真空堆載聯(lián)合預(yù)壓加固設(shè)計(jì)論文

時(shí)間:2022-05-18 04:19:58

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真空堆載聯(lián)合預(yù)壓加固設(shè)計(jì)論文

1真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓加固設(shè)計(jì)

1.1真空預(yù)壓機(jī)理

真空預(yù)壓主要是在外荷不變時(shí),對(duì)需要加固處理的軟土使用薄膜進(jìn)行密封,使其與大氣完全隔絕,然后在薄膜上層鋪設(shè)砂墊層,并在其中安置管道以及豎向砂井。使用射流泵對(duì)密封土體進(jìn)行真空處理,并通過管道及砂井及時(shí)排出內(nèi)部的水、氣,使之產(chǎn)生較大的負(fù)壓。加固土體隨著內(nèi)部水氣的排出,會(huì)縮小砂土間的空隙,使土體的應(yīng)力增強(qiáng)。同時(shí)由于強(qiáng)烈的壓差,會(huì)使周圍及深度土體也會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的負(fù)壓,從而使整體的路基達(dá)到較好的加固效果。

1.2堆載預(yù)壓機(jī)理

堆載預(yù)壓主要是采用多種荷載材料對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行加固處理,這種方法在工程中應(yīng)用較為普遍,取材也較為廣泛,例如砂料、土石料或者建筑物等。其加固原理為:加固土體隨著堆載的過程使超靜孔隙水壓力逐漸消散,從而使土體的有效應(yīng)力逐漸增強(qiáng),達(dá)到加固效果。若土體的軟土層較厚,可在軟土層中打設(shè)砂井,增加塑料排水板的安置數(shù)量,從而使?jié)B透系數(shù)加大,有效降低固結(jié)進(jìn)程,從而在更短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到加固的效果。一般而言,堆載的荷載值直接影響著加固土體的超靜水壓力消散程度以及預(yù)壓的加固效果。同時(shí)加載的工期長(zhǎng)短也對(duì)最終的加固效果有一定的影響。因此,要合理控制荷載大小以及加載速度,才能達(dá)到更好的加固效果。

1.3真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓

真空預(yù)壓與堆載預(yù)壓均屬于排水固結(jié)法,因此兩者的加固機(jī)理屬于相同的物理原理,加固結(jié)果均為孔隙水壓力消散,并轉(zhuǎn)變?yōu)橛行?yīng)力,達(dá)到加固作用。但真空預(yù)壓會(huì)在真空的作用下不斷形成負(fù)的超靜孔隙水壓力,而堆載預(yù)壓法是在加載的過程中不斷形成正的超靜孔隙水壓力。因此在真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓的情況下會(huì)使孔隙水壓力的正負(fù)壓差增大,提高孔隙水壓力消散的速度,從而增強(qiáng)加固效果。這種新型的聯(lián)合預(yù)壓加固方法主要體現(xiàn)以下幾個(gè)特點(diǎn):①固結(jié)應(yīng)力明顯增大,固結(jié)速度明顯加快。在雙重預(yù)壓效果之下孔隙水的抽出效率增強(qiáng),地下水位逐漸下降,從而增加了土骨架的固結(jié)壓力,在真空作用的負(fù)壓力、堆載作用的正壓力以及地下水位下降引起的固結(jié)壓力三重作用下,達(dá)到較大的土體強(qiáng)度;②抵消部分向內(nèi)收縮變形或側(cè)向擠出變形。真空預(yù)壓時(shí)導(dǎo)致土體內(nèi)部各向固結(jié)應(yīng)力等效,土體會(huì)產(chǎn)生收縮變形的效應(yīng),而堆載預(yù)壓時(shí)土體內(nèi)豎直方向的固結(jié)應(yīng)力大于水平方向,土體會(huì)產(chǎn)生側(cè)向變形的效應(yīng)。真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓時(shí)部分應(yīng)力會(huì)產(chǎn)生疊加或抵消效果,從而有助于地基的穩(wěn)定。

2真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓加固軟土路基的設(shè)計(jì)

2.1設(shè)計(jì)方案

首先根據(jù)加固所要達(dá)到的效果計(jì)算排水通道的間距(深度)、堆載填土重量、堆載高度等參數(shù)。該工程共需填土18kN/m3,堆載高度約1.3m,預(yù)計(jì)90d后路基的平均固結(jié)度可達(dá)到85%以上,沉降量約0.8m。1)密封系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。對(duì)需要加固的土體使用3層聚氯乙烯薄膜進(jìn)行密封,密封膜進(jìn)入不透氣圖層需≧0.5m,然后在薄膜上層鋪設(shè)黏土并壓實(shí)。加固區(qū)之間使用水泥漿攪拌連續(xù)墻施工,以此降低沉降度不均等的狀況。2)排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在薄膜上層鋪設(shè)0.4m的砂墊層,并再其中以正方形的結(jié)構(gòu)布置B型塑料排水板,保持1.0m的排水通道間距和12m的打設(shè)深度。3)加壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓方案設(shè)計(jì)80kPa的真空荷載、26kPa的堆載荷載以及7kPa的砂墊層荷載。4)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)段埋設(shè)多個(gè)監(jiān)測(cè)儀器,分別監(jiān)測(cè)預(yù)壓加載過程中的地表沉降、水平位移、孔隙水壓力、地下水位等參數(shù)。

2.2施工控制

施工前要對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行清潔打掃,將加固區(qū)內(nèi)的雜物、雜草以及積水等清理干凈,再鋪設(shè)土工布及砂墊層,保證砂墊層低于3%的含泥量。通過經(jīng)緯儀等測(cè)量工具對(duì)排水板的打設(shè)位置進(jìn)行確定,再用竹簽進(jìn)行標(biāo)記,然后進(jìn)行打設(shè)施工,保證排水板穿透淤泥層,并保證其在砂墊層表面漏出25cm左右。在砂墊層中埋設(shè)真空管路,之后進(jìn)行真空泵的安裝,真空泵布設(shè)原則為850m2/臺(tái),每臺(tái)機(jī)器的7.5kW的功率。鋪設(shè)真空膜并進(jìn)行預(yù)壓,當(dāng)真空度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值后,進(jìn)行堆載預(yù)壓。

3真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓加固軟土路基的應(yīng)用效果

水平位移的觀測(cè)可判斷路基側(cè)向變形的情況,分別取K1+350、K1+450、K1+550監(jiān)測(cè)斷面的路肩位置進(jìn)行檢測(cè)。在真空預(yù)壓的初期先會(huì)產(chǎn)生擠出變形,但變形作用較小,主要是受砂墊層和密封溝的影響。待真空度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后,會(huì)產(chǎn)生收縮變形,側(cè)向位移不斷向加固區(qū)中心收縮,最大水平位移可達(dá)235mm,最低85mm。收縮變形主要發(fā)生區(qū)域?yàn)榈叵?5m左右,離地面越近,其位移值越小。孔隙水壓力的觀測(cè)主要是為了了解地基的固結(jié)狀態(tài),本次選取的3個(gè)觀測(cè)斷面分別達(dá)到22m、23m、24m的深度。在真空度逐漸升至標(biāo)準(zhǔn)值的過程中孔隙水壓力逐漸下降,離地面越近的距離受真空壓力的影響越大,因此其孔壓變化也較大,在距離砂墊層2~4m的測(cè)點(diǎn),孔壓可維持在-40kPa左右。隨著時(shí)間的延長(zhǎng),真空壓力會(huì)逐漸向下擴(kuò)散,因此可使深部孔壓也逐漸降低。

4結(jié)束語(yǔ)

綜上所述,本文首先介紹了某市軟土路基工程的工程概況以及當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)水文條件。然后對(duì)真空預(yù)壓機(jī)理、堆載預(yù)壓機(jī)理以及真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓機(jī)理進(jìn)行分析。最后結(jié)合本次工程的實(shí)例進(jìn)行方案的設(shè)計(jì)以及施工控制,并通過觀測(cè)檢驗(yàn)的結(jié)果對(duì)加固效果進(jìn)行分析。真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓加固軟土路基是現(xiàn)代公路工程中較為有效的新型處理方法,不僅能達(dá)到更好的加固效果,還能縮短工期,達(dá)到更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

作者:曹文劍單位:重慶市市政設(shè)計(jì)研究院