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真空预压在软基处理项目中的应用

344 2020-05-29 09:51:24

真空预压是在需要处理的软弱地基中设置沙井或埋设塑料排水带,在地基表面铺设砂垫层,再在砂垫层表面铺设不透气的薄膜封闭装置。借助于埋设在砂垫层内的管道,通过抽真空装置,使膜内外形成大气压差。由于砂垫层和竖向排水装置与地基土存在压差,导致土中的孔隙水不断的向竖井里渗流。由于地基土中孔隙水压力的减少,地基土的有效应力不断增大,土体发生固结,提高地基土的承载力。


真空预压工艺示意图

图1 真空预压工艺示意图


    真空预压法特别适用于深厚软弱土层中的地基处理与加固,它采用真空压力作为荷载,其最大荷载可达80kPa,一般情况下不需要大量的堆载材料,施加荷载、卸除荷载方便迅速,不存在分级的问题,另外真空预压对土体产生向内收缩的球向应力,因此不会引起地基失稳现象,具有土体固结速度快、施工期较短、平均沉降量大、地基抗剪强度增长率大等优点。

同时,真空压力沿深度衰减较慢,使加固期固结度较小的下卧层的加固应力远大于堆载预压情况,加大施工期内整个地基的次固结压缩量和下卧层的主固结压缩量,从而减小地基的沉降,处理后地基土性质较为均匀,减少了建筑物使用期间的不均匀沉降。

一、工程背景

    本项目位于广州南沙区,项目总用地面积为142180㎡,总建筑面积为122700㎡,住宅建筑面积约为118890㎡,商业约3810㎡。根据现场勘察报告资料显示,场地内表层分布有0.52.5m厚的人工填土,平均厚度36.250.4m的淤泥,该两层土是典型欠固结软土。淤泥层土具有天然含水量高、天然孔隙比大、抗剪强度低、压缩系数高、渗透系数小、地基承载力低等特点,变形大且变形不均匀,变形稳定历时较长,必须对其进行加固处理后方能用于工程建设,满足后期建筑对地基承载力及工后沉降的要求。


真空预压场地现状图

2 真空预压场地现状图


二、施工工艺要求

    根据场地地质勘察报告结合现场的实际情况,场地软弱土层厚度普遍都在35m以上,且土层参数极差。考虑后续的基坑支护和基础施工,排水板采用长短板结合的布置方式方式(让上部15m范围内淤泥充分固结,充分提高土层的物理力学参数)。排水板深度取35m,排水板间距按照1.5m×1.5m布置,每四根长排水板中间布置一根15m的短板。设置80cm砂垫层。施工技术要点如下:

(一)平整场地,清理场地的杂物及表面障碍物。

(二)利用液压插板机或振动插板机进行排水板施工,排水板呈正方形布置,根据不同区域排水板间距分别为1.5m×1.5m,长板打设深度为35m,短板打设15m。

(三)真空主管采用直径50mm的波纹管,间距20m;真空支管采用直径50mm的软式透水管,设置间距与排水板布设一致,将排水板环绕排水支管一周以上并保证连接可靠,利用四通将真空支管与波纹主管连接起来。

(四)真空密封膜两层,厚度为0.20mm,铺设密封膜之前加铺一层无纺土工布,起到保护密封膜的作用。

(五)由于场地周边密封无强度等要求,因此采用淤泥搅拌桩连成密封墙,其密封深度受真空度的传递特性影响,现场要求密封墙具有足够的持久气密性和基本的抗渗能力。真空预压时,加固区内降水一般不超过10m,水位降深以内的土体容易受周边渗透与漏气影响,搅拌密封墙深度按10m打设。

(六)抽真空设备采用功率为7.5kW真空泵,最大抽气量为4.6m3/h-11500-2000m2布置一台泵。

(七)试抽阶段,采用逐级加载,试抽时间为7天左右;抽真空阶段,须按设计要求开真空泵,设计膜下真空度≥80kPa,时间不得少于90天,达到压力标准后开泵率不小于70%。

(八)抽上真空并达到恒载后,对于周边密封墙及膜面进行蓄水维护,在抽真空过程中,对裸露的搅拌墙采用蓄水,可防表层墙体水份逐渐减少产生开裂漏气现象,对膜面蓄水维护有利于真空度的保持并减缓土工膜在高拉应力情况下的光氧老化速度及微观结构塑性流动而破坏。

(九)当沉降及承载力达到要求时,停止抽真空。


真空预压现场施工图

3 真空预压现场施工图


三、施工监测

    软基施工监测是控制施工质量,检验软基加固效果的关键措施。为了实时了解加固情况,对软基处理过程中进行了表面沉降量、不同深度孔隙水压力、真空度的监测。监测项目要求如下:

观测项目

布设要求

观测频次

真空度观测

5个测点/加固区

1次/1

地表沉降观测

5个测点/加固区

a.加载期、压载期前30天内:1次/1天;

b.30天后至卸载:1次/3天。

孔隙水压力观测

每个测孔竖向间距5.0m设置孔隙水压力计。1组/加固区

四、真空预压加固效果

通过真空预压软基处理并采用淤泥搅拌墙密封技术,场地地基得到了有效加固,真空度普遍传递到12~15m。孔隙水压力消散影响达30m以上。真空预压期间(125天—160天),加固效果良好,整个区域平均沉降达2.50m左右,基本达到了预期的施工要求。

处理前图层情况 

图4 处理前土层状况

处理后土层状况

图5 处理后土层状况

   

    结合现场实际效果来看,得出以下结论:

a.真空预压作用主要是依靠真空度的有效传递,因此真空度能够达到有效传递的深度也就是其有效加固有效深度。

b.真空预压改变了加固区土体应力状态,在加固区与膜上及周围土体间产生一个大气压差,在压力差是的作用下,地基土产生正的超静孔隙水压力,随着孔隙水压力的逐渐消散,有效应力逐渐增大,使得地基土产生固结。

c.针对真空预压的特性,从排水板打设深度、搅拌墙隔气性能等方面的控制能够有效保证大面积真空预压真空度的传递、加固区内孔隙水压力消散和水位降的降低。