便于分析,将模型计算中所得的正中测点值与实际对应点实测结果进行了对比,结果如表2,图9所示。
mm
由表2,图9可以看到,实测结果比模拟计算结果稍大了一些,这与模型建立时的必要简化有关,忽略了管井降水的作用,且在模拟计算时未考虑实际的复杂条件,尽管有一些误差,但这与岩土工程的复杂性相比,是可以接受的,说明应用有限元软件模拟在固结排水条件下的动力夯击固结沉降和实际基本符合,证实了管井降水联合“轻夯多遍”软土地基加固处理方法无论是在理论上还是实际中均具有较为理想的加固效果。
5 结语
本文结合青岛港前湾港四期工程1号~4号泊位管井降水预压联合“轻夯多遍”软土地基加固处理工程实例,在动力固结基本理论方程的基础上,应用有限元进行了动力夯击固结沉降数值模拟,通过分析数值模拟结果,以及对数值模拟结果与施工现场实际监测对比分析,可得出以下结论:
1)由数值模拟结果可知,夯锤夯击后土体的竖向沉降随夯击次数的增加呈线性增加,说明夯击加固的效果较好;2)数值模拟结果表明,竖直方向上土体产生较大的位移,从而使土体得到固结压密,达到增加土体强度的目的,从夯击变形网格划分图可以看出,在进行竖向夯击时,由于瞬时夯击,产生的能量较大,使得夯锤周围土体产生挤压,并出现轻微的隆起现象。因此,在第四遍时进行锤印搭接夯击是十分必要的;3)模拟的结果与实际的监测结果较为接近,验证了管井降水联合“轻夯多遍”加固填海软基的处理方法在理论上、实际中均具有较为理想的加固效果。
参考文献
[1]刘宝臣,谢艳华,张炳晖,等.管井降水预压联合“轻夯多遍”软土地基处理试验[J].建筑结构,2011,41(1):118-121.
[2]赵少伟,王丙兴.Plaxis在高速公路软基变形研究中的应用[J].路基工程,2008(4):20-22.
[3]Sandhu R S&Wilson E L.Finite Element Analysis of Seepage in Elastic Media[J].Journal of Engineering Mechanics Divi-sion,ASCE,Vi1.95,1969.
动力固结法 篇5
公路工程是关系到国民经济增长的重要工程，随着我国公路事业发展建设要求的不断地提高，水排水固结法作为公路工程软基处理的重要方式之一，其施工工艺选择的科学性、合理性将直接关系着整个工程的质量，关系到人们的生命安全。本文主要对公路工程软土路基处理中排水固结法的原理、软基病害特点及施工工艺进行了分析与探究。
一、排水固结法原理
排水固结法是对天然地基，或先在地基中设置砂井（袋装砂井或塑料排水带）等竖向排水体，然后利用建筑物本身重量分级逐渐加载;或在建筑物建造前在场地上先行加载预压，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。
排水固结的原理是地基在荷载作用下，通过布置竖向排水井（砂井或塑料排水袋等），使土中的孔隙水被慢慢排出，孔隙比减小，地基发生固结变形，地基土的强度逐渐增长。
排水固结法主要用于解决地基的沉降和稳定问题。为了加速固结，最有效的办法就是在天然土层中增加排水途径，缩短排水距离，设置竖向排水井（砂井或塑料排水袋），以加速地基的固结，缩短预压工程的预压期，使其在短时期内达到较好的固结效果，使沉降提前完成;并加速地基土抗剪强度的增长，使地基承载力提高的速率始终大于施工荷载增长的速率，以保证地基的稳定性。
二、公路工程软基排水固结法的应用
1、堆载预压法
在建筑场地临时堆填土石等，对地基进行加载预压，使地基沉降能够提前完成，并通过地基土固结提高地基承载力，然后卸去预压荷载建造建筑物，以消除建筑物基础的部分均匀沉降，这种方法就成为堆载预压法。一般情况是预压荷载与建筑物荷载相等，但有时为了减少再次固结产生的障碍，预压荷载也可大于建筑物荷载，一般预压荷载的大小约为建筑物荷载的1.3倍，特殊情况则可根据工程具体要求来确定。为了加速堆载预压地基固结速度，常与砂井法同时使用，称为砂井堆载预压法。沙井法适用于渗透性较差的软弱粘性土，对于渗透性良好的砂土和粉土，无需用砂井排水固结处理地基;含水平夹砂或粉砂层的饱和软土，水平向透水性良好，不用砂井处理地基也可获得良好的固结效果。
2、真空预压法
真空预压指的是砂井真空预压。即在粘土层上铺设砂垫层，然后用薄膜密封砂垫层，用真空泵对砂垫及砂井进行抽气，使地下水位降低，同时在地下水位作用下加速地基固结。亦即真空预压是在总压力不变的条件下，使孔隙水压力减小、有效应力增加而使土体压缩和强度增长。
3、降水预压法
即用水泵抽出地基地下水来降低地下水位，减少孔隙水压力，使有效应力增大，促进地基加固。降水预压法特别适用于饱和粉土及饱和细砂地基。
4、电渗排水法
即通过电渗作用可逐渐排出土中水。在土中插入金属电极并通以直流电，由于直流电场作用，土中的水从阳极流向阴极，然后将水从阴极排除，而不让水在阳极附近补充，借助电渗作用可逐渐排除土中水。在工程上常利用它降低粘性土中的含水量或降低地下水位来提高地基承载力或边坡的稳定性。
三、公路工程软基处理中排水固结法的施工工艺
1、砂垫层施工
砂垫层的功能就是在预压施工中，从土体进入垫层的渗透水快速排出，达到土层固结的作用。砂垫层质量将对加固效果与预压时间起到决定性的作用。选用级配相应的中粗砂，作为砂垫层材料，可确保砂垫层具有良好的渗透性。在施工应用中，应确保其含泥量在5%以下，不能混入杂质与有机质。在确定砂垫层厚度时，应及时排出土层内的渗透水，一般控制在30厘米到50厘米之间，可以起到持力层的作用。
当地基表层厚度符合施工要求后，其承载力将大大提升，在运输机械行驶过程中，通常选用机械分堆摊铺法进行施工，也就是先进行多个干砂堆的铺设，再通过机械或人工的方式进行铺平。当其承载力较低时，可以选用顺序推进摊铺法进行施工。
2、袋装砂井施工
砂井（直径30到50厘米）、袋装砂井（7到12厘米）及塑料排水板是构成竖向排水体的主要组成部分。因袋装砂井具有较小的断面，体积较小，施工方便及成本低等优势，在公路工程软土路基处理中得到了广泛地应用。依据排水要求，应确保袋装砂井编织袋具有不错的透水性，避免漏失袋内砂。在袋装砂井材料选用中，应确保袋子具有较高的抗拉强度，通常情况下，其纵向抗拉强度在18.KN/M的范围内，抗拉纵向延伸率必须控制在17.6%左右，确保其能够对袋内砂的重量与弯曲出现的拉力进行最大限度地承受，同时具备良好的抗老化能力与抗腐蚀能力。现阶段，应用最多的就是聚丙烯编织袋。相比砂的渗透系数，这种袋子的渗透系数要高出一些。在袋装砂井施工中，一般选用中、粗砂作为施工材料，这种材料具有较高渗水率，粒径在0.5毫米以上的砂总量必须超过材料的一般，同时应严格控制其含泥量，一般在3%以下。其施工工艺如下所述：
（1）场地清理及放样
在公路工程软基排水固结技术施工中应及时平整与清理施工场地。将地面积水在施工前期及时排出，同时应进行路面硬化处理，并确保工程便道的畅通性。在确定施工位置时，应严格遵循相关设计规定进行，确保其偏差在2厘米以下。应准确测量与记录场地高程，并遵循图纸要求利用全站仪进行准确放样测量，同时施工人员必须定期进行复核。
在基底回填中，先沿坡脚线向外侧筑草袋围堰，台阶开挖施工应在陡于1：5的基面横坡部分路段进行，一般在1米到2米之间进行台阶宽度的控制，台阶顶面在进行反向横坡设置时，应确保其坡度为2%到4%之间。在清理与回填基底时，应在基面进行0.3%坡度的留设，这样可以为基面或砂垫层排水提供方便。
（2）砂井就位与压管
完成基底作业后，可以进行砂井机与套管就位。就位砂井机后，应确保导轨、套管管身与地面呈垂直状态，并与桩位对准，垂直度误差在1.5%的合理范围内进行有效控制，并遵循相应长度在套管上将标尺位置划出，进而达到砂井入土深度有效控制的目的。不能出现弯曲套管、内壁不光滑、毛刺等现象，8厘米到10厘米作为管径控制的合理范围。完成砂井机就位工作后，应及时将砂井机压力装置与激振器启动，慢慢将套管振动压入软土内，确保压力的均匀性。压管作业必须不间断向下压，不能出现起管在压入等现象。当压管与风化岩层接近时，要对套管下沉速度加以重视，如下沉速度逐渐变慢后，必须准确计量套管入土的长度，保证风化岩层内套管长度在50厘米以上。
（3）填砂袋
利用入口滾轮砂袋快速平稳地向套管口边送入，同时将袋尾拉起，并通过激振器将套管提升，当高度升至0.5米时，将砂袋放开，向孔底进行放置。在套管内放置砂袋时，应避免砂袋扭结、缩颈等情况的出现。拔管施工中应确保砂袋不被带出或砂袋不出现破损情况。当出现问题后，应对其原因进行认真分析，必须及时清理拔管带出的土，已经形成的砂浆口必须确保其能够与砂垫层相互贯通，施工过程中要真实记录每根砂井的灌砂量。
（4）成井检查与补砂
成井质量检测应在砂井施工结束后立即进行，其平面位置、间距及孔径必须与以下要求相符合：首先，平面位置误差控制在10厘米以下，间距误差控制在-5厘米到+5厘米之间，孔径误差必须控制在1厘米以下，抽查频率必须大于2%。其次，已施打的砂井必须向袋内及时补砂，平均一周补2次。
四、公路工程软基施工排水固结法的质量控制
1、软基地基承载力低，采用堆载预压时，为避免免地基因发生塑性变形而失稳，需要控制加载速度和进行分级加载，使其与地基土的强度增长速度相适应。每级预压荷载不应超过前期荷载作用下地基强度增加后的承载力。
2、软土的强度的提高是在各级荷载预压过程中逐步提高的，每级荷载量要与相应地基强度对应，因此在填土中应控制加载速率，使路路基土强度提供与外加荷载相适应，否则会使土体破坏，强度反而降低。当发现地基有超过加载控制标准的异常表现时，要及时采取措施，如暂停加载或卸载。
五、结束语
公路工程排水固结法处理软土地基 篇6
公路工程排水固结法是目前公路地基处理中主要常用的软基处理方法之一。简单的说排水固结法实质上就是要尽量将三相体中的水分及气体排除从而增加其强度提高其承载力。如何实现排除气体及水分这个目标是排水固结法要解决的问题。
1 公路工程排水固结法的阐述、组成、分类
排水固结法是利用天然地基土层本身的透水性或设置在地基中的竖向排水体, 通过预先在地表进行加载预压或利用构造物自身重量使土体中孔隙水逐渐排除、土体逐渐固结, 地基土逐渐压缩, 强度逐步提高的方法。或者利用井点抽水降低地下水位、利用插入土中的通电电极使土中水发生渗流以达到区域土体自重应力的增加, 从而使土体逐渐压密的方法。目前公路地基处理中常用的是通过施加荷载进行预压完成土体的固结密实。
排水固结法由排水系统和加压系统两部分组成。
排水系统主要在于改变地基原有的排水边界条件, 增加孔隙水排除途径, 缩短排水距离, 系统主要由在土中打设的砂井、袋装砂井或塑料排水板等竖向排水体同地面铺设的砂石垫层构成;也可以利用天然地基中夹粉砂薄层的“千层糕”状土形成天然的排水系统;对于较薄的不含透水层的软粘土可仅在地面铺设一定厚度的砂垫层作为排水系统。
加压系统是指对地基施加预压荷载, 它使地基土的固结压力增加而产生固结。预压法的加载方法可分为堆载 (土、砂石料、液体、钢锭等) 、真空和降水三类。
排水固结法根据排水的措施不同可分为堆载预压法、降水预压法和电渗法。目前公路工程普遍使用的是造价相对较低的堆载预压法。而根据是否设置竖向排水体和加压系统的不同, 堆载预压法又可分为砂井 (袋装砂井、塑料排水板) 堆载预压法、真空 (砂井、袋装砂井、塑料排水带) 预压法、堆载—真空联合预压法。
不设置竖向排水体与设置竖向排水体的区别是:前者是利用天然地基作为排水系统, 其固结排水过程是一维固结排水过程;而后者由于在地基中设置了竖向排水体, 其固结排水过程是三位固结排水过程。实践证明, 在饱和粘土厚度不超过5m或土层固结系数cv>10-2cm2/s或饱和土层内为“千层糕”状土时, 可考虑不设置竖向排水体, 否则必须在软土中设置竖向排水体。
真空加压与堆载加压的加固机理及适用性的区别在于:
(1) 堆载加压时, 土体中的总应力是增加的, 而真空加压中总应力是没有增加的; (2) 堆载加压时, 土体孔隙中形成的孔隙水压力增量是正值, 即超静孔隙水压力是正值, 而真空加压中孔隙中形成的孔隙水压力增量是负值; (3) 堆载加压时, 土体有效应力的增长是通过正的超孔隙水压力的消散来实现的而且随着超静孔隙水压力逐步消散为零, 有效应力增加达到最大值;而真空加压中, 土体有效应力的增长是靠负的超静孔隙水压力的形成来实现的, 随着负的超静孔隙水压力的增大, 有效应力也逐渐增大, 一旦负的超静孔隙水压力发生“消散”, 则有效应力也随之降低。 (4) 堆载加压时, 土体加固后形成的有效应力与上部施加的荷载大小有关, 而且在垂直和水平向上大小一般是不同的, 而真空加压中土体有效应力的增加具有最大值, 理论上为一个大气压, 一般都低于此值, 由于有效应力的增加是依赖与孔隙水压力的降低来实现的。所以, 土体加固过程中有效应力增加值在垂直、水平及各个方向上具有相同值。 (5) 堆载加压时, 土体填筑时必须考虑地基失稳填筑土须逐层填筑分级加载, 而真空加压中无须考虑失稳问题, 可一次加压。 (6) 堆载加压时, 填筑物可根据地基强度的增长情况逐级加载到足够大的荷载, 而真空加压中最大加载一个大气压的荷载 (一般在60kp～90kp) 根据施工水平及设备不同而有所差异。 (7) 堆载加压时, 可不考虑地基土层中是否有砂层, 而真空加压中不适合用于地层中有砂层地段, 否则应采取措施防止漏气。
2 堆载预压处理公路软土地基设计及施工要求
2.1 施加预压荷载
堆载预压所采用的材料主要有土、砂石料、液体、钢锭等, 公路工程中路堤自身即为预压荷载。根据道路施工工期及工程对沉降的要求, 荷载可分为欠载、等载、及超载。实际工程中根据不同情况进行选用。需要注意的是一般路堤填料为土质或砂质, 根据路基施加荷载的要求要考虑路面材料的密度与路基填料材料的不同。在采用等载及超载预压时要进行换算, 另外还要将通车后的活载换算为等代土柱高度, 进行加压。
软基土质较软、地基承载力很低采用堆载预压时, 为了避免地基因发生塑性变形而失稳, 需要分级加载、控制加载速度以及每次加载载重使其与地基的强度增长速度相适应。每级加载不应超过前级荷载作用下地基强度增加后的允许承载力。在计算强度增量时, 要考虑加载预压过程中由于土体剪切蠕动引起的强度衰减。
2.2 排水系统
排水系统是保证土颗粒间自由水能够顺利排走、地基迅速固结的必要条件。排水系统由水平排水层 (一般为砂垫层) 以及设置于其间的盲沟、竖向排水体 (一般为袋装砂井或塑料排水板) 组成。
2.3 结合工程实例分析塑料排水板在工程中的应用
结合众多工程实例, 塑料排水板在公路工程及其他行业地基处理中已应用多年, 总结其经验教训, 在设计及施工中应注意如下:
(1) 设计中应强调并明确塑料排水板的型号及断面尺寸。 (2) 设计中应强调塑料排水板应采用可测深度的塑料排水板。 (3) 塑料排水板一般应达到软土层的层底, 若软土层较厚 (如超过建筑物底宽的2倍) , 排水通道的打设深度不小于1/2建筑物底宽, 同时排水板必须穿过土体稳定计算的弧形滑动面至少2m。 (4) 调查清楚地质情况, 尽可能的与实际地质吻合。 (5) 塑料排水板一定要采用正规厂家生产的产品, 每次使用前必须对每批次产品进行检测, 杜绝因为产品质量影响到工程质量。 (6) 插打塑料排水板时必须使用套管, 套管的驱动方式可以用振动也可以用静压, 但在边坡上插板时为保持边坡的稳定, 只允许采用静压的方式。 (7) 要保证插板的插达深度, 控制排水板的回带量在20～50cm, 当发现排水板的回带量超过50cm, 应就近重新补插。 (8) 为保证插板质量, 应要求在每台插板机上必须安装排水板打设自动检测记录仪, 没有安装的严禁施工。自动检测系统主要是通过检测、桩深、水深、带深和实际的涂面高程, 就可以换算出回带长度。如果在下桩过程距离桩底目标高程50cm以上, 拔出时其深度报警器会发出警报提醒。 (9) 在复合地基中插打塑料排水板的也可起到消散孔隙水压力的作用, 但应从其经济性仔细分析论证, 确定其插打密度做到尽量经济。
3 结语
施工过程中软土路堤最重要的就是做好施工的现场观测, 尤其是采用排水固结法处理软土地基时更要做好监测工作。现场观测的目的是掌握塑料软基沉降、侧向位移及孔隙水压力消散规律, 控制填土速率, 保证路堤稳定以及为预测工后沉降提供与实际最接近的数据。同时也可检验采用的设计参数和设计方法是否合理。
在软土地基上施工最重要的首先要确定软土地基填土的临界高度, 这样在临界高度以下填土可以不考虑填土速率, 路堤是不会出现失稳现象的, 同时尽可能提高填筑速率, 为后期的预压争取时间, 用排水固结法施工时应严格进行观测。
参考文献
[1]李伟.排水固结法处理软土地基的安全监测及分析[J].珠江现代建设, 2009.6.
[2]郑铭贤.某公路软土路基袋装砂井排水固结法处理施工的探讨[J].广东建材, 2011.2.
排水固结法在软土路基处理中的应用 篇7
随着我国交通建设规模的不断扩大,软土路基处理已成为困扰路基施工技术人员的常见问题。针对软土的物理、力学性质,采取适当的处理方法进行软基处理的施工,以提高公路工程的实体质量和使用性能是非常必要的。
文中以我国沿海地区某公路施工项目为例,介绍排水固结法在软土路基处理中的应用。该公路为连接两地级市的一级公路,施工标段长5.3 km(含6座小桥、1座中桥、12座涵洞),大部分在鱼塘中通过,全线均为软土地基,表现为淤泥,流塑,具有孔隙比大、高含水量、高压缩性等特点,一般地段层厚6 m～25 m。全线均为填方通过,为保证路堤的稳定,软基设计采用排水固结法,具体措施主要为砂垫层、土工格栅、竖向排水体(袋装砂井)、预压或超载预压等加固措施。
2 软土的性质
软土可划分为淤泥、淤泥质土、软粘土三种类型。软土在内陆湖、塘、盆地、江、河、湖、海岸和山间洼地广泛分布。其物理、力学性质如下:
1)天然含水量高、孔隙比大。由于软土中的粘粒及有机质含量大、吸水能力强,加之地处常年积水的洼地,土层厚度大,多呈软塑或半流塑状态,天然含水量达30%～80%;孔隙比一般大于1,大多在1.0～2.0之间;饱和度一般大于95%;液限在35～60之间;塑性指数为10～30,天然密度约为1.5 t/m3～1.9 t/m3。
2)透水性差。软土亲水性强而透水性弱(渗透系数为10-8 cm/s～10-7 cm/s),且有明显的方向性。由于大部分软土地层中都存在着带砂夹层,所以其渗透系数水平方向略大于垂直方向,软土中的粘粒含量、有机质含量和液限愈大,渗透系数就愈低。
3)压缩性高。软土由于孔隙比大,土粒间连接结构不稳定,具有高压缩性的特点。且随着液限的增加而增强,压缩系数一般为5.10×10-7 Pa-1～1.53×10-6 Pa-1。
4)抗剪强度低。软土的抗剪强度低,并与加载速度及排水固结有密切的关系,不排水剪切时,内摩擦角接近于零,内摩擦剪切力小于19.92 kPa;排水剪切时,抗剪强度随固结程度增加而增大。
5)触变性和蠕变性。软土结构未被破坏前,具有一定的结构强度,但一经扰动,结构被破坏,强度迅速降低,但随静置历时的增长,其强度将逐渐恢复。软土的这种性质被称为触变性。触变性越大,表示强度降低愈明显。
软土在受载荷作用或载荷变化过程中,将发生连续持久而缓慢的变化,这种在剪应力作用下的剪切变形现象称为软土的蠕变性。这种蠕变性实质上是软土抗剪强度随时间增长而递减的性质,在工程上有很大的危害性。
3 排水固结法
当路堤经稳定性验算或沉降计算不能满足设计要求时,必须对软土地基进行加固。加固的方法很多,选择时要综合考虑。目前,排水固结法是常用方法之一。排水固结方法很多,有袋装砂井排水固结法、塑料排水板排水固结法、真空预压排水固结法、真空—堆载联合预压排水固结法等。
实例施工项目所经地段,淤泥厚6 m～25 m,采用的是袋装砂井排水固结法,局部(大桥两端引道)采用CFG桩进行复合地基加固。文中着重介绍袋装砂井排水固结法在软基处理中的应用。袋装砂井排水固结法是在天然软土地基表层设置砂垫层等水平向排水体,在地基中设置袋装砂井等竖向排水体,然后加载预压,使土体的孔隙水排出,逐渐固结,地基发生沉降,同时强度逐步提高的方法。通常在砂垫层中设置一层～二层50型、80型土工格栅,局部(桥涵两端)进行超载预压。其示意图如图1所示。
排水固结法具有节省土方、少占农田、经济有效等特点,可用于加固软土地基,包括天然沉积层和人工冲填的土层。特别适用于路堤高度大于极限高度或农田地段和填料来源困难的情况。在天然土层的水平排水性能较垂直向为好,或软土中存在有连续薄砂垫层时,采用此法更为合适。
3.1 砂垫层(水平向排水)施工
砂垫层的作用是在预压过程中,从土体进入垫层的渗透水迅速排出,使土层的固结能正常进行。砂垫层的质量将直接关系到加固效果和预压时间的长短。
1)砂垫层材料的要求。
为保证砂垫层本身的渗透性,一般应采用级配良好的中粗砂,并且要求含泥量不超过5%,无杂质和有机质混入。
2)砂垫层厚度。
首先要满足上土层的渗透水能及时排出,另一方面能起到持力层的作用。砂垫层厚度一般为30 cm～50 cm。
3)砂垫层施工方法。
a.当地基表层具有一定厚度的硬壳层,其承载力较好,能行驶一般运输机械时,一般采用机械分堆摊铺法,即先堆成若干砂堆,然后用机械或人工摊平。b.当硬壳层承载力不足时,一般采用顺序推进摊铺法。c.当软土地基表面很软,如新沉积或新冲填不久的超软地基,首先要改善地基表面的持力条件,使其能供施工人员和轻型运输工具行走。无论采用何种施工方法,在砂垫层施工过程中应避免对软土表层的过大扰动,以免造成砂和淤泥混合,影响砂垫层的排水效果。
3.2 袋装砂井(竖向排水体)施工
竖向排水体主要类型为:30 cm～50 cm直径的砂井,7 cm～12 cm直径的袋装砂井,塑料排水板。由于袋装砂井断面小,质量轻,设备简单,施工简便,造价比一般砂井低廉,且不会因施工操作上的误差或地基发生水平和垂直变形而丧失其连续性,在公路工程中应用较为广泛。
3.2.1 材料要求
1)砂袋的材料要求。
根据排水要求,袋装砂井的编织袋应具有良好的透水性,袋内砂不易漏失,袋子材料应有足够的抗拉强度,一般纵向抗拉强度为18.5 kN/m,抗拉纵向延伸率为17.6%,使之能够承受袋内砂自重及弯曲产生的拉力,并要有一定的抗老化性能和耐环境水腐蚀的性能,同时还要便于加工制作、价格低廉。目前,常用的袋子材料是聚丙烯编织袋。装袋后砂袋的渗透系数应不小于砂的渗透系数。
2)砂的要求。
采用渗水率较高的中、粗砂,大于0.5 mm的砂的含量宜占总量的50%以上,含泥量不应大于3%,渗透系数不应小于5×10-3 cm/s。
3.2.2 施工工艺
袋装砂井一般采用导管式的振动打设机械施工。比较先进的打设机械配有宽履带行走、机架、起升、振动锤、灌装砂袋系统。桩尖采用在套管端口设置一活瓣封门,利用套管内砂袋的重力将其顶开。其施工步骤具体如下:
1)施工测量:用全站仪引测坐标及高程控制桩,按图纸给定的控制点坐标逐桩测放出线路控制点桩,根据控制点的间距考虑加测中线桩及边线桩,并在桩上测量出基底标高控制线。按图纸设计间距和布置形式,根据施工进度,逐段在基底测放出砂井中心桩。
2)基底清理及回填:按设计要求将地面的表层植被、表土清理至设计标高,对清理后基底标高低于设计标高的路段要先进行回填施工。水塘地段回填时先沿坡脚线向外侧筑草袋围堰,对基面横坡陡于1∶5的局部路段,需将地面挖成台阶,台阶宽度1 m～2 m,台阶顶面应做成2%～4%的反向横坡。基底清理及回填时应将基面留设0.3%的坡度,以利基面及砂垫层的排水。
3)砂井就位及压管:基底处理完毕后,砂井机及套管达施工地点就位。砂井机就位时要使导轨及套管管身垂直于地面并准确对准桩位,垂直度偏差控制在1.5%以内,并在套管上部按一定长度划出标尺,以控制砂井的入土深度。套管不得弯曲,内壁要光滑无毛刺,管径控制在8 cm～10 cm。就位完毕后,起动砂井机压力装置及激振器,将套管徐徐振动压入软土中,施压时保持压力为定值。压管时要持续向下进行,不得起管后再往下。当压管接近风化岩层时,要注意观察套管的下沉速度,当下沉速度有明显变慢时,对套管的入土长度加以记录,确保套管进入风化岩层不小于50 cm。
4)填砂袋:砂袋通过入口滚轮平稳迅速地送入套管口边并拉住袋尾,起动激振器提升套管,当套管提升至0.5 m时,放开砂袋,使砂袋坠入孔底。砂袋放入套管时要防止砂袋扭结、缩颈、断裂和磨损。拔管时要防止带出砂袋或损坏砂袋,如发生时,要认真分析原因,当砂袋带出超过0.5 m时,要重新补打。拔管带出的土要及时清理干净。成形的砂井上口保证贯通砂垫层。施工时要对每根砂井的灌砂量如实加以记录。
5)成井检查及补砂:砂井施工完毕后及时进行成井质量检查,其平面位置、间距、孔径要符合下列要求:平面位置偏差不大于10 cm,间距偏差±15 cm,孔径偏差不大于1 cm,抽查频率不小于2%。已施打的砂井要及时向袋内补砂,约每隔3 d补1 d,每天补2次～3次,此外,在遇雨时要在雨后及时补砂。
3.2.3 质量控制
为确保质量,在袋装砂井的施工过程中,应注意以下问题:
1)定位要准确,垂直度要好;2)砂料含泥量要控制在3%以内,以免降低砂井的排水效率;3)砂宜用风干砂,不宜用潮湿砂,以免袋内砂干燥后,体积减小,造成袋装砂井缩短与排水垫层不搭接等质量事故;4)聚丙烯编织袋,在施工时应避免太阳光长时间直接照射;5)砂袋入口处的导管口应装设滚轮,避免砂袋被挂破漏砂;6)施工中要经常检查桩尖与导管口的密封情况,避免导管内进泥过多,影响加固深度;7)确定袋装砂井的长度时,应考虑袋内砂体积减小,袋装砂井在孔内的弯曲、超伸以及伸入砂垫层内的长度等因素,避免砂井露出部分全部伸入孔内,造成与砂垫层不连接。
3.3 预压
排水固结法加固软土地基是在软土地基内设置竖向排水体,铺设水平排水垫层和对地基施加固结压力来实现的。
3.3.1 自重预压
在软土地基上修筑路堤,如果工期不紧,可以先填筑一部分或全部,通过填料自重压力使地基经过一段时间固结沉降,然后再填筑和铺筑路面。这是一种常用的、经济而有效的方法。由于路堤填土高、荷载大,地基的强度不能满足快速填筑的要求,应采用严格控制加载速率,逐层填筑的方法以确保地基的稳定性。
3.3.2 超载预压
在修筑路堤时,预先把土填得比设计高度高一些,或加宽填土宽度,靠堆载压力加速地基固结下沉,路面施工前再挖除超填部分,这种方法与自重预压法类似,预压期一般较长,需半年到一年。当路堤高时,可采用分级加载,第一级加载尽量大一些,并保持合适的加载速率,以保证地基只产生沉降而不致丧失稳定。
加载速率由下列方法确定:
1)两侧位移边桩。竖向位移不大于10 mm/d,水平位移不大于15 mm/d。每填筑一层应观测一次。
2)路堤地面日沉降量。通过埋设沉降板,日沉降量不大于15 mm/d。每填筑一层应观测一次,不填土时每3 d观测一次,进行动态控制,如大于沉降速率,停止填筑或卸载。对于桥头,为避免填土对桥桩的影响,则要求地面沉降速率每昼夜不大于5 mm/d。
3)地基孔隙水压力。在地基不同深度埋设孔隙水压力计进行观测,要求孔隙水压力不超过预压荷载应力的50%～60%。
3.4 施工经验、教训总结
1)砂垫层、袋装砂井、土工格栅要路基全断面施工,避免半断面施工引起不均匀沉降。尤其施工砂垫层、袋装砂井,由于没有施工便道或征地的限制,往往半断面或大半断面先实施,这样造成整个断面固结时间不同而产生路基纵向裂痕,严重的会使软基失稳造成路基垮塌。
2)严格控制填筑速率,严格按三级加载时间填筑,避免填筑过快引起路基失稳。
3)逆作法施工结构时,避免挖出的填筑土放置路基上,引起路基局部加载失稳。
该项目在路基填筑基本完成时,周围村镇要求增设两座箱涵,以增强排洪能力。在增设K2+498涵洞施工时,由于施工经验不足,将挖除的路基土放置于路基上,造成路基局部加载而产生纵横裂痕。后将该段挖除,重新填筑。
4)按观测频率要求及时读取孔隙水压计、测斜仪、沉降板、观测桩的数据,以信息指导施工。
4结语
排水固结法是根据三维排水固结理论形成的加固软土路基的施工方法,理论相对比较成熟,施工工具及工艺简单,便于就地取材,成本较低,施工不受天气影响,是砂料丰富地区的首选方案。但由于后期需控制填筑速率从而影响工期,并且需要预压荷载,预压时间长,对于工期紧迫、缺乏压载条件的工程不宜采用。此外,排水固结法只能加速固结沉降而不能减少固结沉降量,对沉降和不均匀沉降要求严格的工程必须慎重选择。
排水固结法作为一种理论和实践较为成熟的软基处理方法,具有经济、施工方便、工艺简单的特点,社会效益和经济效益明显,且具有广泛的推广价值。
参考文献
[1]王海明,叶佰建.软土路基施工技术探讨[J].山西建筑,2007,33(1):304-305.
动力固结法 篇8
关键词：静力排水,固结法,软土路基,应用
一、概述
广东省廉江市城区, 地基有相当一部分区域为软土地基, 地基含水率高, 高压缩性, 承载力差。本文介绍排水固结处理加固软土路基。
二、排水固结处理软土地基的概念, 作用和适用范围
1概念
该法是对天然地基或先在地基中设置砂井等竖向排水体, 然后利用建筑物本身所承受重力分级逐渐加载, 或是在建筑物建造以前, 在场地先行加载预压, 使土体中的孔隙水排出, 逐渐固结, 地基发生沉降, 同时强度逐步提高的方法。
它由加压系统和排水系统两个主要部分组成, 常用的排水和加压方法如图一所示。加压系统是为地基提供必要的固结压力而设置的, 它使地基土层因产生附加压力而发生排水固结。设置排水系统则是为了改善地基原有的天然排水系统的边界条件, 增加孔隙水排出路径, 缩短排水距离, 从而加速地基土的排水固结进程。如果没有加压系统, 排水固结就没有动力, 即不能形成超静水压力, 即使有良好的排水系统, 孔隙水仍然难以排出, 也就谈不上土层的固结。反之, 若没有排水系统, 土层排水路径少, 排水距离长, 即使有加压系统, 孔隙水排出速度仍很慢, 预压期间难以完成设计要求的固结沉降量, 地基强度也就难以及时提高, 进一步的加载也就无法顺利进行。因此加压和排水系统是相辅相成的。
在地基中设置竖向排水体, 早期常用的是砂井, 它是先在地基中成孔, 然后灌以砂使之密实而形成的。由塑料芯板和滤膜外套组成的塑料排水板在工程上的应用也在日益增加, 有取代砂井之趋势。塑料排水板可在工厂制作, 运输方便, 在没有砂料的地区尤为合适。工程上广泛使用的, 行之有效的增加固结压力的传统方法是堆载法, 此外还有真空法、降低地下水位法、电渗法和联合法等。采用后面这些方法不会像堆载法那样可能引起地基土的剪切破坏, 所以比较安全, 但操作技术比较复杂。
2作用与适用范围
排水固结处理的主要作用表现在两方面。
(1) 降低压缩性。通过排水固结处理, 可使地基沉降在加载期间大部分或基本完成, 从而大大减小建筑物建成后的沉降和差异沉降。
(2) 提高强度。排水固结加速了地基抗剪强度的增长, 从而提高了地基的承载力和稳定性。
排水固结处理适用于淤泥质土、淤泥和冲填土等饱和黏性土地基。
目前在地基处理工程中广泛应用、行之有效的方法是堆载预压, 特别是砂井堆载预压法。对沉降要求严格的建筑物、冷藏仓库、机场跑道等, 常用该法。待预压期间的沉降达到设计要求后, 移去预压荷载再开始建筑施工。对于以加速地基土排水固结、缩短工期为目的的工程, 如土坝、路堤、海港码头等填方工程, 则不需要额外的预压材料, 直接利用填方本身的所承受的重力分级加载压密, 工程费用低。对于油罐地基, 则可利用油罐充分预压这一特殊方式分级加载处理。
此外真空预压、降水预压、电渗法等也因各自不同的特点, 在各类工程中获得应用。应当指出的是, 排水固结法还可与其他类地基处理方法联合使用, 不同的排水固结方法亦可联合使用。
三、工程实例
(一) 背景资料
1场地情况
该城市新修主干道, 长约3km, 大部分路基为软土地基, 工程地层特征见表1。
2软基处理要求
(l) 按施工后变形要求进行控制:使用期内, 最大工后沉降≤300mm, 差异沉降≤0.3%。
(2) 处理后地基承载力满足以下要求:fak≥120k Pa。
(3) 造价要求:在合理工期内, 满足处理后场地变形要求条件下, 达到最优性价比。
3设计要求
(1) 砂垫层厚度为1.0m, 采用中粗砂, 平均含泥量<5%, 最大含泥量<8%。
(2) 排水板间距1.2m, 正方形布置, 打设至软土下卧层0.5m。
(3) 分2~3级 (根据稳定情况) 堆载至设计标高。
(4) 满载时间为80d。
(5) 卸载标准: (1) 满载时间超过80d; (2) 根据沉降分析的固结度>80%; (3) 工后沉降<30cm。
当下卧淤泥层层厚大于3m时, 仅用堆载预压处理, 固结时间非常长, 该条件下需采用塑料插板加快排水固结。预压荷载的大小根据地基土的固结特性和预定时间内所要求达到的固结度确定, 并使预压荷载下受压土层各点的有效竖向压力大于或等于使用荷载所引起的相应点附加应力。
(二) 施工方法与技术措施
1水平排水体系
本区段处理的是部分道路, 其宽度较小, 不须设置盲沟;直接采用砂垫层与集降水井排水, 利用砂垫层将水汇集至集降水井再抽排水, 此外该种水井起到一定的降水作用。
(1) 秒垫层:厚度1.0m, 采用中粗砂或瓜米石, 平均含泥量<5%, 最大含泥量<8%。
(2) 集降水井沿道路内侧纵向每隔设定距离设置1口集降水井, 在施工及交工前期间, 使用自动控制式潜水泵抽排井内地下水;施工期间须对集降水井加以维护及保护。有关要求: (1) 砂垫层底面需形成一定坡度以利汇集水流至集水井, 集水井须与砂垫层盲沟连通良好, 平面位置误差≤5cm; (2) 水井的孔口须超出孔口位置最高填土面的高度40~60cm之间, 周边用碎石等滤水材料围裹; (3) 平面位置误差≤5cm; (4) 井底标高误差≤20cm; (5) 整个施工及交工前期间及时抽水, 集降水井水深不宜超过l OOcm;记录抽水时间和井水变化。
2竖向排水体系
插设塑料排水板, 排水板间距1-2m, 正方形布置, 插设至软土下卧层不少于0.5m, 平均约12.0m;塑料板上端高出砂垫层20cm (在填土前, 高出部分需沿水平向摆放埋入砂垫层中) 。
塑料排水板应有足够的抗拉强度, 沟槽表面平滑, 尺寸准确, 能保持一定的过水面积, 抗老化能力在2年以上, 并且耐酸碱性抗腐蚀性。塑料排水板质量、品格要求应依据有关规范标准, 依据插板深度不同选用, 其性能应不低于表二中所列。
插板施工技术有以下几项要求。
(l) 排水板插设布点须按行、按排编号进行插入记录;布点偏差小于50mm。
(2) 插板垂直偏差不超过插板长度的1.5%。
(3) 入孔插板必须完整无损。
(4) 插板不能有回带现象, 若有回带, 则在附近150mm内补插。
(5) 插板施工时, 插板机应配有长度记录装置, 记录每根插板的长度、孔深等。
3土层填筑与卸载
(l) 采用砾质黏性土或土夹石 (山皮土) 或吹砂或其他满足路基填筑要求的填料, 填土底面要向集降水井与邻近排水沟形成一定的倾斜的坡度 (1%~3%) 。
(2) 预压土设计:预压土边坡为1:2, 预压土可采用土、砂等材料, 可不作碾压, 但必须有必要的防护措施, 避免水土流失。
(3) 路基填筑时应根据填土土料及地层等情况分多级填筑 (2~3级) , 并控制填筑速率, 竖向沉降增长率<15mm/d, 稳定标准为连续l0d沉降量小于0.5mm/d;满载后恒载天数不少于80d。
(4) 卸载:根据检测与监测资料分析地基处理效果, 作为卸载依据。卸载时超载的预压土可作填筑材料填人相邻地段, 就地平衡。
(5) 道路区处理区交工面以下土层压实度不小于90%。
(三) 总结施工流程
结语
该城市主干道验收并通车已一年多, 情况良好。
参考文献
[1]DBJ15-31-03, 建筑地基基础设计规范[S].
动力固结法 篇9
本工程的真空预压施工主要是针对于永定新河防潮闸上下游连接段软基加固, 真空预压范围主要包括上下游护底、护坦和砌石部分。根据设计图纸分为八个加固区, 总面积约7.5万m 2, 本次真空预压施工采取插设塑料排水板抽真空的方法进行。
二、真空预压加固法的施工工艺
1、工艺流程
2、场地平整
根据施工实际情况依据不同的地表高程对其进行场地平整, 对于低洼处使用素土填实至统一高程以便于进行下步施工。由于本工程所在基础为淤泥质壤土, 所以为了保证施工设备能够在地面上进行作业, 在淤泥层上铺填能够承重的素土。待整个场地平整完成后, 在其表面上铺设30cm砂垫层。整个场地平整的场地高差控制在±5cm以内。
3、放线定位
按照设计图纸使用全站仪对各加固区进行测量放线, 随后对塑料排水板和真空管网的纵横轴线和施工位置进行放线。
根据设计图纸, 用相关观测仪器确定加固区边界、塑料排水板的打设位置、真空集水井位置、真空管网的位置, 并设立标记。
塑料排水板板宽度方向与真空管网支管平行。
4、插设排水板
本次真空预压的塑料排水板选用SPB-B型, 外型尺寸100×4mm 2, 板间距1.20m, 插板深度6.0~11.0m, 板宽度方向与加固区长度方向平行。本工程排水板的插设采用机械插板。在插板前要先进行排水板位置的测量放线, 插板的施工工序为: (1) 塑料排水板板位放线; (2) 定位; (3) 插板; (4) 割板; (5) 拔杆; (6) 移位。塑料排水板的打设是施工中的关键工序, 因此对塑料排水板的打设质量要严格控制, 其施工要严格按有关规范要示进行, 严格控制其回带长度及垂直度, 要认真做好打设记录。
5、隔离围堰施工
为了保证整个真空预压施工的闭气性和整体性, 在各加固区边界开挖隔离围堰, 内填粘土压实。
6、铺设水平真空管网
负压传递和排水主要通过真空管网系统来实现。水平管网系统主要由水平干管和支管构成, 水平干管为Φ110的PVC管, 管长34~65m不等, 每个加固分区设1条排水干管, 干管通过胶管与集水井密封连接;根据干管长度每个加固分区设多组水平支管, 水平支管为Φ60的PVC双波纹盲管, 支管对称垂直分布于干管两侧, 支管干管相嵌接。在支管铺设的位置人工开挖一条20*10cm的小沟, 支管与排水板搭接后放入小沟内, 与地面水平, 每一条支管与一排塑料排水板进行复式搭接, 干管、支管尾端均需密封。
水平管网要按加固单元分区施工, 先施工水平支管, 再施工干管。
7、真空抽水设备安装
真空抽水设备包括真空集水井、井上真空系统和真空机械系统。
(1) 真空集水井
真空集水井采用预制钢结构, 每个加固单元均设置1个真空集水井。真空集水井在水平支管铺设完成后, 水平干管铺设前开始安装。在安装干管时与干管通过橡胶软管相连接。
(2) 井上真空系统
井上真空系统包括真空泵、配电控制柜、真空缓冲罐、管道泵、控制阀、真空表、管道及计量仪表等配套设备。真空泵采用5.5Kw的往复式真空泵。每个真空集水井均配备2台真空泵和1台管道泵。真空泵安装在固定的平台上, 潜水泵与集水井连接。
水平管网施工完成后, 就要开始安装井上真空系统。真空泵通过耐压软管与缓冲罐连接, 缓冲罐与真空井之间也通过耐压软管连接。其它设备的安装按常规方法施工。
电源由现场闸箱接引。
(3) 真空机械系统
真空机械系统包括往往复式真空泵及其附属设备。每台真空泵与水气分离系统通过胶管相连接。
8、布设监测系统
按设计要求, 每个真空预压分区内布置如下监测设备:
(1) 每1000m 2布置1个沉降标, 每个分区不得少于9个沉降标, 沉降标位置的设置应符合设计图纸的要求;
(2) 布置9只孔隙水压力仪, 其测点埋设深度及位置的设置应符合设计图纸的要求;
(3) 布置1组深层分层沉降仪, 其测点埋设深度及位置的设置应符合设计图纸的要求;
(4) 布置l根测斜仪, 其测点埋设深度及位置的设置应符合设计图纸的要求;
(5) 布置1根水位仪, 其测点埋设深度及位置的设置应符合设计图纸的要求;
(6) 布置5个真空度测头, 其测点位置的设置应符合没计图纸的要求。
进行施工过程监测不但能及时发现加固过程中出现的问题, 以便及时解决它, 而且能作为施工过程中的控制, 根据监测的数据掌握工程的进展和加固的效果, 以判断加固工程是否达到了预期的目的, 从而决定加固工作的终止及后续工程的开始时间。
9、铺设真空膜
在水平管网系统完成后, 即可以铺设真空膜。真空膜采用14丝的PVC薄膜三层。铺设密封膜之前, 把出膜弯管与真空滤管连接好, 出口压盘与地层表面齐平, 并放好下橡胶垫圈;
铺设时顺风向伸展, 加固区四周余留量基本—致;
施工人员穿软底鞋上膜, 严禁穿带钉鞋上膜;
密封膜铺设层数满足设计要求, 每铺一层均由专人检查, 若有孔洞, 及时粘补;
在密封沟内侧把膜铺平, 薄膜过长时, 可将其折于沟底, 不可外铺于外侧坡上;
密封膜采用平铺膜工艺进行铺设, 但必须清理干净铺设地面处的砂料及其它杂物;
铺设密封膜的时间尽量选择在白天, 当风力大于5级时, 不宜铺设密封膜;
密封膜铺设完毕后, 沿出膜弯管口把膜剪开, 放好上橡胶垫圈及上压盘, 其间抹匀黄油, 最后把两个螺母上紧。橡胶垫圈与膜间严禁有砂料存在;
1 0、真空负压操作
密封膜铺设完工后, 各单元的机泵系统进入真空操作阶段。密封膜上覆水前, 应进行试抽真空, 同时检查每台真空泵的运转情况及薄膜的密封性;试抽真空时间为10天, 要求密封膜下真空压力达到0.08MPa以上。试抽真空达到要求后, 可进行覆水转入正常抽真空, 正常抽真空时间应满足设计要求;覆水厚度应为300mm, 覆水后, 膜下真空压力应逐渐稳定在0.08MPa。
真空操作要求有水必排。随着压力的逐渐上升, 排水量越来越小, 软基的固结程度也逐渐加大, 80天左右即可达到加固要求。
1 1、卸载
终止真空预压的标准:连续四昼夜实测地面沉降量小于2mm/d或地基固结度大于实测地基沉降曲线的80%。
三、加固过程监测
1、真空度的监测
进行真空度监测是为了掌握加固区域内真空压力随位置和时间变化情况以及真空度损失情况, 以便及时采取工程措施保证真空操作的正常进行。
对每个加固单元所设置的真空表都应按照以下规程进行观测:在真空泵运转期间, 每隔6h测读一次真空度;当真空度达到要求后, 每12h读一次。
2、孔隙水压力监测
进行孔隙水压力量测, 是为了掌握所加固地基的孔隙水压力随着加固深度与加固时间消散 (或土的有效应力增加) 的过程。通过测量知道土体中的有效应力随时间的变化过程, 也可以了解土体中强度增长的情况, 同时也可以利用所测资料做沉降的计算和反推土层的固结系数, 求得土的固结度。
在孔隙水压力计的探头埋入到所要求的深度时, 就要立即采集初始读数, 自加固开始后, 每天观测一次 (在每天的同一时刻进行观测) 。
3、沉降监测
通过观测地表沉降, 可以掌握并推测地基的加固效果, 所以对沉降的观测是必要的。沉降观测的密度不小于每3天1次。
4、水平位移观测
观测水平位移可以监测真空预压加固的施工对周边大堤的影响, 以便能及时采取措施。观测的密度不小于每3天1次。
四、进度计划
总工期约150天, 其中真空负压操作需要90天, 打插排水板、铺设水平管网、挖隔离沟、铺设密封膜等工序需要60天。
五、质量控制
1、严格控制塑料排水板、密封膜等施工材料的质量, 做好进场检验, 对于不合格者全部按退货处理;
2、塑料排水板施工过程中应注意如下几点:
(1) 塑料排水板滤水膜在转盘和搭设过程中应避免损坏, 防止淤泥进入板芯堵塞输水孔, 影响排水效果;
(2) 塑料板与桩尖锚碇牢固, 防止拔管时脱离, 将塑料板带出, 打设时严格控制间距和深度, 如塑料板拔起超过2m以上, 进行补打;
(3) 塑料板接长时, 为了减少板与导管的阻力, 应采用在滤水膜内平搭接的连接方法, 搭接长度不少于20mm, 以保证输水通常和有足够的搭接强度。
3、密封膜技术指标
密封膜采用聚乙烯或聚氯乙烯薄膜, 其技术指标见下表。
4、预压地基和塑料排水板质量检验标准质量检验标准表
5、在施工过程中认真做好各项观测记录工作, 严格按照设计标准进行预压, 达到设计标准时方能卸载。
六、安全控制
1、作业前对工人进行安全教育, 并做好安全交底。工人操作必须严格遵照机械操作使用规范进行, 严禁违反操作规程, 盲目操作。
2、电工要负责检查导线的绝缘情况, 特别是配电箱接地是否可靠。
3、进入施工现场的工作人员必须戴安全帽, 不准穿拖鞋和酒后上班。
4、班组人员要相互照应, 明确岗位责任, 提高安全观念。
5、贯彻落实特殊工种持证上岗制度, 严禁无证人员上岗操作。
摘要：空预压是通过覆盖于地面的密封膜下抽真空, 使膜内外形成气压差, 使粘土层产生固结压力。即是在总应力不变的情况下, 通过减小孔隙水压力来增加有效应力的方法。真空预压是在负超静水压力下排水固结, 称为负压固结。本文结合真空预压固结排水法在永定新河防潮闸工程中的应用实例, 介绍了真空预压施工的准备工作, 对真空预压施工方案进行了阐述, 提出了真空预压施工的质量保证措施, 以完善真空预压施工工艺, 从而提高软基的处理水平, 可供同类型工程参考借鉴。
关键词：真空预压,固结排水,软基加固
参考文献
[1]、《塑料排水板施工规程》JTJ/T256-96;
[2]、《塑料排水板质量检验标准》JTJ/T257-96;
动力固结法 篇10
“砂被+排水板”堆载预压法是近期针对原地面高程位于潮水位以下围堰填筑的新的尝试, 该方法通过土工织物包裹体保证砂垫层的形成, 同时起到堰体加筋作用;然后通过插打塑料排水板及分层堆载预压, 再实现深层淤泥的排水固结 (抗剪强度提高) 的同时完成围堰的填筑施工。
本文通过某水闸围堰的设计计算, 施工效果检验, 较为全面的阐述该改进堆载预压法的工程运用, 力图为滨海软土地区围堰、堤防设计和施工提供直接的实践支持和借鉴。
1工程概述
沙井河口枢纽工程位于沙井河与茅洲河交汇处, 主要由沙井泵站、河口水闸及调度中心办公楼等3大部分组成, 是沙井片区排涝工程的核心工程。水闸基坑最大开挖深度5.0 m, 底高层-2.5～-7.0 m, 茅洲河河口多年平均潮水位-1.33～2.44 m, 为满足水闸基坑开挖要求, 需在沙井水闸上下游, 即沙井河中做各布置一道横向围堰, 围堰按4级堤防工程标准建设[1], 围堰纵向长度与沙井河此段河床宽度等宽, 河底宽约80 m, 河顶宽110 m;围堰拟建处河底高程0～-2.5 m;施工导流标准为10年一遇, 考虑一定超高并结合现状茅洲河和沙井河河堤顶高程, 最终确定围堰设计顶高程为4.0 m。本工程围堰同时为连接场内外道路的主要通道, 围堰顶设6.0 m宽施工道路, 设计荷载采用公路Ⅱ级标准, 考虑的最大行车荷载为20 kPa。
2工程地质条件
场地原始地貌为河道及海陆相堆积、冲积平原。沙井水闸范围自上而下出露地层有素填土、淤泥、砂层 (砾砂为主) 、全风化混合花岗岩。地下水埋深浅, 高程1.2～2.5 m左右。
闸址河堤分布素填土, 松散状, 标高3.28 m左右, 厚度2～3 m。淤泥在闸址河床出露, 层厚13.0～18.1 m, 向两岸延伸, 流塑状为主, 层底标高-14.0～-18.0 m, 该层承载力值45～50 kPa, 不能作为持力层。下部为砂层, 厚度6.3～8.1 m, 河床左岸以砾砂为主, 河床及右岸为粗砂、砾砂, 局部为含淤泥质粉细砂, 层底标高-19.04～-24.4 m, 粗砂和砾砂承载力值180～220 kPa;右岸砂层下分布卵石层, 透镜状分布, 最大厚度4.9 m左右, 层底标高-24.4 m。再以下为花岗岩残积土和全风化土, 呈硬塑状, 承载力值220 kPa, 可作为持力层。各土层物理力学参数见表1。
3围堰设计方案与计算分析
3.1设计方案选择
根据地质资料显示, 河床段围堰范围存在深厚淤泥层且淤泥顶高程高, 淤泥含水量高, 呈流塑状, 抗剪强度及天然地基承载力低。设计选型曾考虑过以下几个方案:①直接填土围堰, 1.5 m高程设置10～17 m平台 (具体宽度需试算) , 1.5～4.0 m高程以上设置砂袋子堰挡水, 试算表明围堰整体滑动安全系数仅为0.865～0.873, 而且局部围堰荷载引起的附加应力超过下卧淤泥层地基承载力特征值。②堤心或堤脚采用抛石形成围堰, 鉴于淤泥层厚大, 抛石难以着底, 整体滑动安全系数亦不能满足规范要求。③对淤泥层采用水泥土搅拌桩加固后再直接施工填土围堰, 该方案技术可行, 但施工平台和搅拌桩处理费用很高, 属不经济的方案。
综合分析考虑了场地工程地质、地形地貌及站址处水文条件后, 本工程围堰河床范围最终确定采用“砂被+排水板”的改进堆载预压围堰填筑方案, 即利用船填土填至高程0.0 m后平整, 此时铺设2层砂被, 通过砂被上的各吹砂口均匀吹砂, 使每层砂被厚度为0.7～0.8 m。砂被表面打插排水板, 间距0.8 m, 正方形布置;根据现状河道断面及淤泥深度, 要求排水板插入淤泥层以下0.5 m以上, 即上游围堰范围桩号“上0+020～上0+090”塑料排水板长16.5 m, 下游围堰范围桩号“下0+030～下0+130”塑料排水板长12.5 m。排水板完成打插完毕后, 上部填土至+3.0 m高程, 迎水面设编织袋装土子堤满足挡水要求, 顶高程+4.0 m;抛石护脚坡度为1∶4, 厚度为0.5～1.5 m;堤顶泥结石路面宽调整为6 m, 厚度为0.5 m。
3.2围堰稳定计算分析
具体“砂被+排水板”的改进堆载预压围堰填筑方案需通过试算获得, 计算采用如下主要假设:
(1) 淤泥处于正常固结状态且围堰填筑过程为等速加载过程;
(2) 淤泥竖向和水平向渗透系数相等, 即Kh=Kv;
(3) 砂被加筋作用按两端自由考虑;
(4) 排水固结涂抹比s=2.0;涂抹区水平向渗透系数与淤泥水平向渗透系数比值kh/ks=2.0;
(5) 淤泥层十字板剪切试验强度取平均值10.55 kPa。
计算步骤如下:
(1) 确定不同时间点, 插板堆载预压对淤泥固结度和抗剪强度提高值, 等速加载条件下, 固结时间t时, 对应总荷载的地基平均固结度采用修正高木俊介法计算:
式中:
计算预压荷载下淤泥某点某时间的抗剪强度按下式计算:
式中:τf t, τf 0分别为地基预压加固t时刻和地基加固前该点土体的抗剪强度, kPa;Δσz为预压荷载引起的该点的附加竖向应力, kPa;Ut为该点土的固结度;φcu为三轴固结不排水压缩试验求得的土的内摩擦角, (°) , 根据本工程地质勘察报告, 取10.3°。
(2) 对抗剪强度提高后的淤泥, 重新计算其地基承载力, 判断堆载 (即围堰已填筑部分) 是否满足地基承载力要求, 地基承载力计算采用Fellennius公式估算:
式中:Δτ为处理后土体抗剪强度增量Δτ=τf t-τf 0, kPa;Δp为地基承载力增量, kPa;k为安全系数, 取1.2。
(3) 考虑砂被加筋作用下, 计算围堰已填筑部分及其以下被加固淤泥的整体稳定性是否满足4级堤防正常运用条件下抗滑稳定安全系数1.15, 砂被加筋抗拉强度取56 kN/m, 砂被于填土之间的抗剪强度c1=0 kPa, φ1=12°, 考虑加筋作用边坡稳定设计采用加拿大Rocscience公司商业软件 Slide 5.01.4, 计算方法为瑞典条分法。
(4) 采用分层总和法计算围堰的最终沉降, 以确定补土至设计高程, 具体计算方法为:
式中:sf为最终变形量, m;e0i为第i层中点土自重应力所对应的孔隙比, 由室内固结试验e-p曲线查得;e1i为第i层中点土自重应力与附加应力之和所对应的孔隙比, 由室内固结试验e-p曲线查得;hi为第i层土层厚度, m;ξ为经验系数, 本工程取1.1。
通过以上计算步骤试算, 确定具体的设计方案, 计算结果见表2。
计算表明, 采用“砂被+排水板”改进排水固结方法可满足50 d内达到通车条件;在排水固结和砂被加筋共同作用下, 围堰可从+0.0 m开始, 5 d内一次直接填筑围堰至设计高程, 如不考虑加筋作用, 需延长堆载时间和通车时间。
4围堰施工及检测
4.1围堰施工
(1) 主要材料。
砂被采用250 g/m2聚丙烯编织布, 经纬向拉伸强度≥2 800 N/50 mm;砂被充填砂要求采用中细砂, 粒径大于0.075 mm的颗粒超过总质量的85%, 含泥量 (粒径小于0.005 mm黏粒所占的比例) 小于5%;排水插板采用SPB100系列整体式B型板;围堰填土采用黏土, 围堰填筑应该分层压实进行, 每层厚度不得超过0.3 m。
(2) 施工工序。
场地清理→船抛填土至0.0 m→铺设砂被→打设排水板→抛石护脚、护坡→砂被上填土至设计标高 (同时编织袋装土护面) 。
(3) 施工控制要求。
黏土填出水面之后, 开始砂被施工。砂被施工工期为5 d。砂被铺设完之后打设排水板, 塑料排水板工期为5 d。填土原则上5 d内等速填筑完毕, 速率根据施工期监测确定, 具体要求为:①在围堰填筑施工过程中, 沉降速率应小于20 mm/ d。②在围堰填筑施工过程中, 侧向位移速率应小于5 mm/d。
(4) 施工效果。
该工程基本按照设计要求的工期完成围堰填筑和通车, 在砂被保护下, 水下砂垫层厚度均匀, 排水效果良好。
4.2围堰检测
为检验围堰稳定, 为围堰通车提供依据, 围堰施工后30 d进行了原位十字板剪切试验, 十字板抗剪强度与原地质建议强度和理论计算强度值比较见图1。
十字板剪切试验检测结果表明, 经过“砂被+排水板”改进堆载预压方法处理后的淤泥抗剪强度明显增加, 并与理论计算显示相同的趋势。由于土体的各向异性, 夹层, 以及理论计算所采用的假设条件, 具体数值方面会有所差别。
5结语
本工程采用“砂被+排水板”改进排水固结法, 较为成功地解决滨海软土地区地基上围堰修筑的难题。
(1) 经过施工检验, “砂被+排水板”改进排水固结法可较好解决潮位以下砂垫层成形问题, 并可实现较好的排水效果。
(2) 在良好砂垫层和排水板共同作用下, 淤泥随时间固结效果良好, 地基抗剪强度及承载力在较短时间内提高1.0倍左右。
(3) 砂被除有效形成和保护排水垫层外, 还起到加筋作用, 对围堰抗滑稳定起到有利作用, 有效提升了围堰填筑和通车工期。
参考文献
[1]GB50286-98, 堤防工程设计规范[S].
[2]JGJ97-2002, 建筑地基处理技术规范[S].
【动力固结法】相关文章：
淤泥排水固结05-13
真空预压固结排水06-20
全尾砂固结材料孔结构参数的变化规律10-21
结构动力方程的振型分解精细积分法06-23
锚碇锚索拉杆在堆载预压淤泥排水固结场地基坑围护结构工程中的施工应用10-09
双波长催化动力学光度法测定亚硝酸根03-09
催化动力学分光光度法测定痕量双酚A06-05
动力探析05-07
变迁动力05-08
内在动力05-14