真空联合堆载预压加固软土地基工法.doc

真空联合堆载预压加固软土地基工法一、前言真空联合堆载预压法是在需要加固的软土地基表面先铺设砂垫层，然后埋设垂直排水通道（砂井或塑料板排水板），再在砂垫层顶面铺设一封闭薄膜使其与大气隔绝，薄膜四周埋入土中，通过砂垫层内埋设吸水管道，用真空装置进行抽气，使其形成真空（见图1）。当抽真空时，在砂垫层、塑料板排水板通道先后形成压差，在此压差作用下，土体中的孔隙水不断由排水通道排出，从而使土体固结。同时，利用高速公路自身修筑的路堤路基，在砂垫层上再分层铺筑路基，该部分堆载预压结合真空预压对加速软粘土的排水固结，减小工后沉降起到积极作用。二、工法特点本工法用塑料排水板作竖向排水体，用抽真空形成的负压代替常规堆载，同时利用路基填土进行堆载预压，克服了常规的塑料排水板、堆载预压排水固结法受堆载材料的影响，造成费工费时、加固效果欠佳的弊端，具体表现为：①真空度沿塑料排水板向下传递及向土体中扩展，孔隙水压力降低，而孔隙压力是一个球应力，所以不会产生剪切变形，发生的只是收缩变形，因而在水平方向增加一个向着负压源的压力，使四周土体都向预压区移动，促使土体进一步压密，所以在真空预压下土体不会发生侧向挤出破坏，真空预压可以一次快速施加而无须分级加载，大大节省了时间，缩短了工期。②真空预压法在土体加固过程中，在真空吸力的作用下使土中的封闭气泡排出，从而使土的渗透性提高，固结过程加快。③真空预压法加固软基，由于地基周围的土体是向着加固区移动的，这样有利于加固区内土体密实度的提高和地基承载力的增加。④由于一般路堤填土高度较高，因而可利用该部分填土作为堆载，联合真空预压法一起加固软土地基，经济上效益好，技术上可行。即在真空预压一段时间后，在砂垫层面按照堆载预压的施工工艺要求，填筑路堤，利用自身荷载实行预压，既增加了加固深度，同时也减少了工后沉降，因而提高了加固效果，也缩短了工期。三、工艺原理根据太沙基有效应力原理P=P1+U式中P——总压力P1——有效应力，P1=γH，其中γ为土容重，H为高度；U——孔隙水压力，U=γwH，γw为水容重。将上式进行微积分，得dP=DP1+dU当总压力P为常量时，dP1=-dU上式说明孔隙水压力的降低值，就是有效应力的增加值，见图2。对密封的膜下软土地基连续进行抽真空作业，造成膜内空气压力减小，当膜内、外空气压力差达到一定值后，迫使土中孔隙水产生渗流，经排水系统排出膜外，孔隙水压力不断降低，土体不断密实，有效应力不断增加，当压力差趋于零时，渗流停止，固结完成。以上只考虑了抽真空引起的应力变化，在实际抽真空的作业过程中，路基填筑土石方的重量相当于堆载预压的荷载，其抽真空后的Pa—Pv—△P+γH值更大，即有效应力值更大，固结时间大大缩短。四、适用范围本工法适用于含水量高、孔隙比大、强度低、渗透系数和固结系数小的粘性土和淤泥质粘土；本工法可用于铁路、公路等软土地基加固。本工法的塑料排水板可替换成袋装砂井、碎石桩等加固措施。五、机具材料主要机具设备表表1序号名称单位数量说明1抽真空装置套2离心泵的功率为7.5KW，膜下真空度大于600mmHg汞柱2真空表套43孔隙水压力器套44沉降板套25水平仪台16静力触探仪台17发电机台18十字板剪力仪台11．抽真空装置该装置由电动机、单极单吸离心泵、清水高压射流泵、蓄电池、进水管、出水管、回水管组成。该装置运用高压射水流形成负压进行抽真空作业，单极单吸离心泵在电动机的驱动下，抽取水箱中的水，供给清水高压射流泵产生高喷射水流，形成真空源，经管路、滤水管、砂垫层、塑料排水板吸出软基的孔隙水。2．密封系统该系统由土工布、密封膜、土沟、土堤等组成，其性能见表23．排水系统该系统包括塑料排水板、砂垫层、滤水管、吸水管。4、量测系统量测系统包括真空表、孔隙水压力器、沉降板等组成。六、施工工艺流程和要求施工工艺流程见下图施工准备测量放线铺砂垫层施工塑料排水板安装抽真空设备铺密封膜安装观测设备抽气检查密封膜及系统运转情况真空度及沉降观测联合堆载预压完毕拆除相关设备真空泵测试抽真空设备进场开挖沟槽、土堤路基填筑路面施工真空联合堆载预压施工工艺流程图工艺要求真空预压联合堆载预压的施工工艺主要包括以下部分：材料性能表表2材料名称规格及性能要求主水管φ90mm的PVC管，壁厚4mm滤水管φ60mm的PVC管，壁厚4mm，滤管采用打孔型，孔型呈狭长条形，管外采用土工布包裹。管间距4～5m。土工布规格为150g/m2，渗透系数大于10-3cm/s，等效孔径不大于0.1mm。CBR顶破强度大于4KN，抗拉强度大于2KN/5cm密封膜聚乙烯薄膜，厚度0.14±0.02mm，纵横向断裂伸长率≥20%塑料排水板符合《塑料排水板质量检验标准》JTJ/T257-96中B型吸水管橡胶软管，其耐腐蚀、耐老化性能符合设计要求①设置排水通道首先