津?yàn)I輕軌軟基加固真空預(yù)壓法施工
摘 要:介紹真空預(yù)壓法在城市輕軌軟基處理中的應(yīng)用,并與其他方法進(jìn)行對(duì)比分析,認(rèn)為真空預(yù)壓法施工工藝成熟、施工方法簡(jiǎn)單、能增加地基穩(wěn)定性、縮短施工工期,可作為城市輕軌軟基加固的一種手段進(jìn)一步推廣。關(guān)鍵詞:軟土路基; 真空預(yù)壓法; 加固1 工程概述
天津市區(qū)至濱海新區(qū)快速軌道交通工程路基部分長(zhǎng)5. 486 km 。本施工段位于天津市開發(fā)區(qū),全長(zhǎng)1. 1 km , 該段地基為典型海相沉積和早期吹填形成的軟土地基,軟土層厚度為10～15 m , 其含水量大、密度小、壓縮性大、強(qiáng)度低,且地下水對(duì)混凝土具有中等硫酸鹽侵蝕性。
2 方案選擇
軟土路基處理方法基本有淺層處理法、復(fù)合地基法及固結(jié)排水法。淺層處理法有換土、拋石排淤、反壓護(hù)道及排水砂墊層等; 排水固結(jié)法有砂井、袋裝砂井、塑料排水板等;復(fù)合地基法有水泥攪拌樁、旋噴樁及粉噴樁等。淺層處理一般適用于軟土層埋深淺、厚度小、上部覆蓋層較薄的情況;復(fù)合地基法施工期短,施工方便,見效快,適用于中等厚度軟土,但加固深度一般小于10 m ; 固結(jié)排水法適用于厚層軟基,為避免工程工后沉降,一般要預(yù)壓,預(yù)壓期較長(zhǎng),預(yù)壓土方量大。由于本段軟基厚度均大于10 m , 為了減少預(yù)壓土方,縮短工期,決定該段軟基加固采用真空預(yù)壓法施工。
3 真空預(yù)壓排水固結(jié)法加固軟基工作原理及施工工藝
3. 1 工作原理
真空預(yù)壓排水固結(jié)法對(duì)被加固軟基抽真空形成的大氣壓差作為預(yù)壓荷載,通過排水通道傳至設(shè)計(jì)深度, 沿深度基本呈矩形分布,真空預(yù)壓排水固結(jié)法加固軟基90 kPa 預(yù)壓荷載,不需要施加實(shí)體荷載,軟基預(yù)壓排水是在真空吸、擠壓共同作用下完成。
3. 2 施工工藝
本段軟基加固工程特點(diǎn)為:加固面呈細(xì)長(zhǎng)狀,加固區(qū)以東為以工業(yè)垃圾為主填筑起來的綠化堤。
(1) 鋪設(shè)墊層。首先清理干凈地基表面的雜物,然后填筑70 cm 素土及30 cm 排水砂墊層,并碾壓密實(shí)。
(2) 塑料排水板的施工。根據(jù)飽和軟粘土特性,設(shè)計(jì)排水板間距為l m , 采取正三角形排列,平均打設(shè)深度為18 m 。現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)塑料排水板布置范圍及間距,用木片準(zhǔn)確定出每個(gè)塑料排水板的打設(shè)位置,排水板采用門架型插板機(jī)打設(shè),插板機(jī)基礎(chǔ)要設(shè)置穩(wěn)固,保證其平衡度滿足穩(wěn)定性要求。塑料排水板穿過空心套管, 插打至設(shè)計(jì)位置,套管靴頭采用鐵質(zhì)靴頭。
(3) 板頭處理。當(dāng)套管打設(shè)至預(yù)定位置后,將塑料排水板剪斷,保證塑料排水板深入砂墊層至少25 cm , 并將其豎直地埋入砂墊層中。真空預(yù)壓排水固結(jié)法加固軟基斷面見圖1 。
(4) 真空分布管,膜下真空壓力觀測(cè)點(diǎn)及真空泵布置工藝。塑料排水板全部打設(shè)完成并處理好板頭后, 于加固范圍四周開挖密封溝。密封溝開挖完成后,人工整平場(chǎng)地,鋪設(shè)2 cm 厚砂墊層,并于砂墊層內(nèi)布設(shè)真空管路。管路布設(shè)完成后,覆蓋3 層聚乙烯閉氣薄膜,薄膜邊緣埋入密封溝內(nèi),溝內(nèi)用粘土回填夯實(shí),形成高出薄膜不小于20 cm 堵水圍堰,薄膜上覆蓋10～ 20 cm 水。膜上覆水應(yīng)在真空試抽,膜內(nèi)真空度達(dá)到90 kPa , 確信密封系統(tǒng)不存在問題時(shí)方可進(jìn)行。停止預(yù)壓時(shí)地基的固結(jié)度應(yīng)大于90 % , 當(dāng)連續(xù)5 d 不大于 1. 5 mm/d , 即可停止抽氣。
(5) 表面綜合沉降觀測(cè)點(diǎn)布置工藝。為取得比較完整的綜合沉降數(shù)據(jù),考慮細(xì)長(zhǎng)加固區(qū)對(duì)加固區(qū)外的影響,打塑料排水板前、后,真空預(yù)壓前、后,對(duì)加固區(qū)進(jìn)行5 m ×5 m 網(wǎng)格高程測(cè)量。真空預(yù)壓加固過程綜合沉降變化規(guī)律,由設(shè)在表面的沉降標(biāo)點(diǎn)來完成。
圖1 真空預(yù)壓排水固結(jié)法加固軟基施工斷面(單位:m)
(6) 施工主要設(shè)備① 塑料板打射機(jī)(小門架型20 m) 3 臺(tái);
② 專用射流真空泵 30 套;
③ 潛水泵 3 臺(tái);
④ 四芯電纜(50 mm2) 1 000 m ;
⑤ 四芯電纜(4～6mm2) 3 000 m 。
(7) 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及監(jiān)測(cè)
為了更好地指導(dǎo)施工,驗(yàn)證軟基的加固效果,施工前選取2 個(gè)斷面進(jìn)行觀測(cè)。在這2 個(gè)觀測(cè)斷面的中心位置鉆探,進(jìn)行原狀土的各種物理力學(xué)指標(biāo)及真空試驗(yàn),并做十字板剪切強(qiáng)度試驗(yàn),真空預(yù)壓加固完成后在相近位置進(jìn)行相同試驗(yàn),并對(duì)加固前后物理力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析。
塑料排水板打完后,在上述2 個(gè)觀測(cè)斷面線路中心、坡腳位置埋設(shè)孔隙水壓力、分層沉降管,左側(cè)密封溝外埋設(shè)測(cè)斜管及水位管;于斷面線路中心、兩側(cè)路肩及坡腳位置膜面布設(shè)沉降板進(jìn)行沉降觀測(cè),線路坡腳位置膜下設(shè)真空度儀。
4 軟基加固中需注意的問題及采取的措施
(1) 在塑料排水板打設(shè)施工中,必須確保塑料板平面位置、傾斜度及打設(shè)深度均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
(2) 按質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格選擇塑料排水板,保證濾膜滲水、板芯導(dǎo)槽輸水及真空壓力向深度傳遞符合技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),這是關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。
(3) 應(yīng)采用經(jīng)過多項(xiàng)軟基加固工程考驗(yàn)的真空密封系統(tǒng):
① 選好排水砂墊層的砂料,符合技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),以確保排水阻力及真空壓力傳遞近于零;
② 選擇滿足集水要求的濾管及外包濾膜,不漏砂, 致使其具有充分的滲水面積,以保證滲流集水,傳遞真空壓力的要求;
③ 應(yīng)用密封效果好的出膜裝置,該裝置是射流真空泵與真空分布管連接的紐帶,為一組帶止水線的法蘭結(jié)構(gòu),具有密閉效果好,便于安裝,停泵逆止的功能, 保持膜下真空壓力的穩(wěn)定性;
④ 選用真空效率高、真空壓力損失小的射流真空泵為真空預(yù)壓排水固結(jié)法加固軟基動(dòng)力源。
(4) 徹底清理真空預(yù)壓加固軟基范圍內(nèi)的雜物,確保周邊的密封條件,認(rèn)真做好密封層,確保真空預(yù)壓力的穩(wěn)定性。
(5) 該線路軟基加固工程,在真空預(yù)壓加固初期, 增加真空泵的數(shù)量,降低每臺(tái)泵承擔(dān)的加固面積,以彌補(bǔ)側(cè)面真空壓力損失,確保90 kPa 真空預(yù)壓荷載升壓規(guī)律,并保持穩(wěn)定。
5 采用真空預(yù)壓法施工加固效果分析
(1) 經(jīng)濟(jì)分析。真空預(yù)壓法與復(fù)合地基法比較,可大量節(jié)約經(jīng)費(fèi),節(jié)約投資達(dá)60 % 。
(2) 承載力強(qiáng)度及變形分析。真空預(yù)壓法加固后, 軟基得到整體加固,有害沉降基本消除,承載力可達(dá)到100 kPa 以上,完全滿足設(shè)計(jì)要求。真空預(yù)壓可產(chǎn)生90 kPa 等效荷載,土體上30 cm 砂墊層和表面20 cm 覆水可產(chǎn)生10 kPa 的等效荷載,因此,土體相當(dāng)于經(jīng)過100 kPa 等效荷載預(yù)壓。預(yù)壓后進(jìn)行荷載板試驗(yàn),地基承載力可達(dá)120～160 kPa 。
(3) 工期分析。真空預(yù)壓法不存在有害介質(zhì)侵蝕問題,無須進(jìn)行浸泡試驗(yàn),節(jié)省了工期。本方案位于全線終點(diǎn)部分,鋪軌工程自線路中心向兩端進(jìn)行,有足夠的時(shí)間提供給真空預(yù)壓所需的3 個(gè)月工期。
6 結(jié)語
真空預(yù)壓排水固結(jié)法是以消除軟基有害變形,改善軟基自身性能的較理想方法。路基施工中軟基處理占用大部分工期,使本來需半年完成的工程縮短至3 個(gè)多月,大大節(jié)省了工期。該種施工方法對(duì)于天津沿海地區(qū)軟土地基的處理十分有效,且施工時(shí)間短,加固費(fèi)用低,加固效果好,特別是深層加固效果更好,值得在該種地質(zhì)條件施工中廣泛采用。
