真空聯(lián)合堆載預(yù)壓技術(shù)在現(xiàn)代公路施工中的應(yīng)用
2012-10-18
軟土地基一般都表現(xiàn)為高含水量、高壓縮性、高粘土含量、低滲透性和低強(qiáng)度等特點(diǎn)，要在這“三高二低”的軟土地基上修建好公路，必須解決好兩個(gè)方面的問(wèn)題：一是路基要有足夠的穩(wěn)定性，二是工程完工后，路基沉降穩(wěn)定。為了縮短工期、加快建設(shè)速度、保證工程質(zhì)量，某高速公路軟土地基試驗(yàn)段采用了一種新的加固方法-真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法，取得了良好的效果。
1、真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法加固機(jī)理
眾所周知，大氣的壓力為10t/m2，真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法實(shí)際上就是在堆載預(yù)壓的同時(shí)，借助大氣的壓力，使兩者聯(lián)合發(fā)揮作用，加快土體固結(jié)收縮。真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法是用薄膜對(duì)需要加固的軟基進(jìn)行密封與大氣隔離，借助射流泵抽真空，通過(guò)鋪在加固體表面的砂墊層中的管道及豎向排水體袋裝砂井將加固區(qū)內(nèi)的空氣和水抽走，形成真空，在地表砂墊層產(chǎn)生負(fù)壓，該負(fù)壓通過(guò)真空管路及豎向排水體逐漸向深度方向延升，并向四周土體擴(kuò)散，使加固上體內(nèi)部與排水通道、砂墊層中產(chǎn)生壓差，在此壓差作用下，土體中的孔隙水不斷由排水通道排出，使孔隙水壓力降低，最終使上體固結(jié)壓密。真空預(yù)壓加固過(guò)程實(shí)際上是地下水氣不斷被抽走的同時(shí)，真空度不斷向加固土體內(nèi)傳遞、擴(kuò)散并在加固土體內(nèi)形成一定真空負(fù)壓和負(fù)壓梯度的過(guò)程。真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法是在真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，是真空預(yù)壓和堆載預(yù)壓兩種加固方法的疊加，在堆載預(yù)壓的同時(shí)再加一真空荷載同時(shí)作用，促使土體充分固結(jié)壓縮。
根據(jù)太沙基有效應(yīng)力原理，其過(guò)程可表達(dá)為：式中分別為真空和堆載產(chǎn)生的總效應(yīng)力絕對(duì)值，為主骨架壓縮和收縮有效應(yīng)力絕對(duì)值，為真空產(chǎn)生的孔隙應(yīng)力絕對(duì)值，為堆載產(chǎn)生的孔隙應(yīng)力絕對(duì)值），從中我們可以看出真空聯(lián)合堆載預(yù)壓只是通過(guò)減少孔隙水壓力來(lái)增加土體的有效應(yīng)力和球應(yīng)力，并且土體的球應(yīng)力會(huì)使土體產(chǎn)生向預(yù)壓區(qū)內(nèi)的收縮變形，以上理論在某高速公路的施工中得到了驗(yàn)證和應(yīng)用。
2、真空聯(lián)合堆載法施工中的關(guān)鍵技術(shù)
2.1 加固效果，真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法是在真空預(yù)壓和堆載預(yù)壓基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種軟基處理方法，它具有真空預(yù)壓和堆載預(yù)壓的雙重效果，適用干設(shè)汁荷載大，承載力要求高的工程。該方法在加固效果方面有如下三個(gè)方面的特點(diǎn)：①固結(jié)速度。真空預(yù)壓階段，真空度通過(guò)濾管、砂墊層及垂直排水通道逐漸向上體內(nèi)部傳遞，土體中的孔隙水在這種壓差的作用下不斷向外排出，從而使土體發(fā)生排水固結(jié)。真空堆載和聯(lián)合預(yù)壓階段在真空預(yù)壓的基礎(chǔ)上，再利用路堤填上進(jìn)行堆載預(yù)壓，一方面堆載的作用使土體中的孔隙水壓力升高；另一方面真空預(yù)壓的作用使砂墊層及垂直排水通道的孔壓要處于負(fù)壓狀態(tài)，這樣地基中孔隙水的壓差就更加大，加速了土體中水的排出，固結(jié)速度自然快，加固的效果就更加明顯。②加固深度。加固深度主要取決于引起孔隙水壓力變化的深度。在真空聯(lián)合堆載預(yù)壓加固軟基方法中，真空度是引起孔隙水壓力變化的主耍因素之一，它沿深度的傳遞與豎向排水體的井阻有關(guān)。大量的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)資料顯示，真空度沿深度的衰減明顯低于堆載時(shí)總應(yīng)力沿深度的衰減。因此，真空聯(lián)合堆載預(yù)壓方法的加固深度大于普通的堆載預(yù)壓。③強(qiáng)度增長(zhǎng)。在真空聯(lián)合堆載預(yù)壓加固軟基方法中，當(dāng)真空度達(dá)80 kPa時(shí)，真空荷載相當(dāng)于4m～5m高度的填上荷載，這使得該方法在預(yù)壓過(guò)程中的等效超載高度高，加之固結(jié)速度快、影響深度深等因素，都使得地基的強(qiáng)度增長(zhǎng)快，而且提高幅度大。
2.2 地基穩(wěn)定性，真空聯(lián)合堆載預(yù)壓方法是在真空預(yù)壓的基礎(chǔ)上，施加堆荷外載。由于真空產(chǎn)生負(fù)壓，使土體產(chǎn)生向內(nèi)收縮變形，可以抵消因堆載引起的向外擠出變形，因而，地基在填土過(guò)程中的穩(wěn)定性較好。從另一角度分析，地基產(chǎn)生向內(nèi)的收縮變形，等同于在路基兩側(cè)施加反壓護(hù)道，可知增加了抗滑力距，因而抽真空產(chǎn)生負(fù)壓有利于路基穩(wěn)定。
3、真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法的施工工藝
3.1 首先在濕軟地基設(shè)置排水通道，即按常規(guī)方法先鋪砂墊層，接著打袋裝砂井，其長(zhǎng)度以打穿淤泥層或不少于20m為宜，間距一般不大于1.5m。
3.2 埋設(shè)監(jiān)測(cè)儀器，根據(jù)地基情況，我們?cè)诖嗽囼?yàn)段布置了兩個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，埋設(shè)了空隙水壓力儀、測(cè)斜儀、表面沉降板和真空度測(cè)定儀等儀器，用以監(jiān)測(cè)軟基在加固前后的應(yīng)力、應(yīng)變變化情況及控制填土。由于真空預(yù)壓側(cè)向位移指向路基中心，孔壓持續(xù)下降，所以不對(duì)沉降作嚴(yán)格要求，而以側(cè)移和孔壓系數(shù)為主要控制指標(biāo)。
3.3 清理場(chǎng)地并安設(shè)排水（氣）管。砂墊層表面要清除雜物，不能有碎石、竹簽等尖銳物，防止刺破表面加鋪的密封膜。然后布置真空排水（氣）管道（PVC管）。高速公路路堤因是長(zhǎng)條形，按此特點(diǎn)，設(shè)主管和濾管兩種。主管直徑6cm。沿縱向間隔30m布置兩條，在主管上每間隔 6m兩側(cè)設(shè)兩條直徑6cm的濾管，主管和濾管用軟管連接呈魚骨狀布置在砂墊層頂部，濾管埋入軟基中。
3.4 從主管中接出真空管路，經(jīng)過(guò)密封膜與射流泵聯(lián)接，每臺(tái)射流泵控制 600～800平方米的加固區(qū)。連接管路時(shí)應(yīng)注意接頭牢固、密封，并有一定的柔性。
3.5 管道鋪設(shè)后，接著鋪蓋密封膜。密封膜應(yīng)用抗老化好、韌性高、抗穿刺性強(qiáng)、整體性和密封性好的聚氯乙稀薄膜，厚度為0.14～0.16mm；然后在加固區(qū)四周開挖密封溝，其深度不少于1.5m，并以進(jìn)入淤泥 50cm為佳，同時(shí)密封膜在溝內(nèi)應(yīng)翻轉(zhuǎn)錨固，用粘性土回填密實(shí)，并構(gòu)筑圍堰注水密封。
3.6 當(dāng)鋪蓋好密封膜后，開始抽真空，并隨時(shí)檢查是否漏氣，漏氣一般發(fā)生在地基、邊溝、薄膜、接頭等地方。正常情況下約7～10d膜內(nèi)真空度可達(dá)70kPa以上，經(jīng)穩(wěn)定2～3d后開始堆載，堆載前，必須在密封膜上加鋪一層防止填土料頂破密封膜的無(wú)紡布等其他織物。
