真空堆載聯(lián)合預(yù)壓在溫州圍墾區(qū)市政道路中的應(yīng)用

王榮芳

(天津市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司 天津市 300191)

0 引言

真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法[1]對(duì)于處理深厚淤泥及淤泥質(zhì)土具有處理效果好、加荷時(shí)間短、施工安全方便、地基不易失穩(wěn)[2-3]、經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)，其設(shè)計(jì)理論、施工工藝等都已經(jīng)比較成熟，在沿海圍墾區(qū)淤泥及淤泥質(zhì)土地基處理中得到了廣泛應(yīng)用。以溫州圍墾區(qū)市政道路項(xiàng)目為依托，結(jié)合真空堆載預(yù)壓軟土地基處理的監(jiān)測(cè)成果，統(tǒng)計(jì)分析真空堆載預(yù)壓處理地基的沉降變形和土體特性、參數(shù)的變化規(guī)律，為理論研究提供參考資料，也為以后類(lèi)似工程的地基處理提供參考依據(jù)。

1 項(xiàng)目概況

1.1 工程概況

項(xiàng)目區(qū)位于溫州市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)濱海新城甌飛起步區(qū)內(nèi)，甌江與飛云江之間的灘涂，東臨東海。本次擬建工程為圍墾起步區(qū)內(nèi)的12條市政道路及配套工程，其中主干路2條，次干路4條，支路6條，道路寬度20～50m。

1.2 主要技術(shù)指標(biāo)

(1)路基工后沉降：一般路段≤30cm。

(2)地基承載力≥80kPa。

(3)連續(xù)5晝夜實(shí)測(cè)沉降速率≤0.5mm/d；根據(jù)實(shí)測(cè)沉降曲線推算的固結(jié)度≥85%；殘余沉降或工后沉降值滿足設(shè)計(jì)要求。

1.3 工程地質(zhì)概況

項(xiàng)目區(qū)地貌屬海積平原，現(xiàn)狀場(chǎng)地均為淺灘吹填，場(chǎng)地表層5m沖填土進(jìn)行過(guò)塑料排水板預(yù)處理，地形相對(duì)平坦。本次勘察路段在勘探深度范圍內(nèi)巖土層劃分為7個(gè)工程地質(zhì)層組，14個(gè)工程地質(zhì)層及1個(gè)夾層。其中第1層為吹填土層，第2、第3層為海積相的淤泥和淤泥質(zhì)土，其物理力學(xué)性質(zhì)均較差，承載力低，各軟土分層厚度及參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 巖土分層及其參數(shù)

2 道路軟基處理方案

2.1 軟基方案比選

目前國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)了很多適用于吹填土的處理方法，最常用的是復(fù)合地基法及排水固結(jié)法。

復(fù)合地基法是指在地基處理過(guò)程中對(duì)天然地基部分土體采取增強(qiáng)、置換、加筋等措施，由天然地基土體和增強(qiáng)體兩部分組成的人工地基，其本質(zhì)是通過(guò)樁和樁間土共同直接承擔(dān)荷載，能夠有效地減少軟土層的總沉降和工后沉降，縮短工程工期。目前比較常用的復(fù)合地基方法有水泥攪拌樁、旋噴樁、灰土擠密樁、CFG樁等。

排水固結(jié)法其基本原理是軟土地基在附加荷載的作用下，逐漸排出孔隙水，使孔隙比減小，產(chǎn)生固結(jié)變形，隨著土體超靜孔隙水壓力的逐漸消散，土的有效應(yīng)力增加，地基抗剪強(qiáng)度相應(yīng)增加，并使沉降提前完成[4-5]。目前比較常用的復(fù)合地基方法有堆載預(yù)壓、真空預(yù)壓、真空堆載聯(lián)合預(yù)壓等。

表2 軟基路基處理方案對(duì)比表

由表2可以看出，真空堆載聯(lián)合預(yù)壓造價(jià)遠(yuǎn)低于水泥攪拌樁和旋噴樁，其兼具了堆載預(yù)壓、真空預(yù)壓的特點(diǎn)，具有處理效果好、加荷時(shí)間短、施工安全方便、地基不易失穩(wěn)、經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)，因此該工程選用真空堆載聯(lián)合預(yù)壓進(jìn)行軟基處理。

2.2 設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)

道路軟基處理采用真空堆載聯(lián)合預(yù)壓，處理面積約210000m2。結(jié)合道路平面位置情況，共分為10個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)面積不超過(guò)25000m2。

主要施工工藝包括：場(chǎng)地平整→鋪設(shè)高強(qiáng)度編織布→打設(shè)塑料排水板→布設(shè)排水主管、支管→連接塑料排水板、排水管→鋪設(shè)2布2膜→施工密封溝(密封墻)→連接抽真空設(shè)備→埋設(shè)監(jiān)測(cè)儀器→抽真空→堆載→抽真空→滿足設(shè)計(jì)要求后卸載→效果檢測(cè)。

圖1 真空堆載聯(lián)合預(yù)壓橫斷面圖

(1)排水系統(tǒng)

豎向排水系統(tǒng)采用B型塑料排水板，間距1m，板長(zhǎng)20m。水平排水系統(tǒng)采用直連技術(shù)，通過(guò)使用蝶形排水接頭將排水主管、支管和塑料排水板直接相連，消除傳統(tǒng)真空預(yù)壓工藝真空度傳遞過(guò)程中砂墊層、濾管、濾膜的阻尼作用，提高了真空荷載的利用效率，進(jìn)而提高土體和排水板的壓力差，增加有效應(yīng)力，縮短加固時(shí)間，提升加固效果。由于現(xiàn)狀地表均為淤泥質(zhì)土，為防止塑料排水板與管道接頭的堵塞，本次保留了30cm砂墊層，同時(shí)可作為水平排水通道，與傳統(tǒng)真空預(yù)壓50～60cm砂墊層相比，大大節(jié)約了中粗砂資源，降低了材料的使用費(fèi)用，具有十分良好的經(jīng)濟(jì)效益。

(2)密封系統(tǒng)

密封系統(tǒng)采用2步2膜工藝(2層無(wú)紡?fù)凉げ?2層防水土工膜)，外側(cè)設(shè)置粘土密封溝，確保加固土體與大氣的有效隔絕。對(duì)于部分淤泥夾砂路段，外側(cè)設(shè)置15m粘土密封墻，密封腔穿透淤泥夾砂層，進(jìn)入下層淤泥層≥2m。粘土密封墻采用雙排攪拌樁工法施工，樁徑0.7m，搭接寬度≥0.2m，滲透系數(shù)≤1×10-6m/s。

(3)抽真空系統(tǒng)

采用真空射流泵，射流泵裝置按1000m2左右布置一套，真空壓力不應(yīng)小于95kPa，膜下真空壓力不小于85kPa。

(4)堆載

膜上堆載高度1.5m，堆載在真空預(yù)壓滿載30d后進(jìn)行，采用場(chǎng)地內(nèi)開(kāi)挖土方進(jìn)行堆載。為避免造成防滲土工膜的破壞，膜上堆載應(yīng)分級(jí)加載，每級(jí)堆載高度0.5m，加載過(guò)程中地基向加固區(qū)外的側(cè)向位移速率應(yīng)小于5mm/d，沉降速率應(yīng)小于30mm/d。

(5)沉降計(jì)算

依據(jù)巖土工程勘察資料，用分層總和法對(duì)沉降進(jìn)行計(jì)算，將真空度(大氣壓力差)85kPa和1.5m土方堆載25kPa作為附加應(yīng)力計(jì)算真空堆載聯(lián)合預(yù)壓的沉降，采用理正巖土7.0進(jìn)行分析計(jì)算，壓縮參數(shù)采用e-p曲線法。真空堆載聯(lián)合預(yù)壓210d，路基總沉降為1.297m，路面竣工后基準(zhǔn)期內(nèi)的殘余沉降為0.124m，可滿足路基工后沉降30cm的要求。

3 軟基處理結(jié)果分析

3.1 沉降結(jié)果分析

本項(xiàng)目真空預(yù)壓共分為10個(gè)分區(qū)，其中1～4分區(qū)于2011年5月開(kāi)始平整場(chǎng)地、鋪設(shè)土工布、插打塑料排水板，8月開(kāi)始真空預(yù)壓，9月上旬完成1.5m土方堆載，路基堆載預(yù)壓時(shí)間約7個(gè)月，2022年3月沉降趨于穩(wěn)定，現(xiàn)正在進(jìn)行管線配套的施工。

為了對(duì)軟基處理的效果進(jìn)行分析，本次通過(guò)沉降及固結(jié)度來(lái)評(píng)定加固效果是否滿足預(yù)期要求。道路每20m設(shè)置一處沉降斷面進(jìn)行監(jiān)測(cè)，選取四個(gè)不同分區(qū)路中沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果的平均值進(jìn)行分析。真空堆載預(yù)壓210d，卸載前連續(xù)5d實(shí)測(cè)沉降速率為0.4mm/d，路基的累計(jì)沉降為1273mm。

圖2 實(shí)測(cè)沉降隨時(shí)間的變化曲線

根據(jù)實(shí)測(cè)沉降曲線采用三點(diǎn)法進(jìn)行最終的沉降量和固結(jié)度預(yù)測(cè)，卸載時(shí)地基的平均固結(jié)度為95.1%，可滿足道路建設(shè)的要求。

S∞=[S3(S2-S1)-S(S3-S2)]/[(S2-S1)-(S3-S2)]，Ut=St/S∞

式中：S∞為最終沉降量；S1、S2、S3分別為t1、t2、t3時(shí)刻的沉降量，t3-t2=t2-t1。

不同時(shí)刻的沉降量、固結(jié)度結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同時(shí)刻沉降速率、沉降量、固結(jié)度

3.2 鉆孔取樣實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

對(duì)地基處理前后四個(gè)分區(qū)不同土層的含水率、孔隙比及壓縮模量、固結(jié)快剪黏聚力、摩擦角等強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對(duì)比分析，結(jié)果見(jiàn)表4。經(jīng)真空堆載聯(lián)合預(yù)壓處理后，隨著土體孔隙水的消散與排除，降低了其含水率，使得土體固結(jié)壓縮，孔隙比減小，粘聚力和摩擦角增大，土體的物理力學(xué)性質(zhì)得到很大改善。

表4 加固后土體主要物理力學(xué)指標(biāo)

3.3 現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)

對(duì)處理后地基進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)平板載荷試驗(yàn)，四個(gè)分區(qū)處理后的場(chǎng)地承載力分別為87.4kPa、84.8kPa、87.2kPa、86.1kPa，平均地基承載力86.4kPa，較處理前提高約57%，可滿足道路及配套設(shè)施建設(shè)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)結(jié)合溫州圍墾區(qū)市政道路項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析，經(jīng)真空堆載聯(lián)合預(yù)壓進(jìn)行軟基處理，土體的各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)均得到明顯改善，可滿足道路及配套設(shè)施建設(shè)要求，真空堆載聯(lián)合預(yù)壓對(duì)于圍墾吹填區(qū)深厚軟土的處理是經(jīng)濟(jì)適用的。

(2)工后沉降是圍墾吹填區(qū)道路建設(shè)最重要的設(shè)計(jì)指標(biāo)，根據(jù)本項(xiàng)目監(jiān)測(cè)結(jié)果，規(guī)范要求的固結(jié)度≥85%要求偏低，建議適當(dāng)延長(zhǎng)真空預(yù)壓時(shí)間，按照沉降速率≤0.5mm/d控制，可有效減少路基工后沉降，更能保證工程質(zhì)量。

(3)根據(jù)本項(xiàng)目沉降觀測(cè)結(jié)果，真空堆載聯(lián)合預(yù)壓前30d的沉降量接近總沉降的50%，沉降速率較大，為避免堆載后的附加土壓力造成密封膜的破損，建議堆載時(shí)間在抽真空后不小于30d。