一種新型砂墊層工藝的研究

目前，中國的真空預(yù)壓普遍采用黑砂作為工作緩沖層。隨著黑砂資源的大量使用，砂資源的儲(chǔ)量越來越少，同時(shí)也帶來了嚴(yán)重的海洋污染。為了解決這兩個(gè)問題，對(duì)直接無砂法的真空預(yù)壓試驗(yàn)進(jìn)行了研究。1東疆港區(qū)無砂墊層真空預(yù)壓加固新技術(shù)試驗(yàn)研究主要依托天津港東疆港區(qū),通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行研究,在天津港東疆港區(qū)進(jìn)行一項(xiàng)示范工程,對(duì)東疆港區(qū)吹填土地基的工程性質(zhì)、加固機(jī)理,施工工藝、加固效果、經(jīng)濟(jì)性等進(jìn)行研究,開發(fā)出一套適合用于大面積吹填土地基的無砂墊層新型真空預(yù)壓技術(shù)———直抽式無砂墊層真空預(yù)壓加固新工藝。2濾管和濾管的安裝場(chǎng)地采用無砂墊層直抽式真空預(yù)壓方案,以濾管作為水平排水通道,塑料排水板作為豎向排水通道。排水板間距80cm,正方形布置,打設(shè)底標(biāo)高-14.5m。排水板外露長(zhǎng)度0.2m;在每排排水板位置挖濾管溝,溝深30~50cm,底寬大于15cm;在溝內(nèi)鋪設(shè)濾管,排水板纏繞濾管1圈半,用自拉鎖固定,同時(shí)用土工布纏繞接頭部位;人工填埋濾管溝;一次性在加固區(qū)鋪設(shè)2層密封膜,安裝抽真空設(shè)備,加載抽氣。工藝斷面見圖1,排水板濾管連接見圖2、圖3。3試驗(yàn)區(qū)加固效果的評(píng)估與分析3.1孔隙水壓力監(jiān)測(cè)加固過程中土體孔隙水壓力不斷下降,表明孔隙水不斷排出,土體有效應(yīng)力不斷增長(zhǎng),物理力學(xué)指標(biāo)不斷得到改善。但在加固的初始階段,孔壓測(cè)頭位置為粉土或粉質(zhì)黏土的孔隙水壓力下降速度明顯大于測(cè)頭位置為淤泥、淤泥質(zhì)土的孔隙水壓力,例如部分位置存在粉質(zhì)黏土、或粉土夾層加固初期孔壓消散較快;測(cè)頭位置為淤泥,加固初始階段土體尚處于黏性變形階段,并沒有形成有效的土骨架,因此有效應(yīng)力增長(zhǎng)緩慢,孔壓消散亦比較慢3.2沉降量及固結(jié)度試驗(yàn)區(qū)平均沉降曲線見圖4,進(jìn)行雙曲線擬合,結(jié)果見圖5,推算試驗(yàn)區(qū)最終沉降量為2128mm,已完成沉降量為1828mm,其中插板期沉降量為608mm,卸載時(shí)沉降速率為1.4mm/d,加固后固結(jié)度為85.1%3.3土層含水率降低,濕密度增加為了更好的顯示試驗(yàn)區(qū)加固前后主要物理指標(biāo)試驗(yàn)區(qū)加固后土層1-1平均含水率降低23.2%,濕密度增加6.6%,土層1-2平均含水率降低14.1%,濕密度增加3.7%;土層2-1含水率降低17.5%,濕密度增加5.1%;土層2-2含水率降低14.3%,濕密度增加3.7%;土層2-3含水率降低10.8%,濕密度增長(zhǎng)0.9%。從表1中可以看出,加固前后主要加固土層2-2以上的土質(zhì)物理指標(biāo)得到較大的改善。3.4加固后的強(qiáng)度試驗(yàn)區(qū)加固前整個(gè)深度十字板平均強(qiáng)度值為15.6kPa,加固后平均強(qiáng)度值為29.3kPa,增長(zhǎng)幅度達(dá)到88.3%。加固前、加固后試驗(yàn)區(qū)十字板剪切強(qiáng)度隨深度變化曲線見圖64比較傳統(tǒng)真空預(yù)壓技術(shù)某工程和試驗(yàn)區(qū)相臨,加固前土質(zhì)相似,地基處理總面積為166671.9m12加強(qiáng)設(shè)計(jì)技術(shù)的比較試驗(yàn)區(qū)附近某項(xiàng)目采用傳統(tǒng)真空預(yù)壓工藝,試驗(yàn)區(qū)采用直抽式無砂法真空預(yù)壓工藝。2無砂真空預(yù)壓工藝某傳統(tǒng)項(xiàng)目地基處理工程采用傳統(tǒng)真空預(yù)壓工藝,在加固區(qū)表層吹填0.6m粉細(xì)砂,0.3m黃砂。試驗(yàn)區(qū)采用無砂真空預(yù)壓工藝,沒有鋪設(shè)砂墊層。兩者在加固過程中所受荷載不同,某項(xiàng)目除85kPa的真空負(fù)壓外,比試驗(yàn)區(qū)增加外荷載相差15kPa左右。31排水板距離的比較某項(xiàng)目排水板間距0.8m,試驗(yàn)區(qū)排水板間距0.8m,排水板間距及打設(shè)深度均相同。4抽真空有效時(shí)間傳統(tǒng)工藝的滿載抽氣時(shí)間為不少于90d,而試驗(yàn)區(qū)由于缺少砂荷載預(yù)壓,抽真空有效時(shí)間增加為100d(滿負(fù)荷抽氣)。傳統(tǒng)工藝與試驗(yàn)區(qū)的卸載標(biāo)準(zhǔn)均為:固結(jié)度≥85%(按沉降量曲線計(jì)算),且連續(xù)5d的平均沉降速率不大于3.0mm/d。51加固前后土壤指數(shù)的比較傳統(tǒng)區(qū)與試驗(yàn)區(qū)加固前后的力學(xué)指標(biāo)對(duì)比見表2所示。從土質(zhì)物理力學(xué)指標(biāo)分析,試驗(yàn)區(qū)與傳統(tǒng)區(qū)域指標(biāo)變化相近,加固效果和某項(xiàng)目相當(dāng)6土體加固前后血腫強(qiáng)度檢測(cè)根據(jù)加固前某項(xiàng)目的原位十字板檢測(cè)報(bào)告,加固前-10m標(biāo)高以上范圍,土體平均十字板強(qiáng)度為11.3kPa;試驗(yàn)區(qū)加固前-10m標(biāo)高以上范圍土體平均十字板強(qiáng)度為11.5kPa;加固前十字板強(qiáng)度基本近似,試驗(yàn)區(qū)表層略好。根據(jù)加固后某項(xiàng)目的原位十字板檢測(cè)報(bào)告,加固后-10m標(biāo)高以上范圍,土體平均十字板強(qiáng)度為24.4kPa;試驗(yàn)區(qū)加固后-10m標(biāo)高以上范圍內(nèi)土體平均十字板強(qiáng)度為27.7kPa;某項(xiàng)目和試驗(yàn)區(qū)十字板強(qiáng)度對(duì)比見圖7。從十字板強(qiáng)度分析,試驗(yàn)區(qū)加固效果與某項(xiàng)目相當(dāng)。71項(xiàng)目成本分析在大面積施工條件下,直抽式無砂法真空預(yù)壓工藝工程造價(jià)為132元/m5次無砂法工藝直抽式無砂法真空預(yù)壓工藝包括淺層加固和深層加固兩個(gè)部分,當(dāng)只進(jìn)行吹填土淺層加固時(shí)可可以單獨(dú)采用淺層工藝,把排水板綁扎在濾管上,人人工打設(shè)排水板的同時(shí)把濾管壓入泥下30~50ccmm,一次性鋪設(shè)兩層密封膜。當(dāng)?shù)鼗韺哟堤钔翉?qiáng)強(qiáng)度很低,采用二次加固,淺層加固和深層加固相相結(jié)合,利用淺層加固在地基表層形成可以行走打打板機(jī)械的硬殼層,卸載后進(jìn)行深層直抽式無砂法法真空預(yù)壓。該工藝減少了吹填土晾曬時(shí)間,有效效縮短加固工期;工藝簡(jiǎn)單,施工人員掌握容易,施施工質(zhì)量控制容易;在施工過程中不使用粉細(xì)砂和和中粗砂等自然資源,避免了砂資源的亂采亂挖,符符合環(huán)保和節(jié)約的社會(huì)理念;工程造價(jià)相對(duì)較低,社社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著,具有廣泛的應(yīng)用前景。6加固前后土性分析通過大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)分析,對(duì)試驗(yàn)驗(yàn)方案進(jìn)行了細(xì)致研究,總結(jié)如下:1)提出并驗(yàn)證了直抽式無砂法真空預(yù)壓工藝在在施工中不使用粉細(xì)砂和中粗砂,加固效果與傳統(tǒng)工藝相當(dāng),減少了施工工藝,節(jié)省砂源從而降低了工程成本,也避免了砂資源的亂采亂挖,符合環(huán)保的社會(huì)理念。2)某項(xiàng)目加固前后與試驗(yàn)區(qū)加