津濱輕軌軟基加固真空預壓法施工
摘 要:介紹真空預壓法在城市輕軌軟基處理中的應用,并與其他方法進行對比分析,認為真空預壓法施工工藝成熟、施工方法簡單、能增加地基穩定性、縮短施工工期,可作為城市輕軌軟基加固的一種手段進一步推廣。關鍵詞:軟土路基; 真空預壓法; 加固1 工程概述
天津市區至濱海新區快速軌道交通工程路基部分長5. 486 km 。本施工段位于天津市開發區,全長1. 1 km , 該段地基為典型海相沉積和早期吹填形成的軟土地基,軟土層厚度為10～15 m , 其含水量大、密度小、壓縮性大、強度低,且地下水對混凝土具有中等硫酸鹽侵蝕性。
2 方案選擇
軟土路基處理方法基本有淺層處理法、復合地基法及固結排水法。淺層處理法有換土、拋石排淤、反壓護道及排水砂墊層等; 排水固結法有砂井、袋裝砂井、塑料排水板等;復合地基法有水泥攪拌樁、旋噴樁及粉噴樁等。淺層處理一般適用于軟土層埋深淺、厚度小、上部覆蓋層較薄的情況;復合地基法施工期短,施工方便,見效快,適用于中等厚度軟土,但加固深度一般小于10 m ; 固結排水法適用于厚層軟基,為避免工程工后沉降,一般要預壓,預壓期較長,預壓土方量大。由于本段軟基厚度均大于10 m , 為了減少預壓土方,縮短工期,決定該段軟基加固采用真空預壓法施工。
3 真空預壓排水固結法加固軟基工作原理及施工工藝
3. 1 工作原理
真空預壓排水固結法對被加固軟基抽真空形成的大氣壓差作為預壓荷載,通過排水通道傳至設計深度, 沿深度基本呈矩形分布,真空預壓排水固結法加固軟基90 kPa 預壓荷載,不需要施加實體荷載,軟基預壓排水是在真空吸、擠壓共同作用下完成。
3. 2 施工工藝
本段軟基加固工程特點為:加固面呈細長狀,加固區以東為以工業垃圾為主填筑起來的綠化堤。
(1) 鋪設墊層。首先清理干凈地基表面的雜物,然后填筑70 cm 素土及30 cm 排水砂墊層,并碾壓密實。
(2) 塑料排水板的施工。根據飽和軟粘土特性,設計排水板間距為l m , 采取正三角形排列,平均打設深度為18 m 。現場根據塑料排水板布置范圍及間距,用木片準確定出每個塑料排水板的打設位置,排水板采用門架型插板機打設,插板機基礎要設置穩固,保證其平衡度滿足穩定性要求。塑料排水板穿過空心套管, 插打至設計位置,套管靴頭采用鐵質靴頭。
(3) 板頭處理。當套管打設至預定位置后,將塑料排水板剪斷,保證塑料排水板深入砂墊層至少25 cm , 并將其豎直地埋入砂墊層中。真空預壓排水固結法加固軟基斷面見圖1 。
(4) 真空分布管,膜下真空壓力觀測點及真空泵布置工藝。塑料排水板全部打設完成并處理好板頭后, 于加固范圍四周開挖密封溝。密封溝開挖完成后,人工整平場地,鋪設2 cm 厚砂墊層,并于砂墊層內布設真空管路。管路布設完成后,覆蓋3 層聚乙烯閉氣薄膜,薄膜邊緣埋入密封溝內,溝內用粘土回填夯實,形成高出薄膜不小于20 cm 堵水圍堰,薄膜上覆蓋10～ 20 cm 水。膜上覆水應在真空試抽,膜內真空度達到90 kPa , 確信密封系統不存在問題時方可進行。停止預壓時地基的固結度應大于90 % , 當連續5 d 不大于 1. 5 mm/d , 即可停止抽氣。
(5) 表面綜合沉降觀測點布置工藝。為取得比較完整的綜合沉降數據,考慮細長加固區對加固區外的影響,打塑料排水板前、后,真空預壓前、后,對加固區進行5 m ×5 m 網格高程測量。真空預壓加固過程綜合沉降變化規律,由設在表面的沉降標點來完成。
圖1 真空預壓排水固結法加固軟基施工斷面(單位:m)
(6) 施工主要設備① 塑料板打射機(小門架型20 m) 3 臺;
② 專用射流真空泵 30 套;
③ 潛水泵 3 臺;
④ 四芯電纜(50 mm2) 1 000 m ;
⑤ 四芯電纜(4～6mm2) 3 000 m 。
(7) 現場試驗及監測
為了更好地指導施工,驗證軟基的加固效果,施工前選取2 個斷面進行觀測。在這2 個觀測斷面的中心位置鉆探,進行原狀土的各種物理力學指標及真空試驗,并做十字板剪切強度試驗,真空預壓加固完成后在相近位置進行相同試驗,并對加固前后物理力學指標進行對比分析。
塑料排水板打完后,在上述2 個觀測斷面線路中心、坡腳位置埋設孔隙水壓力、分層沉降管,左側密封溝外埋設測斜管及水位管;于斷面線路中心、兩側路肩及坡腳位置膜面布設沉降板進行沉降觀測,線路坡腳位置膜下設真空度儀。
4 軟基加固中需注意的問題及采取的措施
(1) 在塑料排水板打設施工中,必須確保塑料板平面位置、傾斜度及打設深度均達到設計要求。
(2) 按質量標準嚴格選擇塑料排水板,保證濾膜滲水、板芯導槽輸水及真空壓力向深度傳遞符合技術質量標準,這是關鍵環節之一。
(3) 應采用經過多項軟基加固工程考驗的真空密封系統:
① 選好排水砂墊層的砂料,符合技術質量標準,以確保排水阻力及真空壓力傳遞近于零;
② 選擇滿足集水要求的濾管及外包濾膜,不漏砂, 致使其具有充分的滲水面積,以保證滲流集水,傳遞真空壓力的要求;
③ 應用密封效果好的出膜裝置,該裝置是射流真空泵與真空分布管連接的紐帶,為一組帶止水線的法蘭結構,具有密閉效果好,便于安裝,停泵逆止的功能, 保持膜下真空壓力的穩定性;
④ 選用真空效率高、真空壓力損失小的射流真空泵為真空預壓排水固結法加固軟基動力源。
(4) 徹底清理真空預壓加固軟基范圍內的雜物,確保周邊的密封條件,認真做好密封層,確保真空預壓力的穩定性。
(5) 該線路軟基加固工程,在真空預壓加固初期, 增加真空泵的數量,降低每臺泵承擔的加固面積,以彌補側面真空壓力損失,確保90 kPa 真空預壓荷載升壓規律,并保持穩定。
5 采用真空預壓法施工加固效果分析
(1) 經濟分析。真空預壓法與復合地基法比較,可大量節約經費,節約投資達60 % 。
(2) 承載力強度及變形分析。真空預壓法加固后, 軟基得到整體加固,有害沉降基本消除,承載力可達到100 kPa 以上,完全滿足設計要求。真空預壓可產生90 kPa 等效荷載,土體上30 cm 砂墊層和表面20 cm 覆水可產生10 kPa 的等效荷載,因此,土體相當于經過100 kPa 等效荷載預壓。預壓后進行荷載板試驗,地基承載力可達120～160 kPa 。
(3) 工期分析。真空預壓法不存在有害介質侵蝕問題,無須進行浸泡試驗,節省了工期。本方案位于全線終點部分,鋪軌工程自線路中心向兩端進行,有足夠的時間提供給真空預壓所需的3 個月工期。
6 結語
真空預壓排水固結法是以消除軟基有害變形,改善軟基自身性能的較理想方法。路基施工中軟基處理占用大部分工期,使本來需半年完成的工程縮短至3 個多月,大大節省了工期。該種施工方法對于天津沿海地區軟土地基的處理十分有效,且施工時間短,加固費用低,加固效果好,特別是深層加固效果更好,值得在該種地質條件施工中廣泛采用。
