津滨轻轨软基加固真空预压法施工
摘 要:介绍真空预压法在城市轻轨软基处理中的应用,并与其他方法进行对比分析,认为真空预压法施工工艺成熟、施工方法简单、能增加地基稳定性、缩短施工工期,可作为城市轻轨软基加固的一种手段进一步推广。关键词:软土路基; 真空预压法; 加固1 工程概述
天津市区至滨海新区快速轨道交通工程路基部分长5. 486 km 。本施工段位于天津市开发区,全长1. 1 km , 该段地基为典型海相沉积和早期吹填形成的软土地基,软土层厚度为10～15 m , 其含水量大、密度小、压缩性大、强度低,且地下水对混凝土具有中等硫酸盐侵蚀性。
2 方案选择
软土路基处理方法基本有浅层处理法、复合地基法及固结排水法。浅层处理法有换土、抛石排淤、反压护道及排水砂垫层等; 排水固结法有砂井、袋装砂井、塑料排水板等;复合地基法有水泥搅拌桩、旋喷桩及粉喷桩等。浅层处理一般适用于软土层埋深浅、厚度小、上部覆盖层较薄的情况;复合地基法施工期短,施工方便,见效快,适用于中等厚度软土,但加固深度一般小于10 m ; 固结排水法适用于厚层软基,为避免工程工后沉降,一般要预压,预压期较长,预压土方量大。由于本段软基厚度均大于10 m , 为了减少预压土方,缩短工期,决定该段软基加固采用真空预压法施工。
3 真空预压排水固结法加固软基工作原理及施工工艺
3. 1 工作原理
真空预压排水固结法对被加固软基抽真空形成的大气压差作为预压荷载,通过排水通道传至设计深度, 沿深度基本呈矩形分布,真空预压排水固结法加固软基90 kPa 预压荷载,不需要施加实体荷载,软基预压排水是在真空吸、挤压共同作用下完成。
3. 2 施工工艺
本段软基加固工程特点为:加固面呈细长状,加固区以东为以工业垃圾为主填筑起来的绿化堤。
(1) 铺设垫层。首先清理干净地基表面的杂物,然后填筑70 cm 素土及30 cm 排水砂垫层,并碾压密实。
(2) 塑料排水板的施工。根据饱和软粘土特性,设计排水板间距为l m , 采取正三角形排列,平均打设深度为18 m 。现场根据塑料排水板布置范围及间距,用木片准确定出每个塑料排水板的打设位置,排水板采用门架型插板机打设,插板机基础要设置稳固,保证其平衡度满足稳定性要求。塑料排水板穿过空心套管, 插打至设计位置,套管靴头采用铁质靴头。
(3) 板头处理。当套管打设至预定位置后,将塑料排水板剪断,保证塑料排水板深入砂垫层至少25 cm , 并将其竖直地埋入砂垫层中。真空预压排水固结法加固软基断面见图1 。
(4) 真空分布管,膜下真空压力观测点及真空泵布置工艺。塑料排水板全部打设完成并处理好板头后, 于加固范围四周开挖密封沟。密封沟开挖完成后,人工整平场地,铺设2 cm 厚砂垫层,并于砂垫层内布设真空管路。管路布设完成后,覆盖3 层聚乙烯闭气薄膜,薄膜边缘埋入密封沟内,沟内用粘土回填夯实,形成高出薄膜不小于20 cm 堵水围堰,薄膜上覆盖10～ 20 cm 水。膜上覆水应在真空试抽,膜内真空度达到90 kPa , 确信密封系统不存在问题时方可进行。停止预压时地基的固结度应大于90 % , 当连续5 d 不大于 1. 5 mm/d , 即可停止抽气。
(5) 表面综合沉降观测点布置工艺。为取得比较完整的综合沉降数据,考虑细长加固区对加固区外的影响,打塑料排水板前、后,真空预压前、后,对加固区进行5 m ×5 m 网格高程测量。真空预压加固过程综合沉降变化规律,由设在表面的沉降标点来完成。
图1 真空预压排水固结法加固软基施工断面(单位:m)
(6) 施工主要设备① 塑料板打射机(小门架型20 m) 3 台;
② 专用射流真空泵 30 套;
③ 潜水泵 3 台;
④ 四芯电缆(50 mm2) 1 000 m ;
⑤ 四芯电缆(4～6mm2) 3 000 m 。
(7) 现场试验及监测
为了更好地指导施工,验证软基的加固效果,施工前选取2 个断面进行观测。在这2 个观测断面的中心位置钻探,进行原状土的各种物理力学指标及真空试验,并做十字板剪切强度试验,真空预压加固完成后在相近位置进行相同试验,并对加固前后物理力学指标进行对比分析。
塑料排水板打完后,在上述2 个观测断面线路中心、坡脚位置埋设孔隙水压力、分层沉降管,左侧密封沟外埋设测斜管及水位管;于断面线路中心、两侧路肩及坡脚位置膜面布设沉降板进行沉降观测,线路坡脚位置膜下设真空度仪。
4 软基加固中需注意的问题及采取的措施
(1) 在塑料排水板打设施工中,必须确保塑料板平面位置、倾斜度及打设深度均达到设计要求。
(2) 按质量标准严格选择塑料排水板,保证滤膜渗水、板芯导槽输水及真空压力向深度传递符合技术质量标准,这是关键环节之一。
(3) 应采用经过多项软基加固工程考验的真空密封系统:
① 选好排水砂垫层的砂料,符合技术质量标准,以确保排水阻力及真空压力传递近于零;
② 选择满足集水要求的滤管及外包滤膜,不漏砂, 致使其具有充分的渗水面积,以保证渗流集水,传递真空压力的要求;
③ 应用密封效果好的出膜装置,该装置是射流真空泵与真空分布管连接的纽带,为一组带止水线的法兰结构,具有密闭效果好,便于安装,停泵逆止的功能, 保持膜下真空压力的稳定性;
④ 选用真空效率高、真空压力损失小的射流真空泵为真空预压排水固结法加固软基动力源。
(4) 彻底清理真空预压加固软基范围内的杂物,确保周边的密封条件,认真做好密封层,确保真空预压力的稳定性。
(5) 该线路软基加固工程,在真空预压加固初期, 增加真空泵的数量,降低每台泵承担的加固面积,以弥补侧面真空压力损失,确保90 kPa 真空预压荷载升压规律,并保持稳定。
5 采用真空预压法施工加固效果分析
(1) 经济分析。真空预压法与复合地基法比较,可大量节约经费,节约投资达60 % 。
(2) 承载力强度及变形分析。真空预压法加固后, 软基得到整体加固,有害沉降基本消除,承载力可达到100 kPa 以上,完全满足设计要求。真空预压可产生90 kPa 等效荷载,土体上30 cm 砂垫层和表面20 cm 覆水可产生10 kPa 的等效荷载,因此,土体相当于经过100 kPa 等效荷载预压。预压后进行荷载板试验,地基承载力可达120～160 kPa 。
(3) 工期分析。真空预压法不存在有害介质侵蚀问题,无须进行浸泡试验,节省了工期。本方案位于全线终点部分,铺轨工程自线路中心向两端进行,有足够的时间提供给真空预压所需的3 个月工期。
6 结语
真空预压排水固结法是以消除软基有害变形,改善软基自身性能的较理想方法。路基施工中软基处理占用大部分工期,使本来需半年完成的工程缩短至3 个多月,大大节省了工期。该种施工方法对于天津沿海地区软土地基的处理十分有效,且施工时间短,加固费用低,加固效果好,特别是深层加固效果更好,值得在该种地质条件施工中广泛采用。
