试析无膜真空预压排水软基加固法的工程应用

时间:2021-03-09 14:26:15 硕士毕业论文 我要投稿

试析无膜真空预压排水软基加固法的工程应用

  一、引文

  目前在国内许多沿海城市采用膜下真空预压排水的方法加固沿海滩涂,使地基承载力符合港口堆场的使用要求,但在国内目前的技术状况,膜下真空预压排水软基处理的单块加固面积不能太大,并且在具有含水量高、缩性大、触变性强、透水性差、抗剪强度低等特点的淤泥上施工,难度相当大;这就要求改进原有的真空预压排水加固方法,使一次性真空预压面积大大提高,以减少资金投入和缩短工期。由天津市水利勘察设计院发明并获得专利的低位真空预压排水软基加固法(也称无膜真空预压排水软基加固)克服了以上技术缺陷,我分公司承建的厦门保税区二期软基处理工程利用了此无膜真空预压工艺,在我局尚属首例。

  二、工程概况

  厦门象屿保税区二期工程位于厦门岛西北部铁路西站的海域滩涂地,毗邻高崎村,北与高崎码头相接,南邻石湖油库。东西向宽约0.9km,南北向长约2.0km,工程占地约1.16km ,其中科研工程A、B地块面积共为0.47km。地块0.2km ,B地块0.27km。)。

  本工程场地地层结构复杂,地层的岩性、厚度和埋藏分布等在横向、纵向上变化均较大。135个地质钻孔揭露的地层中,就其成因类型和岩性等可分为9个工程地质层,由上而下主要为:素填土、淤泥、砂、砂质粘士、淤泥质土、砂、残积粘性土、花岗岩和闪长玢岩脉。

  三、施工工艺的选择

  鉴于以上工程特点及工期的要求,根据有关专家考察及论证,采用了无膜低位真空预压工艺进行施工。

  无膜真空预压是在需要加固的软土地基内设置竖向排水通道,然后通过水平管网作为水平排水通道,其上吹填不透气的泥封层使与大气隔绝,水平管网与真空装置连接进行抽气,将泥封层底下的水、气抽出,因而在膜的内外产生一个气差压,这部分气压差即变成从泥封层上向底下垂直作用于整个平面地基上的荷载。抽真空前,软基土体中的有效应力等于土体自重产生的应力,抽真空后,土体固结时通过排水减少土体中的水含量,降低水压力,降低的水压力转化为土体中的有效应力,当真空负压完全转化为土体中的有效应力时,真空预压结束,此时的土体颗粒间黏结力大大加强,达到加固软基的效果,使加固后的地基符合使用要求。

  四、主要施工工艺

  1. 排水板施工施打排水板采用自行门式打板机进行施工,由于本工程淤泥含水量高、缩性大、触变性强、透水性差、抗剪强度底的特点,采用在淤泥上铺设一层砂垫层后铺设打板机轨道的方法解决打板机在淤泥上难以行走的问题,对于打板机在局部有陷塌现象的,以铺设竹排垫底形成行走轨道。施工过程专人控制排水板的垂直度、平面位置及回带长度情况,施打深度控制:开动振动锤情况下无法再下钻时为已到持力层。

  2. 管网铺设水平管网分支管与干管两种,形成水平排水体系,与排水板连接后形成三维排水系统;水平支管采用qb60mm 包有一层过滤膜的PVC管,水平干管为qb200mm 双壁PVC波纹管。干管分布在各分区的长边两侧,支管间距为86.7cm,干管与支管的横向抗拉强度不小于100KPa,以满足在抽真空时80KPa吸力的作用下不产生管网本身变形破坏。水平支管与垂直塑料排水板通过排水板板头的绑扎连接,垂直方向的水通过绑扎骨点的滤膜流进水平支管内,再由支管流进干管。采用人工将水平支管用排水板板头缠绕后铁丝绑扎牢固,绑扎时水平支管大致控制在一条直线上,绑扎后的水平支管避免踩踏,对滤膜有破损现象的,及时用胶带补好,防止水平支管吸泥堵管;水平支管与干管的连接方法是:将干管沿管壁开孔,开孔直径为6.5cm,支管端部插入干管孔内后用土工布缠绕绑牢,在支管端部要留有一定长度的富余量,用来在不均匀沉降时拉伸支管,避免支管受拉与干管脱落,垂直排水板和水平管网的全部布置连接完成。

  3. 淤泥搅拌桩施工原设计中没有淤泥搅拌桩分项工程,属施工变更项目:因为经过有关施工人员考证,对A地块周边进行地质钻探,判断在场地深层存在一层连续通海的砂层面,在抽真空时会产生漏气,导致真空度无法上升,经过有关单位、专家讨论,在A地块四周施打淤泥搅拌桩,用以真空预压深层闭气,之后将A地块23个分区同时间进行抽真空施工。

  因为加固场地临近海边,考虑到潮汐水位的冲刷作用,淤泥搅拌桩设计成双排,直径为700mm,相邻搅拌桩相叠宽度为200mm (即桩距为500mm),搅拌桩的桩底深度按底于砂层最底面标高1 00cm 进行控制。

  比较各类型机械性能后,我们选择了SJB一40为施工机械。淤泥搅拌桩施工采用六喷六搅的施工工艺,搅拌桩机钻杆下沉速度不大于0.8m/min,钻杆钻速为43转/min,泥源为c标吹填经过沉砂以后的纯泥,泥浆采用泥浆泵抽上泥浆罐车后运输到现场,在进入挤压泵之前,泥浆必须采用细孔率网过滤,过滤后的泥浆比重控制在1.3—1.4t/m。。在施打搅拌桩过程中,后台挤压泵压力档位开到最大档,以确保搅拌桩时的喷浆半径达到设计的桩径。

  4.泥封层吹填采用一艘300m。/h吹泥船吹入泥浆,吹泥口采取减压、分流进行处理,以免冲力过大破坏己铺设的管网系统。泥浆的自然固结后的厚度不小于0.6-0.8m,吹泥过程保持连续性,并根据泥面变化随时移动吹泥管出口位置和溢流口位置,以尽量保证泥面平整度。取泥点在高崎闽台避风港锚泊地进行探查,取杂质含量小的区域淤泥,泥源经过渗透系数的取样检验后方可使用,要求渗透系数不大于1 X 10一cm/s,以保证泥封层的密封性。在吹泥过程中,采用了蓄砂沉淀池沉积泥水中的砂性物质,以保证泥封层的淤泥纯度。由于原场地高差大,吹填整个场地泥封层后局部位置泥封层无法覆盖或厚度过薄,若不进行补浆,势必导致该面积内的泥封层密封效果不好,我们采用了泥浆泵从C标抽较纯泥浆进行该区域的补泥施工,以达到密封效果。

  5. 抽真空系统安装根据抽真空系统机械功效及各抽真空系统之间的独立性,将A地块加固场地共划分为23个加固单元,各单元分布如图2所示。抽真空系统由真空集水井和井上真空系统两大部分构成,井上真空系统包括真空泵、真空缓冲罐、潜水泵、控制柜、控制阀、真空表、管道等组成。

  根据实际场地情况及降低工程成本的要求,在真空泵类型选择时我们放弃了射流泵,因为安装射流泵需要的台数多,达400多台,现场没有足够的围堰安放,另外400多台射流泵抽真空时需要的.电量也相应较大,所以我们选择W3型号的往复式真空泵作为抽真空设备,每台W3型真空泵控制的受预压土体体积为35,000m。,A标段平均排水板深度为1 2m,每区面积为10,000m。,所以每区的抽真空设备台数为4台,分为两组,每个干管连接一组真空泵,对于面积偏小的22#、区只布设了一组抽真空设备泵,即2台真空泵。

  五、施工监测

  1. 缓冲罐、场区尾部真空度监测真空预压抽真空开始于2004年6月10日,经过半个月之后,即6月25日起A地块所有场区的尾部真空度均达到设计要求的80KPa,而在整个抽真空的施工过程中,因为不均匀沉降引起管网破坏,导致掉压的现象,基本上都能及时将管网修补好,使场区尾部、缓冲罐的真空度立即回升到80KPa以上。直至9月25日,真空度均能满足要求,由于管网中能量传递过程中存在能量的损耗,使场区尾部真空度基本上比缓冲罐内真空度低10~18KPa。

  2. 沉降观测沉降标安排在施打排水板之后施工,并测出布置初值,按照设计,每个分区布置三个沉降标。具体经过三个月抽真空后的实际最终沉降量与设计沉降量对比如表1所示。(因1#分区大部分变更为堆载预压,故没有设置沉降标从以上表格可以看出,实际的沉降量比设计的沉降量少了很多,但是根据设计说明的连续5d 的沉降量不大于2mm/d可以作为停泵的依据,而从沉降观测记录表中9月27日前的7d内的沉降量均符合以上停泵条件,最后于9月27日停止抽真空作业。

  六、结束语

  无膜真空预压是一种良好的可靠性较高的软基处理施工工艺,它充分利用淤泥来代替传统密封膜的工艺,达到节省投资、提高功效的目的,更重要的是无膜真空预压的抽真空系统中少了砂垫层过渡,而抽真空的吸力是通过水平管网直接作用于排水板,通过排水板一支管一干管一积水井传递软土地基中水、气,真空度传递简单、直接,预压效果明显。此方法能有效满足了港口堆场建设的需要,具有较开阔使用前景。

  参考文献:

  [1] 娄炎.真空排水预压法加固软土技术[M].2002.

  [2]低位抽真空软土地基加固技术研究【N】.天津水利科学研究所,天津大学岩土工程研究所,1998,6.

  [3]象屿保说区二期软基处理工程A标段施工图设计说明天津水利勘察设计院,2003,7.

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