真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法的設(shè)計(jì)及應(yīng)用探討

唐江龍

(廣西翔路建設(shè)有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

我國(guó)分布著較大范圍的軟土地基，其特點(diǎn)為：低強(qiáng)度、大壓縮性、大含水量，難以滿足工程建設(shè)的需要。而隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，港口、工民建、市政道路、機(jī)場(chǎng)跑道等大量構(gòu)筑物需在軟土地基上修筑，因此，必須對(duì)軟土地基進(jìn)行處理以滿足各項(xiàng)工程實(shí)踐要求。

1 方法簡(jiǎn)介

真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法在1952年由瑞典教授杰爾曼(w.Kjellman)提出，經(jīng)眾多科研人員潛心研究、在施工材料與機(jī)械不斷發(fā)展的條件下，直到20世紀(jì)80年代才日趨完善。該方法適用于含水量高、強(qiáng)度低、壓縮性大的一般軟黏土地基，具有施工周期相對(duì)較短、固結(jié)速度相對(duì)較快、強(qiáng)度高、施工過程中不易產(chǎn)生滑移等特點(diǎn)。

2 加固原理

真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法是將真空預(yù)壓和堆載排水固結(jié)聯(lián)合使用的方法，該方法加固地基的目的主要有：(1)為消除完工后地基沉降變形而加速施工期的沉降變形；(2)為增加地基在建設(shè)期和完工后的穩(wěn)定性及地基承載力而提高地基強(qiáng)度。

真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法是在需要加固的地基內(nèi)設(shè)置排水通道(一般采用砂井或塑料排水板)，然后在地面鋪設(shè)砂墊層，砂墊層上部加載，以增加土中的附加應(yīng)力；同時(shí)與大氣隔絕(一般在砂墊層上覆蓋密封膜等不透氣材料)，通過排水通道縮短孔隙水的排出途徑，用真空裝置進(jìn)行抽氣，排出膜內(nèi)空氣，借助大氣壓力，同時(shí)在堆載預(yù)壓下，兩者聯(lián)合發(fā)揮作用，加快土體固結(jié)收縮。

3 設(shè)計(jì)與計(jì)算

3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定

3.1.1 最終沉降近似估算

真空預(yù)壓最終沉降δ∞可表示成式(1)：

δ∞=CμCACHHCβqJs(∞)

(1)

式中Cμ——泊松比修正系數(shù)；

CA——加固區(qū)面積修正系數(shù)；

CH——砂井長(zhǎng)度修正系數(shù)；

H——砂井長(zhǎng)度；

Cβ——加固區(qū)長(zhǎng)寬比修正系數(shù)；

q——膜下真空壓力；

Js(∞)——柔面函數(shù)穩(wěn)定值。

粘彈性土路基可采用麥欽特模型模擬計(jì)算：

(2)

若采用彈性土體：

(3)

3.1.2 固結(jié)度的計(jì)算

計(jì)算得出最終沉降結(jié)果后，位移時(shí)程曲線可由變形比R求得。

如充分考慮涂抹和井阻影響水平和豎向滲流共同作用，一般采用麥欽特模型計(jì)算，地基內(nèi)總平均固結(jié)度U計(jì)算公式可表示為式(4)：

(4)

變形比R的計(jì)算公式可表示為式(5)：

(5)

式中：γω——水的重力密度；

kv——原狀黏土豎向滲透系數(shù)；

kh——水平向滲透系數(shù)；

re——單井有效排水區(qū)半徑；

f——井徑比和涂抹影響函數(shù)。

ks——涂抹區(qū)滲透系數(shù)；

kw——砂井中滲透系數(shù)。

其余符號(hào)同上。

3.2 設(shè)計(jì)步驟

真空聯(lián)合堆載預(yù)壓處理地基設(shè)計(jì)計(jì)算方法為：

(1)根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告提交資料確定各種計(jì)算指標(biāo)及參數(shù)；

(2)根據(jù)項(xiàng)目沿線材料供應(yīng)情況，確定砂井情況(砂井類型、半徑、滲透系數(shù)等)；

(3)根據(jù)初步確定膜下真空壓力q值，初步確定堆載預(yù)壓荷載值(堆載填土高度)；

(4)確定砂井長(zhǎng)度和加固深度；

(5)計(jì)算確定最終沉降；

(6)計(jì)算確定砂井間距或真空歷時(shí)；

(7)校核沉降計(jì)算結(jié)果。

4 工程實(shí)例

4.1 工程地質(zhì)概況

某道路穿越河口淤積平原區(qū)，該區(qū)域地面坡度平緩，高程在0.4～3.0 m，最低為0.0 m，河溝縱橫，多為魚塘，少量農(nóng)田、耕地。地層上部結(jié)構(gòu)為河口三角洲沉積的軟土淤泥和淤泥質(zhì)土，下部為風(fēng)化殘積土，基底為古生代寒武系變質(zhì)砂巖，中生代侵入花崗巖分布其間淤泥、淤泥質(zhì)土呈流塑—軟塑狀，擾動(dòng)易失水離析，具含水量高、壓縮性高、靈敏度高、欠固結(jié)、低承載力等特點(diǎn)，工程性質(zhì)較差。

工程地質(zhì)評(píng)價(jià)該段路基其上部濱海相淤泥屬不良地基土，據(jù)其物理力學(xué)特征，具有壓縮性高(a1-2≥0.5)、靈敏度高(St為4.0～8.2)、欠固結(jié)(Pc

經(jīng)初步測(cè)算，采用水泥攪拌樁處理地基價(jià)格約175元/m2，真空聯(lián)合堆載預(yù)壓處理地基價(jià)格約135元/m2，結(jié)合本項(xiàng)目地形、造價(jià)等綜合比選，設(shè)計(jì)擬采用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法進(jìn)行地基處理。

4.2 工程處理及施工要求

(1)施工應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范規(guī)定的要求進(jìn)行。

(2)施工前應(yīng)先排除地面水，后平整場(chǎng)地。場(chǎng)地平整遇有起伏地面時(shí)，為更好排除地面及地下水，應(yīng)將原地表削成一斜面。場(chǎng)地平整后再填筑墊層(一般采用砂礫石，厚度不小于設(shè)計(jì)規(guī)定值)，埋設(shè)塑料排水板和排水濾管(坡腳采用漿砌片塊石護(hù)腳以方便排水同時(shí)預(yù)防墊層細(xì)粒顆粒流失)。

(3)為保證排水效果，砂礫石墊層所用天然砂礫料須級(jí)配良好、最大粒徑≤50 mm、無雜質(zhì)、含泥量不得大于規(guī)范規(guī)定值。同時(shí)砂礫石在施工過程中應(yīng)避免引起軟土隆起或過大擾動(dòng)。

(4)埋設(shè)塑料排水板時(shí)按要求呈正三角形布置，嚴(yán)禁出現(xiàn)扭曲、斷裂等現(xiàn)象，其間距尺寸按設(shè)計(jì)規(guī)定埋設(shè)(誤差≤15 cm、垂直度≤2.0%)，埋設(shè)深度不小于設(shè)計(jì)值，表露墊層上的塑料排水板長(zhǎng)度≥20 cm。

(5)縱橫交錯(cuò)埋設(shè)排水管，排水管埋設(shè)深度不小于設(shè)計(jì)值，同時(shí)主管應(yīng)預(yù)留連接真空泵空間。在埋設(shè)排水管的同時(shí)埋設(shè)孔隙水壓力儀、測(cè)斜儀、沉降標(biāo)等監(jiān)測(cè)儀器。

(6)路基應(yīng)按規(guī)范要求分層填筑，時(shí)間不得小于設(shè)計(jì)規(guī)定值。填筑時(shí)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行觀測(cè)，以便指導(dǎo)施工時(shí)的填筑速度，避免失穩(wěn)造成路基剪滑破壞。以路基中線沉降速率、路基坡腳水平位移速率為控制標(biāo)準(zhǔn)(不大于設(shè)計(jì)規(guī)定值)。超過設(shè)計(jì)規(guī)定控制標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)立即停止填筑，及時(shí)通知監(jiān)理單位、建設(shè)單位和設(shè)計(jì)單位。實(shí)際觀測(cè)路基沉降穩(wěn)定(觀測(cè)時(shí)間及沉降量不大于設(shè)計(jì)規(guī)定值)后方可進(jìn)行路面施工。

(7)路基處理完成以后，方可進(jìn)行路基邊坡、排水及路面底基層的施工。

4.3 加固效果

經(jīng)真空聯(lián)合堆載預(yù)壓處理6個(gè)月后，實(shí)測(cè)地基承載力特征值達(dá)到80 kPa，地基承載力極限值達(dá)到160 kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)測(cè)最大沉降值為78.5 cm(小于設(shè)計(jì)規(guī)定90 cm)，實(shí)測(cè)工后沉降2.6 cm(小于理論工后沉降9.4 cm)。

5 結(jié)語

(1)真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法加固地基具有良好的經(jīng)濟(jì)性，較其它處理方式節(jié)約投資約20%。

(2)真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法加固地基工期短，6個(gè)月后地基承載力就能滿足設(shè)計(jì)要求；而其它處理方式一般要10～12個(gè)月時(shí)間。

(3)真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法加固地基有良好的加固效果，實(shí)測(cè)沉降值一般小于理論計(jì)算值，地基穩(wěn)定性較好。

(4)真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法處理地基工期短、技術(shù)成熟、可靠、經(jīng)濟(jì)合理，在眾多項(xiàng)目建設(shè)中使用，已取得良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。