真空預壓加固軟土地基工法

2023-01-15 13:03:02 字數 4415 閱讀 4782

真空預壓法是在地基表面鋪設密封膜,通過特製的真空裝置抽真空,使密封膜下砂墊層內和土體中垂直排水通道內形成負壓,加速孔隙水排出,從而使土體固結、強度提高的軟土地基加固法。

真空預壓法適用於加固淤泥、淤泥質土和其他能夠排水固結而且能形成負超靜水壓力邊界條件的軟粘土。該法早在50年代初就已由瑞典的傑爾曼(提出,但直至70年代末期一直末能得到廣泛應用。2023年,交通部第一航務工程局科研所(天津港灣工程研究所)在天津新港開展現場試驗研究,解決了實用密封薄膜、抽真空裝置及關鍵施工工藝,使該法達到實用階段,並於2023年末成功地應用於天津新港軟基加固工程中。

2023年該法的研究列入「六五」國家科技攻關專案2023年通過國家技術鑑定,並獲「六五」國家科技攻關獎;2023年2月取得國家專利權(專利號(申請號)85108820),並於2023年被評為中國專利優秀獎;「七五」期間,該法被列為國家計委重點推廣新技術的第28項,同時被列為「七五」期間交通部《通達計畫》推廣新技術專案之一。目前,真空預壓法已在港口工程、石油、化工、建築、公用事業和機場等工程中得到實際應用,加固面積已超過150萬平方公尺,取得了良好的技術經濟效果。

一、真空預壓加固法的特點

真空預壓加固法有以下幾個特點:

(1)加固過程中土體除產生豎向壓縮外,還伴隨側向收縮,不會造成側向擠出,特別適於超軟土地基加固。

(2)一般膜下真空度可達600mmhg,等效荷重為80kpa,約相當於4.5m堆土荷載;真空預壓荷重可與堆載預壓荷重疊加,當需要大於80kpa的預壓加固荷重時,可與堆載預壓法同時使用,超出80kpa的預壓荷重由堆載預壓補足。

(3)真空預壓荷載不會引起地基失穩,因而施工時無須控制加荷速率,荷載可一次快速施加,加固速度快,工期短。

(4)施工機具和裝置簡單,便於操作;施工方便,作業效率高,加固費用低,適於大規模地基加固,易於推廣應用。

(5)不需要大量堆載材料,可避免材料運入、運出而造成的運輸緊張、周轉困難與施工干擾;施工中無噪音,無振動,不汙染環境。

(6)適於狹窄地段、邊坡附近的地基加固。

(7)需要充足、連續的電力**;加固時間不宜過長,否則,加固費用可能高於同等荷重的堆載預壓。

(8)在真空預壓加固過程中,加固區周圍將產生向加固區內的水平變形,加固區邊線以外約10m附近常發生裂縫。因此,在建築物附近施工時應注意抽真空期間地基水平變形對原有建築物所產生的影響。

二、真空預壓法的機理與基本效能

真空作用下土體的固結過程,是在總應力基本不變的情況下,孔隙水壓力降低、有效應力增長的過程。

抽真空時,先後在地表砂墊層及豎向排水通道內逐步形成負壓,使土體與排水通道、墊層之間形成壓差;在此壓差作用下,土體中的孔隙水不斷由排水通道排出,孔隙水壓力隨之降低、有效應力增長,從而使土體固結壓密。這樣,地基沉降在預壓加固階段基本完成,並獲得足夠的強度。因此,在經過真空預壓加固後的地基上施加建築物荷載時,既不會發生地基失穩問題,又不會產生有害的殘餘沉降與差異沉降。

本工法可使膜下真空度在10—20d內達到和維持在600mmug以上,可產生相當於80kpa的等效荷載。

三、施工工藝

真空預壓施工包括以下四個主要部分:

(1)採用不透氣的密封膜使加固地基與大氣隔絕;

(2)為使土體加速排水固結,在加固地基中設定排水通道(如塑料排水板);

(3)採用高效率的抽真空裝置;

(4)為了節能和安全正常運轉,需要安裝自動控制、記錄系統。

(一)施工工具

1、排水通道打設機

由於塑料排水板具有質量穩定、輕便可靠、打設速度快、加固效果好等優點,目前在真空預壓加固中已被廣泛採用,極少見到使用袋裝砂井及普通砂井的例項。

塑料排水板打設機可採用履帶式或軌道式等輕型裝置,其接地壓力應與加固地基相適應;當地基十分軟弱,地基承載力偏低時,往往需要對地基表層臨時處理,以適應打設機對地基承載力的要求。

打設方式可用振動錘打入,亦可用靜壓壓入。

採用目前常用塑料排水板打設機打設長度為20m左右的塑料排水板時,打設效率一般可達到1000—1500m/台班。

2、真空裝置及自控裝置

(1)真空裝置:φ48型射流幫浦、3ha—9型離心式水幫浦。

(2)自控裝置:自動控制、記錄儀。

(二)施工程式

本工法的施工程式如下:

(1)設定排水通道包括在軟基表面鋪設砂墊層和土體中打設排水通道。目前多採用塑料排水板作為豎向排水通道。採用套管法打設塑料排水板。

在鋼套管壓入地基土內之前,須先將塑料板放入套管,並在塑料板端部加管靴,這樣,當鋼套管壓入時,管靴和塑料板也隨之入土,拔出鋼套管時,塑料板靠管靴的阻力留置於土中,在地面將塑料板切斷,打設即完成。

1—排水通道;2—濾管;3—圍捻;4—出膜裝置;5—閥門;6—真空表;7—射流幫浦;8—離心幫浦;9—溝槽;10—水平排法;11—密封膜

(2)鋪設膜下濾管在打好塑料排水板的砂墊層上布設膜下濾管,並將濾管埋入砂墊層中。

(3)鋪設封閉薄膜。

(4)連線膜外管道和出膜裝置與抽真空裝置。

(5)安裝自動控制裝置。

(三)勞動組織

1、打設排水通道

每台班由4—5人組成,班長1人、操機工1)安裝自動控制裝置。

(三)勞動組織

1、打設排水通道

每台班由4—5人組成,班長1人、操機工1人、裝運工1人、測量工1人、電工1人。

2、真空裝置安裝與運轉

每台班6—8人,每日三班連續運轉。

(四)施工注意事項

(1)整平加固區場地,清除雜物,並鋪設砂墊層。為避免塑料密封破損,砂墊層表面不得存留石塊及其他尖利雜物。

(2)塑料排水板打設完畢並驗收合格後,應及時仔細地用砂墊層砂料把打設時在每根塑料排水板周圍形成的孔洞回填好,否則,抽真空時這些孔洞附近的密封薄膜很容易破損,造成漏氣,從而難以達到和維持要求的真空度。

(3)埋設膜下濾管時,綁紮過濾層的鉛絲頭均應朝向兩側,切忌朝上。濾管周圍須用砂填定,並用磁碟埋好,埋砂厚度以5cm左右為宜。砂料中的石塊、瓦礫等尖利雜物必須清除乾淨,以免扎破密封膜。

(4)鋪膜時須挖溝,挖出的土堆在溝邊平地上,不得堆在砂墊層上。還應避免砂粒滑入溝中。薄膜應事先仔細檢查,鋪設時四周應放到溝底,但不要拉得過緊。溝中回填的粘土要密實且不夾雜砂石。

(5)管道出膜處應與出膜裝置妥善連線,以保證密封性。膜外水平管道上應接有閥門。每台射流歷史意義和閥門外側均應裝有真空表,使用前應進行試抽檢查。

(6)整個真空系統安裝完畢後,記錄各觀測儀器的讀數,然後試運轉一次。發現漏氣等問題時應及時採取措施補救。

(7)抽真空期間必須保證電力連續**,不得中途斷電,以使真空度在最短時間內達到並長期維持設計值。

四、加固質量與效果檢驗

真空預壓期間,幫浦上真空度應大於700mmhg,膜下真空度應大於600mmhg。

採用以下方法檢驗真空預壓加固效果:

(1)鑽探取土進行室內土工試驗;

(2)現場十字板、靜力觸探等試驗;

(3)必要時進行載荷板試驗。

五、技術經濟分析

(1)1臺真空裝置的加固面積一般為1000—1500m2;

(2)加固後達到相當於80kpa堆載預壓的加固效果;

(3)與同等堆載預壓相比,一般可降低造價1/3、縮短工期1/、節約1/3。

六、工程應用例項

據不完全統計,目前國內真空預壓法加固軟基面積已超過150餘萬平方公尺,節約工程投資1000餘萬元。現舉幾個工程例項如下:

(一)天津新港東突堤真空預壓加固工程

該工程為天津新港新建突堤碼頭後方堆場加固處理工程,總加固面積48萬平方公尺。被加固土為在原軟粘土地基上新近吹填的超軟粘土地基,土質為淤泥、淤泥質粘土及淤泥質亞粘土,含小量大、壓縮性高、強度低。

該工程為國際招標工程。因為加固面積大,工期要求緊,且缺乏堆載材料,所以普通堆載預壓不但造價高,而且無法按預定工期要求完成。交通部一航局採用真空預壓法作為代案以最低價中標,並自2023年6月至2023年11月僅用29個月就完成了全部加固工程,比原定工期提前兩個月。

該加固工程採用塑料排水板作水豎向排水通道,板距1.3m,正方形布置,板長20m(部分長板達24.5m)。

整個加固工程分為72個區段逐塊進行,平均每個加固單元面積為6700m2,最大加固單元2.25萬平方公尺。

每塊加固單元抽氣10—20d膜下真空度均能達到600mmhg以上,預壓120—150d總沉降量達1.7m。加固後土體固結度大於90%,強度、殘餘沉降量均滿足設計要求。

與堆載預壓相比,該工程節約工程投資500餘萬元。

該堆場現已投產使用近五年,使用情況良好,未發生過大沉降與差異沉降。

(二)山東省濟南遙墻機場跑道加固工程

該工程主跑道長2600m、寬60m、其中長2667.5m(包括防吹坪)、寬49m,總面積14.5萬平方公尺採用塑料排水板真空預壓法加固

該地基表面為2—3m粉砂,以下為亞粘土,深7.5—11.5m處為淤泥質粘土及淤泥。

表層2—3m粉土對採用真空預壓十分不利,如不採取特殊密封措施很難達到並維持較高的真空度。為此,在每個加固單元周圍的表層粉砂中用深層拌合機設定了粘土拌合密封牆,抽真空80—90d地基固結沉降20—25cm,固結度大於95%,各項物理力學指標均有明顯提高。全部工程僅用14個月完成,比原定工期縮短1個月。

該機場2023年投產,跑道執行正常。

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