真空-堆载联合预压处理软土地基工法

真空—堆载联合预压处理软土地基工法1前言真空—堆载联合预压是近几年来在真空预压与堆载预压基础上发展起来的一种软土地基加固新技术，具有真空预压和堆载预压的双重加固效果。目前该技术的应用走在了理论研究的前面，实践证明，其有许多优点是其它地基固方法无法比拟的，但其设计方法、作用机理、施工工艺及质量检测尚处于探索阶段，针对此，由铁道部高速办主持，我集团公司承办了真空—堆载联合预压加固软土地基试验研究，通过精心组织，科学施工，在实践中不断完善，提高，形成本工法。2工法特点2.1工期短与其它排水固结法及复合地基加固软土地基相比，本工法所需工期较短，因在进行抽真空的同时即可进行上部路基的填筑，且卸除真空荷载也不占用路基填筑时间，只需预留足够沉降量及路基宽度，就可使路堤按正常施工工序填到设计高度；2.2沉降速度快加固效果好因真空荷载使土体发生侧向收缩变形，可在2~5天内把真空度提升到80Kpa（相当于4m左右土柱高），真空度经竖向排水体传递，能瞬时在土体不同深度产生不同的孔隙水压力，强制土体中的水排出，达到快速固结的效果。通过实践可知，本工法加固软土地基其沉降速率能达到1~5cm/d。2.3不会因填土速度快而使路基失稳破坏真空荷载使土发生侧向收缩变形，填土荷载使地基土发生侧向挤出变形，两者能相互抵消部分变形，加之真空荷载作用下孔压消散快，强度增长也快，承载力得到提高，通过实践证明，在沉降速率大于10mm/d、位移超过5mm/d，继续填筑速而路基不会失稳，提高了填筑速率。2.4环境型工艺由真空压力作为荷载，避免了超载用的土源、弃土场地以及运输过程中的环境污染。3适用范围适用于地下水位高，含水量大、渗透系数小、灵敏度高、强度低的粘土。若在加固有效范围内有渗透系数大的砂层，必须进行封堵才可采用本工法。可用于各类工程建设的软基加固，尤其适用于铁路、公路等本身就是堆载体的工程。4工艺原理真空—堆载联合预压加固软土地基属于排水固结法，在荷载作用下土体中产生超孔隙水压力，由于随着时间的推移，不同位置的土体中将会有不同的孔隙水力，这将导致产生水力梯度，水在水力梯度作用下将会发生渗流。在真空堆载联合预压下，土体中孔隙水在水力梯度作用下，沿竖向排水体到达横向排水体，在真空压力作用下汇集到真空管网内排走，孔隙水压力减小，有效应力增加，从而使土体发生固结。5工艺流程及操作要点5.1真空联合堆载预压施工工艺真空联合堆载预压加固软基施工工艺主要包括竖向排水体打设、横向排水体铺筑、真空管网埋设、土工布和密封膜铺设、密封沟开挖及回填、真空泵安装、抽真空等工序。施工工艺流程图见图5.1。5.2施工准备5.2.1物质设备及人员施工前应充分作好各项准备工作，包括物资、材料、机械、仪器设备、引接供电线路及真空管网、密封膜等按照规定的材质和尺寸要求，由指定专业厂家预制加工，现场验收。施工技术人员等，并对施工人员进行必要的岗前技术培训。5.2.2场地在正式进行地基处理前，挖沟疏导施工范围内的地表水，清除场地内地表耕植土以及树木、桩橛、块石、垃圾、建筑物基础等，细粒土回填，做成4％的路。场地平整及灰土起拱层施工场地平整及灰土起拱层施工下层砂垫层施工(30cm)下层砂垫层施工(30cm)塑料排水板施工埋设测试元器件塑料排水板施工埋设测试元器件中层砂垫层施工(30cm)中层砂垫层施工(30cm)铺设密封膜铺设真空管网铺下层土工布铺设密封膜铺设真空管网铺下层土工布出膜装置出膜装置密封沟施工密封沟施工安装抽真空设备安装抽真空设备联结主管与抽真空设备密封沟回填联结主管与抽真空设备密封沟回填试抽真空试抽真空检查密封性检查密封性上层土工布及砂垫层施工上层土工布及砂垫层施工上部路堤填筑正式抽真空上部路堤填筑正式抽真空检测开始密封沟复水检测开始密封沟复水抽真空结束抽真空结束图5.1真空联合堆载预压施工工艺流程图5.3排水系统施工5.3.1水平排水系统(砂垫层)施工1测量放线：按试验段的几何尺寸，由专业测量工程师用经纬仪和水准仪进行填砂范围的测放，沿加固区中轴方向每20米用木桩钉设标志并标示高程。2膜下砂层摊铺：分两层填筑，用推土机按一定方向将堆砂向前平推，结合人工将砂料摊铺平整，最后人工修整作业面，并用轻型压实机静压，使砂垫层平整度、铺筑厚度、密实度均达到要求（下层30cm的砂垫层平整度可不作很高要求）。3膜上砂层摊铺：分一~两层填筑，膜上砂垫层中部设一层土工格珊，用机械倒运，人工摊铺，保证砂垫层施工的平整度。5.3.2竖向排水板施工塑料排水板的施工严格按照《塑料排水板施工规程》(JTJ/T256)的有关规定执行。5.4抽真空系统及密封系统施工5.4.1埋设真空管当第二层砂垫层施工完毕后，即可布设真空管。进行此道工序的同时，应将露出砂垫层表面的塑料排水板埋入砂垫层中，并清除砂垫层表面的贝壳等尖利杂物。真空管网系统采用主管沿加固区环形布置，支滤管利用三通或四通接头垂直主管向两侧伸出的形式，埋入砂层25cm深。具体平面布置见附图1，剖面图见附图3。真空管埋设相片5.4.2铺设第一层土工布根据场地情况，按一定方向将土工布展开并铺设平整。土工布采用手提缝纫机进行缝接。铺设范围略大于加固区范围。手提缝纫机进行缝接铺设第一层土工布5.4.3铺设密封膜铺膜前应检查土工布的平顺性，然后将两层真空膜依次铺放覆盖整个预压区。5.4.4开挖及回填密封沟密封沟布置在加固区的周围，在真空预压施工中它主要起周边密封的作用。密封沟采用挖土机开挖，人工配合方式，将膜体四周沿密封沟内壁埋入密封沟底泥内，用粘土回填密实,并覆水。密封沟开挖深度视土层性质而定，一般不小于1.5m。埋设密封膜5.4.5出膜连接与真空泵系统安装真空主管通过出膜器与真空泵连接。出膜器的连接必须牢固，密封可靠。出膜连接真空泵系统安装5.4.6试抽真空各项抽真空设备安置就位，进行试抽，检验机械性能及密封状态，发现问题及时处理。检查设备试抽真空5.4.7铺设第二层土工布试抽真空正常后，在膜上铺设第二层土工布，铺设要求同第一层。5.5路堤填筑堆载真空度达到80Kpa并维持24了小时后，方可进行上层的路堤填筑作业。5.5.1周边密封膜的保护当路堤填料为粗粒土时，为防止大粒径颗粒滚落破坏周边密封膜，需对其进行防护。用粘土回填密封沟至原地面标高，并采用冲击夯夯实，然后用编织袋装粘土码砌于坡角处，做成一围堰，在围堰内用砂回填密实。密封沟回填前先排尽积水。在码砌时需挂线，保证边坡线顺直。其施工断面图如下：5.5.2填筑为了保护好土工膜及真空管，上第一层土时，选用颗粒最大粒径不宜大于10cm的粗粒土，虚铺厚度45cm，用YZ18先静压一遍，然后弱振两遍，再以2km/h的时速强振四遍，静压收光一遍。当第一层验收合格后，即可按正常的填筑工艺进行施工。6材料所需材料及其性能要求表6材料及其性能要求材料名称规格及性能要求砂中粗砂，渗透系数不小于10-2cm/s，含泥量小于3%塑料排水板板宽10cm，厚大于4.5cm，纵向通水量不小于45cm3/s密封膜膜厚0.14mm，断裂伸长率不小于200%滤管主管φ82mmPVC管滤管φ55mmPVC管,管上分布φ8mm滤水孔土工布针刺无纺土工布250g/m2吸水管钢丝橡胶软管7机具设备主要机械配备见表7。表7主要机械配备表序号设备名称型号配备数量1推土机PD140S1台2压路机CD15D1台3平地机GD705A-41台4装载机ZL501台5排水板插板机静压式\振动式1\1台6真空泵7.5KW7台7自卸汽车8T14台8手扶式压路机BS6001台9挖掘机现代2101台10发电机100KW1台8劳动力安排及安全8.1劳动力安排表8.1劳动力安排序号人员安排人数备注1总指挥1负责施工组织,协调指挥2技术负责人1现场技术指导3测量工3测量放样及监测工作4领工员1落实各项施工安排,指挥机械施工5技术工人4负责密封及抽真空系统铺设安装6司机2持证上岗7电工1负责电路,发电机等工作8安全员1受过专业培训,持证上岗9普工1~15受过一定培训8.2安全措施8.2.1论真执行国家有关安全施工规定，严格执行安全操作规程。加强对施工人员安全意识教育，树立安全第一的思想，提倡文明施工；8.2.2建立施工现场安全组织，设置安全员，负责监督各项安全规程和制度的执行情况；8.2.3从施工方案设计和技术交底，充分体现和明确安全技术方面的内容，重点在工序安全规程、操作工种等方面加大管理和业务培训力度；8.2.4加强对施工机具、电器设备、安全设施的检查和维修；8.2.5对附近架空线、地下障碍物要做好改线、标记或拆除工作，以免发生意外；8.2.6加强对运输车辆的管理，严禁酒后驾车；交通拥挤、城镇地区、施工场地限速行驶。9质量控制9.1真空滤管网质量控制9.1.1材料性能要求：滤管材料选用加筋PVC塑料管，主管壁厚大于2.7mm，支滤管壁厚大于2.4mm，确保其能承受足够的径向压力。滤管外包土工布滤膜，渗透系数要与塑料排水板的滤膜渗透系数相当。9.1.2管网的埋设要求：主管与支滤管长度和间距应按规定布设，埋在砂垫层中，覆砂厚度不小于20cm。管网连接要牢固，滤水孔要通畅。7台真空泵均匀布置在加固区一侧，间距约为20m左右，支滤管间距约为5.5m。见附图1。9.2密封系统质量控制9.2.1密封膜材料质量要求：使用密封性好、抗老化能力强、韧性好、抗穿刺能力强的专用真空膜，厚度为0.14mm，真空膜的材料参数符合材料检测要求；9.2.2密封膜铺设：密封膜分二层，按由下到上的顺序依次铺设，逐层检查，确保膜无破损；9.2.3膜周边密封控制：密封沟开挖必须符合盖膜闭气要求，并将膜边沿密封沟内壁插入软土中，密封沟内必须用粘土回填密实，并在沟内覆水，以确保膜周边的密封。为保护真空膜，在真空膜上下各铺设一层土工布；见示意图3.5.2：图9.2.3真空膜周边密封示意图9.2.4土工布缝接必须保证搭接宽度不得少于30mm；9.2.5现场粘贴密封膜，应保持粘结部位的清洁，上胶后要用力压紧；刚粘接的部位不能马上受力。搭接宽度不少于50mm；9.2.6分层沉降管从密封膜穿出时，在沉降管外套一段PVC管，PVC外管与已铺设的薄膜平顺粘接；为防止漏气，在沉降管与PVC管之间设密封胶圈并用粘土回填；9.2.7排水管与真空泵的连接要保证其通水、通气的要求。及时检查真空泵运转情况；9.2.8电缆通过地带开挖一条小沟使电缆线通过，并需作蛇形弯曲布设，预留变形长度，为防止重物压断电缆，将若干电缆并成一股，加塑料套管保护。电缆线从密封沟底穿过时须分散通过，周围用粘土保护，防止漏气；9.2.9按要求在加固区内设置真空度测头，以检测膜下、淤泥中及排水板内不同深度处的真空度；9.2.10开始抽真空后，应仔细查验封闭情况，发现问题及时解决；9.2.11加固区四周会产生环向裂缝，可将淤泥浆灌入，将裂缝填实。10效益分析采用本工法施工，高效、经济，不但能确保加固质量，且能缩短工期，节约投资。表10砂桩、插塑板、真空预压直接费造价指标对比序号地基加固措施振动砂桩冲击砂桩静压插