真空預壓法地基處理設計及加固效果分析

2018-07-27 07:53:08胡尉彬楊勤鋒

浙江建筑 2018年7期

陳赟,胡尉彬,楊勤鋒

(1.浙江大學建筑設計研究院有限公司,浙江杭州 310028;2.浙江國豐集團有限公司，浙江杭州 311200)

真空預壓法最早由Kjiellman(1952)[1]提出,是處理和加固軟土地基的有效方法,經過大量的理論研究和工程實踐,逐漸形成了一套基本成熟的理論體系和施工工藝。隨著經濟建設的迅猛發展和陸地資源的日趨緊張,大面積的圍海吹填造陸成為沿海地區土地開發的重要手段,真空預壓法被廣泛應用于吹填土地基的處理。

1 工程概況與地質條件

1.1 工程概況

某液體化工罐區工程位于河北省滄州市,場地原為潮間帶淺灘,2014年經人工吹填而成陸地,地表高程5.06～5.85 m,場地東西長734.75 m至739.23 m,南北寬497 m,面積為366 329.82 m2,要求先期進行地基處理,以提高場地地基承載力,場地標高5.5 m。

1.2 地質條件

根據巖土工程勘察報告,本工程所涉及的各地基土層為：①沖填土,黃灰色,流塑,由淤泥及淤泥質土、黏性土、粉土組成,含有機質成分,巖性極不均勻。堆填方式為人工沖填,沖填年限約為1.5年,高壓縮性；②淤泥質黏土,淺灰色,軟塑—流塑,切面有光澤,韌性高,干強度高,含有機質成分及貝殼碎片,巖性較均勻,高壓縮性；②-1粉土,淺灰色,稍密,飽和,搖震反應中等,韌性低,干強度低,含貝殼碎片,巖性較均勻,中壓縮性；③粉質黏土,灰色,可塑—軟塑,切面稍有光澤,韌性中等,干強度中等,夾粉土及淤泥質土薄層,局部呈互層狀分布,含貝殼碎片,巖性不均勻,中壓縮性；④淤泥質黏土,灰色,軟塑—流塑,切面有光澤,韌性高,干強度高,含有機質成分及貝殼碎片,巖性較均勻,高壓縮性；⑤黏土,灰黃色,可塑—軟塑,切面有光澤,韌性高,干強度高,具銹染及灰綠染,巖性較均勻,中—高壓縮性；⑤-1粉土,灰黃色,中密,飽和,搖震反應迅速,韌性低,干強度低,具銹染及灰綠染,巖性較均勻,中壓縮性；⑥粉土,灰黃色,中密,飽和,搖震反應迅速,韌性低,干強度低,具銹染及灰綠染,巖性較均勻,中—低壓縮性。土層的物理力學性質指標見表1。

表1 各地基土層的物理力學性質指標

2 地基處理設計

2.1 地基處理設計

根據本工程地質條件、周邊環境及工期要求,采用真空預壓法進行地基處理。真空預壓處理面積為330 991.69 m2,共分為A1～A16共16個預壓分區；已建二港池圍堰西側區域及舊圍堤堤身兩側直接采用換填法進行處理,面積為35 338.13 m2。地基處理總平面圖見圖1。真空預壓法包括壓力系統、排水系統和密封系統三個方面。

1)壓力系統要求膜下真空度穩定地保持在650 mmHg(相當于85 kPa)以上。穩定抽氣72 h后可開始計時,并轉入正常抽真空階段有效滿載預壓時間為120 d。

2)排水系統 ①水平排水通道：在工作墊層上鋪設0.5 m厚的中粗砂墊層,形成水平向排水通道。②垂直排水通道：采用塑料排水板作為垂直排水通道,排水板間距1.0 m,按正方形布置,板底深度17.5 m,穿越4號淤泥質黏土層進入5號黏土層。

3)密封系統采用三層聚乙烯或聚氯乙烯薄膜,壓膜溝必須切斷透水層,最淺進入不透水層頂面以下500 mm,壓膜溝處的密封膜上的覆土厚度不小于1 m。在真空預壓邊線位置設置黏土帷幕墻,采用雙排φ700@500水泥攪拌樁施工,墻厚1.2 m,墻底深度15.5 m。

4)預壓穩定、卸荷標準 ①固結度≥85%(按沉降量曲線計算)。②連續5～10 d的平均沉降量不大于2.0 mm/d。③有效滿載預壓時間不少于120 d。

2.2 施工工序及質量要求

1)鋪設編織布、荊笆、竹笆及土工布：在原吹填泥面上首先鋪一層150 g/m2編織布,鋪設兩層荊笆(或兩層竹笆),然后在荊笆上鋪設一層300 g/m2土工布,鋪設范圍為地基處理邊線外擴4.5 m。

2)鋪砂墊層：在土工布上鋪筑中粗砂墊層,厚度0.5 m,砂的含泥量不大于5%,干密度應大于1.5 t/m3,滲透系數大于5×10-3cm/s。

3)打設塑料排水板：根據設計要求打設塑料排水板,塑料排水板在砂墊層表面外露不小于0.25 m。打設最后一根塑料排水板距加固區邊界不大于0.5 m。打板后應將板口處淤泥清除干凈,再將板頭埋入砂墊層中間。

4)鋪設濾管、安裝射流泵。

5)施工黏土帷幕墻、挖壓膜溝、鋪密封膜。

6)連接抽真空設備，泵開啟時應分批、均勻開啟,試抽氣，檢查，達到設計要求并穩定抽氣72 h后正式抽氣，開始計時。

7)卸載：滿載預壓120 d并達到卸荷標準后停泵卸載,真空預壓結束。

8)真空預壓卸載后,分層回填素土至標高5.5 m,每層厚度不大于0.5 m,對場地進行碾壓整平。

3 加固效果分析

為了檢驗加固區真空預壓后的加固效果,更好地掌握軟基加固過程中各土層固結、沉降及側向變形等變化,確定卸載時間,對軟基在加固期間的表層沉降、膜下真空度、孔隙水壓力、土體側向位移、地下水位、分層沉降值隨加固時間變化等情況進行了觀測。同時,加固前、后對軟基進行十字板抗剪強度試驗及室內土工試驗等,檢驗處理效果。測試點布置見圖1,部分測試結果見表2。

表2 地基處理部分測試結果

圖2 A3、A4、A7、A8、A11、A12區抽真空期間表層平均累計沉降量曲線

圖3 A9區抽真空期間分層沉降量曲線

1)根據監測數據,抽真空前期隨著膜下真空度的快速升高,地基土產生較大的沉降變形,表層沉降速率較大,且地基壓縮變形主要發生在地表以下10 m深度范圍內,淺層土體的沉降速率及沉降量大于深層土體,見圖2、圖3；孔隙水從土體中排出,孔隙水壓力開始快速消散,孔隙比逐漸降低；加固區邊界外側地下水位逐漸降低,見圖4；加固區東側邊界外土體深層水平位移逐漸增大,位移主要發生在16 m深度范圍內,位移量隨著深度的增加而逐漸減小,最大位移值發生在表層位置,位移方向朝向加固區方向。地基處理中后期膜下真空度基本保持不變,各項監測數據的變化速率逐漸減小,累計變化量逐漸趨于穩定。