真空降水联合堆载预压加固深厚软土地基应用研究.doc

真空降水联合堆载预压加固深厚软土地基应用研究提要 对高填土软土地基处理的多种方法进行了比较分析，结合工程实践，详细阐述了浅层真空降水联合堆载预压技术加固深厚软土地基的原理、技术特点。为防治桥头跳车提供了一条新的思路和途径。关键词 桥坡软土地基 真空降水预压 桥头跳车在软土地基上修筑高速公路，一方面由于高速公路功能和行车要求，对于软土地基处理的技术要求高，设计和施工都必须采取有效对策4；另外实际施工工期较短，软土地基的沉降尚未完成，同时过多设置通道抬高路堤，增加了软基处理的难度，从而造成了造价、工期、沉降之间的恶性循环。桥头跳车已成为高速公路桥头软基的常见病害，不仅影响了高速公路的行车质量和行车安全，而且耗费巨大的资金和人力。为防治桥头跳车，在设计和施工中采取多种对策与措施3，认为最关键、最有效的途径，寻求一种经济合理行之有效的技术措施加固桥坡软土地基、减少刚性桥台与柔性路堤连接处的差异沉降。本文就浅层真空降水结合堆载预压技术处理桥坡软土地基进行了分析，并结合工程实例，详细分析和阐述了该技术处理桥坡地基的原理、技术特点和加固效果。1 桥坡深厚软基加固方法剖析针对不同的地质条件和工程要求，工程技术人员就软土地基处理积累了许多的方法，但各种方法有其不足之处，综述如下：1.1 预压排水固结法是在建筑物建造前，对建筑物地基进行加荷预压，使土体固结沉降基本完成，从而提高地基土强度、解决软粘土地基的沉降和稳定问题。预压排水固结法包括排水系统和加压系统两部分。加压系统是起固结作用的荷载，它使地基土的固结压力增加而产生固结。加压系统包括：直接荷载（堆载、超载）、真空预压、降水预压、电渗排水等。排水系统有水平排水垫层和竖向排水体构成，主要起到改变地基土原有排水边界条件、缩短排水距离、增加孔隙水排出的途经1 2。 预压排水固结法处理桥坡软基设计的关键是：确定预压荷载的大小、确定预压时间、排水系统的合理布置、工后沉降的合理预估。预压排水固结法适用于处理各类淤泥、淤泥质土及冲填土等饱和粘土地基。比较起来，堆载预压施工简单、造价较低，但工期较长，因此一般只应用于容许工后沉降标准低或路堤填土高度不大的路段；超载预压可以加快预压期的沉降量，缩短预压时间，尤其有效地减少有机质土、泥炭土等在永久荷载下的次固结沉降，但施工过程中必须注意控制地基土的稳定性；真空预压法适用于加固区形成稳定负压边界条件的大面积软土地基的加固，该法造价较高，且由于真空度延深度衰减，其加固深度有限；降水预压最适用于砂性土或软粘土层中存在砂或粉土的情况。1.2复合地基加固法复合地基是软弱地基中设置有散体材料或弱胶结材料构成加固，与桩间土一起共同承担建筑荷载。桩柱体对桩间土主要起置换和挤密两种加固作用。复合地基按增强体的性质可以分为：散体材料桩（砂石桩、碎石桩、矿渣桩）和柔性桩（CFG桩、粉体搅拌石灰桩、水泥搅拌桩）1 2。复合地基处理桥坡软基，工期短、对桥台桩基侧向抗挤压作用较强，但造价昂贵；同时应当注意，该法加固软基深度有限。因此当软土层深厚，而设计的桩身没有穿透整个软土层时，则桩尖下未经处理的软土层，由于上部处理土层重量增加、排水条件的改变，促使这部分土层沉降量增加，工后沉降反而增大。2真空降水联合堆载预压法2.1方案要点浅层真空降水联合堆载预压快速加固深厚软土地基的工艺要点：浅层设置机械真空泵井点系统，其作用是排水和产生负压，加快土体固结；合理设置塑料排水板，其作用是将深部的地下水引至井点的抽吸范围，同时将真空负压传至深部，从而加固深层软土；在地面维持约三个月的堆载（等载或超载）。现场布置如图1所示。2.2加固原理由机械真空泵抽真空产生压差（真空度），通过泥水分离器与轻型井点相连，在降水的同时，在砂井界面产生负压，作用于地基土；预先设置的塑料排水板通过天然浅埋砂层与砂井相通，从而在深层土体中产生负压效应；同时由于真空负压、降水和地面堆载形成附加压力，使地基深处的空隙水压力升高，进而使深部的空隙水沿塑料排水板提供的竖向排水通道流至浅层，由轻型井点系统排出。所以，在真空、降水和堆载三者的联合作用下，使得地基土压缩层范围内的地基土在加固期内基本完成，从而使地基土的强度提高，压缩性降低。3真空降水联合堆载预压法工程应用 3.1工程概况和地质条件（1）工程概况加固桥坡坡顶总宽度为27.5m，纵向坡度为3，桥坡最大高度为3.57m。（2）工程地质条件该区域土层构造变化不大，分布较均匀，仅厚度及埋深稍有变化。软土层分布较厚，各软粘土层的物理力学指标及埋深情况见下表1：表1 土层物理力学性质指标表层序土层名称埋藏标高孔隙比e含水量压缩系数a1-2压缩模量ES1-2（Mpa）抗剪强度指标地基土计算强度kpa()C(kpa)1灰色淤泥质粘土1.54-3.471.2745.71.042.3714.015.0652灰色砂质粘土-1.69-4.50.9232.80.338.5229.09.0903灰色淤泥质粉质粘土-2.16-5.071.2343.00.892.6017.014.065灰色淤泥质粘土-4.2-17.11.4250.71.122.2312.013.5651灰色粉质粘土、粘土-15.6-20.91.1440.70.683.2114.517.08031灰色粉质粘土-19.7-34.01.0737.30.563.8617.018.5903.2加固特点（1）施工期内地基土固结快由图2桥坡最大沉降点的沉降时间关系曲线可知，在施工期间，南桥坡中央隔离带实测沉降量为780.9mm，占实测总沉降量（905.7mm）的86.2，占推算最终沉降量919mm的85。这充分表明，真空降水堆载联合预压大大改变了天然桥坡地基的沉降规律，把绝大部分（85）沉降量提到了施工期内。图3沉降速率与时间关系曲线表明，在整个真空降水预压期内，地基土的固结速率维持在3.510mm/d。按此结论，该技术只需3个月即可完成地基土的固结。所以，该法加固地基时间短，可以推广应用。（2）施工后期地基沉降稳定快由图3可知，真空降水预压停止后，地基土的固结沉降速率由原来的4mm/d急速下降到0.18mm/d，并且在后期继续降为0.11mm/d。即降水停止后，沉降速率降为真空降水期间的24。这有力地证明，真空降水预压可使地基土的工后沉降大为降低。（3）加固深度大桥坡地基在高路堤、大面积条形荷载作用下，影响深度一般比较大。深层软土的沉降占工后沉降的绝大部分。因此，桥坡软基加固方法成败的关键，在于是否使得荷载影响范围内土层得到充分的加固。真空降水预压借助于插入深层土中的塑料排水板，使真空负压传至深部，同时使深部地基中的空隙水迅速排出，促使深层软土的沉降，使得深部软土地基得到加固。由南桥坡地基土分层沉降曲线图4所示。主要压缩量产生在绝对标高-10m以上，即第4层灰色淤泥质粘土以上的土层，约占总沉降量的60.3；第5层以下土层的压缩量约占39.6，由此可以看出，在塑料排水板的作用下，深层土也产生了一定程度地固结。3.3加固效果分析（1）地基土物理力学性能土体压缩模量（Es）在降水面以上，淤泥质粉质粘土的Es约提高25，降水面以下，灰色砂质粘土的Es提高约5。土体强度指标（f）降水面以上土的内摩擦角增大了12，降水面以下变化不大。标准贯入击数（N）降水面以上、以下分别提高8090与50。（2）桥坡最大沉降点工后沉降按照实际工期加固桥坡于1999.9.14竣工通车，在这之后的沉降均为工后沉降，截止至2000.6.28，桥坡地基工后沉降情况为：根据沉降标点实测结果得工后沉降：Su38mm。根据推算最终沉降求得工后沉降：Su70.1mm。（3）桥坡的纵坡变化率从1999.9.142000.6.28，根据南桥坡地基沉降数据计算纵坡变化率；0.71.7。4技术经济分析软土地基处理方法多种，各种方法都有其特色点和不足。现仅从经济技术角度，将几种加固方法的每平方米处理单价与施工工期进行简单的比较，见表1：表1 各种软基处理方法技术经济分析表处理方法加固要点每平方米处理单价（元）施工工期（天）适用条件堆载预压4.0m路堤土、2.0m超载、塑料排水板20m160180360软粘土夹薄层砂层真空堆载联合预压按抽真空5个月计算、打设排水板和铺设砂石垫层255120150浅层有砂层、软粘土夹薄层砂层浅层真空降水预压按抽真空3个月计算、打设排水板和铺设砂石垫层18790以内浅层（7m以上）有砂层、软粘土夹薄层砂层复合地基粉喷桩按10.0m计算、间距1.5m，粉喷量50kgm300（不含铺设土工织物费用）150软土（淤泥质土）、无厚砂、无厚浜淤泥5结论（1）真空降水堆载联合预压加固法，通过浅层降水实现深层加固的目标，是一种快速、廉价、简便、文明的加固桥坡地基的有效方法。（2）实践证明，浅层真空降水地基加固技术在浅层土（深度7m以上）具有良好或较好的水平渗透性（渗透系数KH10-6cms）、地基主要压缩层土（深度在30m以上）夹有薄层粉砂的粘性土地质条件下，能够有效地加速深厚软土地基的排水固结，减少工后沉降，消除跳车现象。（3）采用真空井点降水堆载联合预压加固软体地基，施工工期短，一般为3个月，这对于