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摘要:本文主要针对市政道路工程软基处理的施工展开了探讨,对排水固结的机理作了说明,对排水固结法的工程实践作了详细的阐述和系统的分析,以期能为有关方面的需要提供有益的参考和借鉴。
关键词:市政道路;软基处理;探讨
引言
在软土地区进行市政道路的施工,容易由于地质问题而严重影响市政道路的使用。因此,为了保障市政道路的施工及使用,我们就需要对软土地基进行有效的处理,并要采取有效的技术做好软基处理的施工。基于此,本文就市政道路工程软基处理的施工进行了探讨,相信对有关方面的需要能有一定的帮助。
1 排水固结机理
1.1 排水固结的原理
根据固结理论,软土地基中水和气体的排出,地基也会固结变形,地基土的强度也会增加。影响软土地基固结的因素包括:渗透系数、排水距离、土层土性、荷载作用的时间等。增加天然土层的排水通道,增设竖向排水井往往是最有效的增强软土地基的方法,不仅能够提高地基的固结速率,而且能够缩短工期,促进了沉降工程的提前竣工。见图1。
图1 排水固结法原理
排水固结法的目的主要解决两个问题:沉降问题和稳定问题。这两个问题关系着工程项目的沉降和地基强度的增长,对采用排水固结法来处理地基的其他工程,如路堤、土坝等,为满足设计荷载要求,可采用逐步分级提高地基土强度。
1.2 排水固结的方法
(1)堆载预压法。一般情况下,堆载预压的荷载与建筑物荷载相等。但有时为了减少施工后沉降等不利影响,预压荷载可适当大于建筑物荷载,通常预压荷载的大小约为建筑物荷载的1.2~ 1.3倍,特殊情况则根据软土地基土层条件和工程的具体要求来确定。但对于结构性、流变性软土地基,一定要慎用超载预压,以免超载导致沉降过大或地基失稳。其固结机理可用有效应力进行解释。
如图2(a)表示正常固结软土地基堆载预压排水固结的情形,土体中A、B、C、三点加载前处在K0应力状态下,如图2(b),由外荷载产生附加应力如图2(c)所示。地基土体处在K0应力状态下相应的莫尔圆用图3中的D圆表示,与之相对应的强度可近似用平均有效应力所对应P'=(σ'10+σ'30)/2)的强度τ0(图3中的E点)表示。
图2 软土堆载排水预压加固应力分布图
当采用堆载预压加固时,在土中形成的超静孔隙水压力消散完毕后,主固结完成后,相应的有效应力莫尔圆移到D’位置,此时:
σ'1=σ'10+△σ'V
σ'3=σ'30+△σ'h
P=(σ'1+σ'3)/2=P'0+(σ'V+△σ'h)/2
(2)真空预压法。该技术在软土地基加固的应用原理为:利用大气压为荷载,根据气压的变化在薄膜内形成一个压差△P(压力作用如图3),然后通过垂直排水通道逐渐向下延伸。同时还可以在排水通道四周扩展,形成负的超静孔隙水压力,促使孔隙中水和气的渗流。
图3 真空排水预压加固软土地基的应力分布
真空排水预压法加固的整个过程中总应力不变(即△σ'=0),加载中降低孔隙水压力就等于增加有效应力,即
△σ'=-△μ
用有效应力原理分析来看,平均P0'=(σ'10+σ'30)/2),加固地基土体增加的有效应力为△σ',由于孔隙水压力是一个球应力,所以各个方向均增加△σ',因此有:
σ'1=σ'10+△σ'
σ'3=σ'30+△σ'
其有效应力莫尔圆由D位置向右移到D'(图4),平均应力增加了△σ',平均应力为:
P'=P'0+△σ'
图4 真空排水预压加固地基强度的增长
当地基强度加固结束后,地基强度会随着“荷载”的移除,沿超同结包线退到F点,此时莫尔圆的半径保持不变,强度增加了△τ,这就是地基土加载后强度提高的机理。
2 排水固结法的工程实践
2.1 工程概况
某工程道路宽30m、长1538m东街市政道路工程、东平路、汇街小函、滨江大道,全线软土分布广泛、埋藏浅、厚度大且不均匀。大部分路段均分布有不同厚度的软土,软土的物理力学性质差。天然含水量大于50%,最大天然含水量超过111%,孔隙不大于1.5,强度低。部分地段由于承载力太小,搅拌桩机械设备无法进入场地进行施工,采用换填砂砾和抛石挤淤的方法开挖量大,弃土场地远,造价增加,工期增加。经过论证,最终采用真空联合堆载预压法进行加固处理。
2.2 现场处理方案
为探索不同竖向排水体中真空压力传递规律及地基加固效果,现场试验均采用打设竖向排水通道+路堤荷载+真空预压的处理方案,在不同路段设置了不同的竖向排水体。具体方案如下:
(1)方案1:袋装砂井+辅助真空管+路堤荷载+真空预压处理方案。
竖向排水通道采用袋装砂井,袋装砂井直径10cm,间距1.2m。在真空预压过程中为减小真空度沿深度方向的衰减,提高地基深度真空度和加固效果,在袋装砂井埋设一根直径8cm的塑料软管,深度10m,塑料软管上端与砂垫层连接,砂垫层厚度为50cm。砂垫层作为水平向排水通道,其中埋设真空管路系统,覆盖密封膜,设计的真空压力在80kPa左右。
(2)方案2:150mm型宽塑料排水板+路堤荷载+真空预压处理方案。
150mm型宽塑料排水板其纵向通水量比C型排水板大一倍,打设深度20.0m左右,间距1.2m,三角形布置。砂垫层厚度50cm,埋设真空管路系统,覆盖密封膜。设计的真空压力在80kPa左右。
(3)方案3:C型塑料排水板+路堤荷载+真空预压处理方案。
塑料排水板为C型排水板,打设深度分别为16.0m和13.0m,间距1.2m,三角形布置。砂垫层厚度50cm,埋设真空管路系统,覆盖密封膜,设计的真空压力在80kPa左右。
2.3 监测仪器布设
为研究真空联合堆载预压过程中地基应力变化及规律,对不同加固方案及加固效果进行系统的观测、分析、研究。在全线真空联合堆载预压段设置11个观测断面,每个断面上均埋设相关观测仪器进行现场动态观测。另外,还增加了分层沉降管和测斜管,除了对加固过程中地表沉降、孔压分布等一般性观测数据变化规律对加固效果进行评价外,重点研究不同竖向排水体加固软土地基的变化情况。现场测包括地表沉降、分层沉降、水平位移、孔隙水压、真空度等。
2.4 荷载填筑过程
该路段进行路堤填筑时。为保护真空膜,首先在膜上填一层砂,厚度0.4m左右。10月开始填筑第一层灰土,1个月后填筑第二层灰土。这一层砂和两层灰土填筑均按照路基填筑设计要求进行,控制含水量,分层碾压,同时进行压实度的检测,并逐层填筑路堤荷载至设计标高。图5为试验段填土过程绘制的加载过程曲线。
图5 施工段填土加载过程曲线
2.5 地表沉降
真空预压处理试验段的实测沉降量可分为两部分:一部分是在抽真空前,由于填土、填筑砂垫层等天然地基在这些荷载作用下发生沉降和打设排水板过程中机械扰动使软土地基扰动引起的沉降;二是抽真空期间沉降量,即在真空负压和路堤荷载共同作用下地基固结变形引起的沉降。
2.6 孔隙水压力变化
真空预压处理在抽真空期间地基土中测量到的超静孔隙水压力是地基土强度增加的有效应力,同时超静孔隙水压力呈负方向变化。从变化的整体趋势来看,超静孔隙水压力对增加地基有效应力主要体现在:提高了地基土承载力和地基的稳定性。由此确保了地基土不会向侧向挤出,降低了土方的损失。
2.7 加固效果评价
为检验真空预压加同的效果,对试验段进行取土、现场原位测试和室内试验,对试验段进行全面的评价和验证。
图6为施工路段断面加同前后静力触探曲线,从图中的Ps值可以看出经真空预压加同后深度2~4m的软土层的加同效果最明显,加固前软土的值PS为0.3~0.5MPa,加固后软土的PS值为0.5~1.0MPa,PS值增长的幅度均在50%以上,最大增幅有200%。
图6 加固前后静力触探曲线
真空预压结束后经钻探取土和室内土工试验,加固前后的试验结果与真空预压加固前的原状软土实验数据进行对比。表1为软土层加同前后的土层参数变化情况。表中的参数说明经一年多的真空预压联合堆载预压后,软土的物理力学指标得到了明显的改善,其中土的含水率平均减小了42.8%,孔隙比平均减小了39.73%,压缩系数减小了55.80%,干密度平均最大了42.8%。
表1 加固前后部分土性指标对比表
3 结语
综上所述,保证市政道路建设安全快速的开展是促进经济发展的前提,因此,为了保障市政道路的施工,我们就需要正确对待软基问题,创新软基加固技术,进一步完善软基处理决策方案,保证市政道路工程的顺利建设。
参考文献:
[1]张红梅.浅谈市政道路施工中软基加固技术[J].科学之友.2012(11).
[2]李文富.市政道路软基处理施工方法综述[J].价值工程.2010(29).
论文作者:罗洁仪
论文发表刊物:《基层建设》2016年6期
论文发表时间:2016/7/6
标签:预压论文; 地基论文; 荷载论文; 真空论文; 应力论文; 孔隙论文; 水压论文; 《基层建设》2016年6期论文;