無(wú)砂墊層真空聯(lián)合水袋預(yù)壓法加固超軟地基試驗(yàn)研究

0總結(jié)w.kjeell曼。真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于加固軟土,且已經(jīng)成為一種成熟的施工工藝。有學(xué)者1無(wú)砂墊層真空聯(lián)合水袋預(yù)壓區(qū)無(wú)砂墊層真空聯(lián)合水袋堆載預(yù)壓法是在無(wú)砂墊層真空預(yù)壓筆者結(jié)合浙江溫州圍海吹填場(chǎng)區(qū)加固工程,對(duì)比研究了該方法的加固效果。工程位于浙江省蒼南縣龍港鎮(zhèn)規(guī)劃的江南涂區(qū)域內(nèi),在整個(gè)加固區(qū)域內(nèi)劃分為2個(gè)獨(dú)立的加固區(qū),如圖1,C3區(qū)為常規(guī)無(wú)砂墊層真空預(yù)壓法施工區(qū),面積為13056m兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)的地質(zhì)條件相同,包括4m厚的吹填淤泥質(zhì)黏土,其下為原場(chǎng)地土層,包括2.2m厚度的黏土層,3.5m厚度的含細(xì)砂淤泥土層和6m厚度的淤泥土層。主要對(duì)4m厚的吹填淤泥質(zhì)黏土層進(jìn)行加固。吹填淤泥質(zhì)黏土的物理力學(xué)指標(biāo)如表1。排水板的插板深度都是4.0m。無(wú)砂墊層真空預(yù)壓聯(lián)合水袋預(yù)壓區(qū)的水袋規(guī)格為長(zhǎng)10m×寬20m×高2m,根據(jù)加固面積采用多個(gè)水袋,使其能覆蓋整個(gè)加固場(chǎng)地。水袋布置示意見(jiàn)圖2。無(wú)砂墊層真空聯(lián)合水袋預(yù)壓的工藝包括:(1)在加固場(chǎng)地內(nèi)鋪設(shè)編織布和土工布各一層,用以提供一定的承載力便于施工;(2)人工插設(shè)塑料排水板;(3)布設(shè)水平排水軟管;(4)再鋪設(shè)一層土工布保護(hù)密封膜;(5)鋪設(shè)密封膜;(6)布置抽真空系統(tǒng)并開(kāi)始抽真空;(7)布置水袋并注水預(yù)壓;(8)達(dá)到設(shè)計(jì)要求后卸載。其中工藝(1)~(6)不再贅述,可參考文獻(xiàn)[2-4]。開(kāi)始抽真空之后的工藝(7)則包括如下步驟:a.水袋進(jìn)場(chǎng)組裝。在抽真空一個(gè)月后,待真空度穩(wěn)定在80kPa以上的天數(shù)達(dá)到7~8d,將水袋運(yùn)至場(chǎng)區(qū)指定位置,并進(jìn)行拼裝。所用水袋規(guī)格為10m×10m、10m×20m,充水后高度可達(dá)2m,水袋上預(yù)留直徑15cm的進(jìn)水口。b.充水預(yù)壓。拼裝完成后,就近選擇水源,采用抽水泵及10cm直徑的軟管進(jìn)行提水、輸水。充水高度以50cm逐級(jí)增加,同時(shí)必須觀測(cè)沉降情況,若每天沉降大于15mm,則停止加載,待沉降速率小于15mm/d,可繼續(xù)加載,直至水袋充水高度達(dá)到2m,此期間沉降監(jiān)測(cè)頻率應(yīng)在2d/次以上,聯(lián)合預(yù)壓過(guò)程中可將頻率降至3~4d/次。c.卸載。在水袋高度達(dá)到2m后,當(dāng)聯(lián)合預(yù)壓法達(dá)到70~90d,且土體的沉降、孔壓等各項(xiàng)指標(biāo)亦達(dá)到卸荷標(biāo)準(zhǔn),如:沉降速率連續(xù)10d在3mm/d以下時(shí),則可以卸除水袋荷載和真空荷載。為了研究加固效果,在抽真空過(guò)程中進(jìn)行了沉降、孔壓等的監(jiān)測(cè),加固后進(jìn)行了承載力等的測(cè)試。各儀器的布置及試驗(yàn)點(diǎn)如圖1。2效果加固2.1加固初期真空度對(duì)支護(hù)效果的影響圖3為真空度加載曲線。從圖3可見(jiàn),前45d真空度緩慢增長(zhǎng),之后真空度穩(wěn)定在80kPa以上直至卸載。之前的大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明,在超軟淤泥地基中采用真空預(yù)壓法,如果早期真空度施加過(guò)快過(guò)大,會(huì)導(dǎo)致淤泥顆粒迅速匯集到塑料排水板周圍而逐漸形成一個(gè)“土柱”,土柱形成后會(huì)進(jìn)一步增加井阻,不利于真空作用向土柱外的淤泥擴(kuò)散。因此近年來(lái)在工程中令加固初期的真空度緩慢增長(zhǎng),可以避免真空預(yù)壓工程中的“土柱”現(xiàn)象的產(chǎn)生。圖4為C3區(qū)和C7區(qū)的孔壓變化曲線,從圖4可見(jiàn),在前45d,埋深越淺孔壓變化值越大,C3區(qū)3條曲線開(kāi)始階段變化較大,后期變化相對(duì)小得多,這主要是由于真空度在土中傳遞受到井阻和涂抹作用的影響,使得真空度沿深度的傳遞效果減弱。且從圖4可以看到,C7區(qū)在水袋荷載施加以后,孔壓有明顯的正增長(zhǎng),增長(zhǎng)幅度為10~18kPa,跟水袋荷載(20kPa)吻合,充水結(jié)束后,孔壓又逐漸降低。2.2沉降速率及沉降差表面沉降可用于推算工后沉降和固結(jié)度,能夠?qū)Ρ敬蔚募庸绦ЧM(jìn)行評(píng)價(jià),本次通過(guò)在各區(qū)布設(shè)沉降板,對(duì)各區(qū)的表面沉降進(jìn)行了監(jiān)測(cè),結(jié)果見(jiàn)圖5、圖6。從圖5、圖6可見(jiàn),在進(jìn)行真空預(yù)壓10d內(nèi),各區(qū)的沉降速率很快,平均維持在5cm/d左右,沉降與時(shí)間基本呈線性關(guān)系;在進(jìn)行真空預(yù)壓10~50d內(nèi),各區(qū)沉降速率均減小,有趨于穩(wěn)定的跡象;在真空預(yù)壓進(jìn)行至45d時(shí),C7區(qū)開(kāi)始施加水袋荷載后,其沉降速率增大,為C3區(qū)沉降速率的2~3倍,二者總沉降差逐漸增大;在真空預(yù)壓進(jìn)行至120d后,兩區(qū)的沉降速率再次趨于穩(wěn)定,總沉降量差值在20~30cm之間,占無(wú)砂墊層真空預(yù)壓法試驗(yàn)區(qū)總沉降量的25%~37%。2.3增強(qiáng)前后土壤的物理力學(xué)性質(zhì)2.3.1含水率、孔隙比圖7為加固前后含水率/孔隙比的對(duì)比。由圖7可見(jiàn),2m深度范圍內(nèi)C3區(qū)含水率從加固前的97%~103%大幅下降至60%左右,變化幅度達(dá)40%,而C7區(qū)土體含水率的變化幅度則高達(dá)60%,2m深度范圍內(nèi)土體的孔隙比變化情況相似;而超過(guò)2m之后,C3區(qū)和C7區(qū)含水率、孔隙比變化幅度相接近,均在40%左右。以上說(shuō)明了2m深度范圍內(nèi)土體的作用效果良好,而超過(guò)2m深度,其加固效果并不明顯。2.3.2加固后3m的c7-1和c7-2對(duì)加固效果的影響圖8為壓縮試驗(yàn)得到的e-p曲線。從圖8中可以看出,隨著取土深度的增加,初始孔隙比均減小,而隨著荷載的增加,C7-1和C7-2兩條曲線的變化相對(duì)較緩,而其余曲線的斜率變化較大,這就說(shuō)明了C7區(qū)1和2m深度土體較為密實(shí),加固效果較好,而3m深度以下土體的加固效果較差。2.3.3加固后軟基承載力特征值處理前的吹填淤泥土含水量極高,呈浮泥~流泥狀,其抗剪強(qiáng)度可認(rèn)為近乎于0。十字板剪切試驗(yàn)結(jié)果如圖9,采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院和華東電力設(shè)計(jì)院的經(jīng)驗(yàn)公式:f圖10為靜力觸探試驗(yàn)結(jié)果,根據(jù)(TB10041—2003)《鐵路工程地質(zhì)原位測(cè)試》中的經(jīng)驗(yàn)公式,即:σ通過(guò)在C3區(qū)和C7區(qū)進(jìn)行淺層平板載荷試驗(yàn),測(cè)定加固后地基的承載力特征值。根據(jù)JGJ79—2012《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》中對(duì)承載力特征值的確定方法,對(duì)加固后的軟基承載力進(jìn)行了評(píng)估,得到C3區(qū)的承載力為50.5kPa,C7區(qū)的承載力為62kPa,相對(duì)提高了23%,均滿足大于50kPa的要求。表2為現(xiàn)場(chǎng)承載力試驗(yàn)結(jié)果匯總,從表2中可以看出3組試驗(yàn)測(cè)得的C7區(qū)承載力均較C3區(qū)有較大的提高,平均承載力增長(zhǎng)率達(dá)到32.9%。3施工前的對(duì)比在無(wú)砂墊層真空預(yù)壓技術(shù)發(fā)展過(guò)程中,膜面覆水曾被認(rèn)為具有很多優(yōu)點(diǎn)然而實(shí)際情況卻并非如此。(1)采用膜面覆水預(yù)壓法需要在加固區(qū)周圍修筑圍堰,就需要延長(zhǎng)施工工期;(2)當(dāng)水下膜面有破損,會(huì)使得膜面水與膜下濾管相通,膜面水進(jìn)入濾管,經(jīng)濾管輸送至水箱,再排至膜面,形成“循環(huán)水”,如圖11,過(guò)程中耗費(fèi)了真空泵的做工,卻沒(méi)有起到加固的效果;(3)雖然密封膜較薄,但經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)表明合格的密封膜壽命可達(dá)6個(gè)月以上,相對(duì)于4~5個(gè)月的施工工期而言已完全可以滿足使用要求。與膜面覆水預(yù)壓法不同的是,采用充水水袋作為載荷能夠克服膜面覆水方法帶來(lái)的弊端。(1)由于水袋的充水高度可以控制,且只要水袋的強(qiáng)度滿足要求,其充水高度可以達(dá)到更高;(2)施工前可在水袋底部預(yù)先布置兩層土工布,能夠有效地對(duì)密封膜起到保護(hù)作用,可以避免膜下破洞的產(chǎn)生;(3)采用水袋作為載體,充水前只需將水袋運(yùn)至指定位置,現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行充水即可,靈活性很高;(4)通過(guò)合理的劃分施工場(chǎng)地,各片區(qū)可進(jìn)行協(xié)同作業(yè),不會(huì)影響不同場(chǎng)區(qū)真空預(yù)壓工程的施工進(jìn)度。如上所述,在加固機(jī)理方面,二者都是采用水作為堆載體,假設(shè)二者堆載到相同的高度,如果密封膜并未產(chǎn)生破損,那么二者的作用效果是相同的。但是如果膜面覆水法密封膜有破損,形成“循環(huán)水”,那么加固區(qū)土體受力就發(fā)生了變化,具體變化如圖12。當(dāng)膜面產(chǎn)生破洞,膜面水將進(jìn)入土中,使得膜面上下通水,膜面覆水產(chǎn)生的壓力不再轉(zhuǎn)變?yōu)橛行?yīng)力,即膜面覆水預(yù)壓法不能夠繼續(xù)加固土體;而水袋預(yù)壓法由于有水袋的束縛,即使在膜面存在破洞時(shí),上部荷載也能夠繼續(xù)提供加固作用。4加固c7區(qū)總沉降量筆者提出采用無(wú)砂墊層真空聯(lián)合水袋堆載預(yù)壓法進(jìn)行