无砂增压式真空预压法在厦门某项目中的应用

无砂增压式真空预压法在厦门某项目中的应用

0吹填土地基加固处理本项目a段k6.560k7.1000段位于福建省厦门市翔安临海。项目所在地为海岸建地的吹填区。填充区土层自上而下为吹填土、粘土粘土、粘土、细粘土、风化花岗岩等。其中，吹填土主要由海底淤泥经人工吹填造地而成，堆积时间<5年，未经地基处理，仅表面具备一定干强度，总体呈流塑（局部软塑）状态，层厚6.00～7.90m。淤泥质黏土呈软塑（局部流塑）状态，层厚2.80～4.50m，其颗粒较细、水含量高、土体空隙大、强度和承载力极低，并且具有很强的流变性，必须进行地基处理，使其工程性能达到要求。吹填土地基加固处理的常用方法为真空预压，经过真空预压处理后的地基承载力大幅提高，具有较好的经济性。但该项目这种土质造成该段区域吹填完成后，采用普通真空预压技术需要较长时间的泌水和固结。无砂增压式真空预压法作为一项新型技术，是在常规真空预压的基础上发展出来的，具有真空利用率较常规方法高、节省原材料、降低工程造价、对周边环境影响较小等优点。1增压真空预压地基加固原理真空预压施工的原理主要利用压差进行地基加固，即利用一层密封膜使得大气与土体达到隔绝状态，进而利用真空泵对软土抽真空，使地基砂垫层和排水板的孔隙水压力迅速下降为负压，对大气产生压差，利用大气压差施加到土体表层的压力作为预压荷载，从而使土体固结。而无砂增压式真空预压是在对目标软土地基进行真空预压的施工过程中，通过在软土地基中增设特殊微孔增压管，利用增压管对软土地基实施水平方向增压，使软土地基土体中的水分子沿增压方向产生定向流动，从而使土体加速固结，继而土体上层部分对下层部分产生堆载效应，相当于真空联合堆载的处理效果。增压真空预压固结系统在地基加固过程中，由真空系统和增压系统相互作用，通过压力差将软土地基土体中的孔隙水排出，提高地基承载力。增压真空预压地基加固一方面是真空预压在发挥作用，另一方面，由于增压系统的设置，在增压管附近土体与排水板的水头增大，挤迫地基土中的自由水进入排水板，加强了降水预压的作用。因此，在真空预压基础上设置增压管加固地基的原理是利用真空预压和排水预压的组合，达到地基加固效果。无砂增压式真空预压相对于常规真空预压，取消了水平砂垫层，并用手形接头将排水板和钢丝软管连接，组成水平排水系统，并且釆用防淤堵无纺布滤膜整体式排水板代替普通塑料排水板，同时增加了表层增压系统，防止了管道堵塞。2现场试验监测A标段K6+560～K7+000段采用无砂增压式真空预压试验段进行处理，本范围原分区编号为L5、L6。L5区面积25825m试验监测频率按照设计要求如下：真空预压期监测项目1d观测1次；加固前后现场钻孔取样及十字板剪切试验、静力触探每100m各进行2组试验。无砂增压式真空预压在膜下真空压力均达到80kPa以上，连续抽真空水量明显减少，周平均沉降量减小至3～5mm，且观察孔压消散情况，增压采用间歇式方式。3施工过程3.1真空管网系统施工工气流程：测量放线→铺设1层编织土工布→打设塑料排水板、增压管、安装连接真空管网系统→铺设1层编织土工布→施工泥浆搅拌墙、密封沟→铺设1层无纺土工布+2层密封膜→真空预压试抽气5～10d→真空预压1个月→覆水1m→真空联合覆水预压6个月（在满足一定条件时进行增压作业）→达到卸载标准后，排水、卸载3.2真空管网的铺设和连接1）测量放线。本工程在施工前严格按照设计单位提供的导线点和水准点进行导线和水准的复测工作，施工放样时选择的控制点即为在复测时布设的加密点。放样点用全站仪进行测设，并做好标记。具体包括塑料排水板控制点、无砂增压式真空预压区边界点、土工织布铺设范围，并用白石灰撒出边线。2）铺设土工织布。测量完毕后应及时铺设土工织物或土工格栅，其边线即为增压防堵真空预压边线，织布摊铺时应拉直平顺，紧贴下层，不得出现扭曲、重叠，编织布的拼接采用手提工业缝纫机缝合，缝接强度满足规范要求。其搭接长度为100～200mm，铺设完后立即进行泥袋固定。3）插设增压管及塑料排水板。排水板采用FDPS-B型防淤堵塑料排水板，相比于普通排水板该排水板采用连续梁结构，整体性、强度增强；滤膜薄，等效孔径大，减少淤堵。根据设计的行距和列距，经测量定位后在铺设的编织布上做出标志。由于塑料排水板容易在打设过程中受到其他物体的刮蹭，故在施工过程中应尽量小心。禁止将已连接完成的排水板放置于水中及淤泥上，防止塑料排水板受到污染。增压管按2.4m间距正方形布置在相邻的排水板旁，上部与增压系统直接连接，每1000m4）真空管网铺设和连接。增压式真空预压处理的各区主管布设间距不宜大于25m，真空主管通过不倒翁集水井与机械真空泵连接，不倒翁集水井出膜位置的连接必须牢固，密封性可靠安全。施工时，应严格控制手型接头、单手板、十字四通的质量，连接管段外表应设置若干圆台搭接体，各圆台上端面均朝向接头的接口方向，圆台外表置2个倒三角倒齿。单手板和手型接头应设置铆钉孔，连接排水板时打入铆钉，防止排水板脱落。6）铺设土工布。编织布、无纺布连接采用手提工业缝纫机缝合，缝合尼龙线强度≥150N，缝接宽度≥10mm，缝合完成后由人工进行铺设，铺设时宜超越加固区域边线0.4m。7）布设泥浆搅拌墙。泥浆搅拌墙在开挖前应预先确定开挖的边界，并应沿加固区边界进行开挖。采用双排叠合泥浆搅拌桩作为密封墙，搅拌桩设计桩径为70cm，桩距50cm，搭接20cm，泥浆搅拌桩打设深度必须穿透淤泥层1m以上，现场严格控制搅拌桩机钻杆的下搅速度不大于1.2m/min，上搅速度不大于0.8m/min，垂直度偏差±1.5%，桩位平面偏差±70mm，现场每天对配制的泥浆进行检测（含砂率小于5%，比重大于1.3，泥浆浆体率大于45%）。8）铺设真空密封膜。真空密封膜采用聚氯乙烯，单层厚度为0.14mm，密封膜在工厂热合一次成型，密封膜热合时，采用热合法粘接，搭接宽度不小于15cm（共铺设2层），密封膜在加工时，膜的大小应该考虑密封沟的部分，留有足够的余地，施工中根据各预压区实际尺寸每边各增加4m。铺膜时风力不应大于5级（根据区域实际情况，现场铺膜选择在凌晨3～4点风力最小的时候），膜不得太紧，铺设自上风侧开始，按顺序由近及远进行铺设，铺膜时确保膜下无硬物，膜在埋入密封沟时，保证不要被石头和草根等戳穿，并保持密封膜的完整性，防止漏气，紧贴内侧坡面，膜铺设好后，及时开启抽气设备，将密封膜吸住，铺设时施工作业人员应穿软底鞋，从上风向铺向下风向，加固区四周应留设一定的预留量。9）抽真空、增压。本次选用集成式节能型真空泵系统，该系统包括节能型真空泵和不倒翁集水井。不倒翁集水井与节能型真空泵之间采用Φ75mm的PVC管进行连接，每个连接口均应做好密封处理。抽真空期间，备用电源、真空泵、压力表等抽真空设备必须有一定的备用量，以保证抽真空连续进行。在真空泵系统安装完毕后进行试抽5～10d，开始阶段，为防止真空预压对加固区周围土体造成瞬间破坏，必须严格控制抽真空速率，在试抽真空过程中，详细检查薄膜破裂处，当膜下真空度达到50～60kPa以上时，经检查无漏气现象后，开始膜面覆水，在此真空下抽1～2周，使吹填土形成一定固结度，再开足所有真空泵，将膜下真空度提高到80kPa以上，保证真空预压选用的真空泵性能良好。为减少真空膜的老化，真空度提高后需修筑蓄水围堰在膜上覆一层水膜，要求水膜能将所有外露薄膜全部覆盖，真空预压期间应保证密封膜上始终有水覆盖，并在预压期进行维护。覆水前检查每台射流泵是否正常运转、薄膜密封是否良好，并与真空试抽同时进行。无砂增压式真空预压在膜下真空压力均达到80kPa以上，连续抽真空水量明显减少，周平均沉降量减小至3～5mm，且观察孔压消散情况，增压采用间歇式方式。施工时，气压控制在0～40kPa（根据场地实际情况进行调整），待真空度减小至50～60kPa时停止增压；再次维持抽真空至80kPa以上至出水量减少时，再次增压施工。24h增压施工一次，每次1.5～2.0h；增压施工往复循环20次。4监控和检测流程4.1参照物的检查按照设计及规范要求必须在处理软土的相应地段设置沉降监测参照物，参照物由观测标志及沉降板组成，沉降板可釆用尺寸为50cm×50cm×0.5cm的钢板，沉降标志由立杆即沉降杆可采用管径不小于50mm钢套管组成，沉降标志部件必须在沉降板上焊接牢固。4.2管内开孔：权槽内不干上界按照设计要求本工程需要对深层土体进行水平位移的监测，监测前将带有导槽的PVC测斜管下放至孔底（钻探成孔），测斜管管径为Φ70mm，管内壁有两组互成90°的纵向导槽，导槽控制了测试方位。埋设前先用钻机成孔至稳定土层，安放测量导管至稳定层。钻机在成孔过程中应在水平和垂直两个方面同时保证成孔的垂直度，垂直度的最小值可设置为1%。监测时，可釆用测斜仪对水平位移进行测试，读数的频次严格按照设计要求执行。4.3孔口了，地层铺设和不透水材料的混合式密封在确定埋设地点后用钻机进行钻孔，达到设计要求的深度后方可将孔隙水压力计放入孔内，孔隙水监测元件竖向距离宜为2m左右进行一处埋设。放置不透水材料至上一个传感器位置下0.2m，再用中粗砂填至埋设标高，置入孔压传感器，如此重复直至最后一个传感器埋设完成。用不透水材料将孔口密封。埋设完成后，将每组的导线绑扎在一起，做好防潮、防水措施，设置保护装置并做明显标记进行保护。并在监测时采用频率接收仪。4.4沉降管口的铺设分层沉降管采用钻孔埋设法，钻孔垂直偏差率应不大于1.5%，成孔后清孔，钻ϕ90mm的孔至设计位置，分别将磁环套入到每节沉降管（每节沉降管2m）中，最底端的管口必须做封堵处理，以防泥砂堵塞。管与管连接到设计长度后将沉降管压入孔内待测各点深度位置，磁环的埋设深度对应不同位置。使孔底部的管头插入土层中，再向孔壁与外壁之间的空隙中填入中细砂，以利于感应环更好地随着土层垂向变化而上下移动。按100m布设一个分层沉降监测点，每个监测点竖向间距宜2m布设一个沉降磁环。每个磁环均布设在淤泥处，反映各层压缩量与压缩比例。4.5设置真空测头膜下真空测头埋设于具代表性的两滤管之间，置于真空滤管之间砂层0.25m深处，并离开加固边界不小于5m，严禁将真空测头与滤管或主干管相接。每区增设一组真空度沿软土层深度的探头，间距1m，埋设至真空膜下10m深度，以反映真空度沿地层深度的传递，按每个断面50m/3个埋设。真空测头经细管从密封膜引出和真空表相连接，捆扎在支架上，以直观反映膜下真空度。4.6土体试验方法在地基加固前及地基预压结束并确保稳定后，分别对相应的土体进行静力触探、物理力学性能及十字板剪切、载荷试验。试验断面可根据工程及地质的不同而变化。5试验结果的分析5.1研磨法降压降压数据根据观测结果，无砂增压式真空预压期间加固区由实测面层沉降数据推算固结度为90%～96%，平均固结度为92%，平均固结度大于90.0%；连续10d实测地面平均沉降速率≤0.5mm/d。如图1所示。5.2地面地沉降观测根据观测结果，无砂增压式真空预压期间加固区实测分层沉降数据推算固结度为91%～99%，平均固结度为98%，平均固结度大于90.0%；连续10d实测地面平均沉降速率≤0.5mm/d。如图2所示。5.3欠缺固结土：无砂增压式真空预压期间孔隙水压力随固结充填量变化情况？对于有砂增压式真空预压期间孔隙水压力的固结度，有砂增压式真空预压过程孔隙水压力监测结果从根根据观测结果分析可知，铺膜前地基内孔隙水压力大于测头位置的静水压力，地基内存在一定程度的超静水压力，地基土处于欠固结状态。这一情况与地基土的应力历史基本吻合，而真空预压过程中孔隙水压力消散明显，土体发生固结。无砂增压式真空预压期间加固区由实测孔隙水压力数据推算固结度为90%～99%，平均固结度为94%；平均固结度大于90%。如图3所示。5.4无砂增压式真空预压处理效果分析经过测试得出静力触探数据，根据处理前后静力触探结果对比分析可知，表明无砂增压式真空预压处理大大提高了各层土体的侧阻和端阻，包括回填淤泥层、淤泥层、淤泥质黏土层、粉质黏土层。5.5抗剪强度变化经过测试得出十字板剪切数据，并对处理前后的数据进行分析，表明无砂增压式真空预压处理大大提高了各层土体的抗剪强度，包括回填淤泥层、淤泥层、淤泥质黏土层等。十字板抗剪强度增长较大，加固前的数据为5.8～33.1kPa，加固后的数据为25.0～55.7kPa，见图4。5.6地基土物理力学指标经过土工测试得出各软土层各项参数（见表1），并对处理前后的数据进行分析，地基处理后，地基土物理力学指标明显改善，其中十字板强度和压缩模量增幅显著，最大增长幅度达273.6%和32.6%。5.7沉降发展过程线工后沉降根据监测试验资料进行计算，通过对已有沉降随时间发展过程线推测。L5、L6区各选取一个最不利钻孔进行工后沉降验算，验算结果如表2。6加固真空流塑基1）采用整体式防淤堵塑料排水板，该种排水板采用特殊滤膜和芯板热熔成一体的新型材料，具有整体性好、抗力强度高、滤膜孔径大的特点，有效克服了泥砂通过滤膜时造成的淤堵，对于淤泥质土排水板在应用中的涂抹和井阻效应，以保障滤膜有效性、排水通畅。该板的滤膜可根据淤泥颗粒度调整孔径大小，达到最佳泥水分离的目的。尤其是新近吹填的流塑状淤泥、渗透性非常差的土质加固效果更佳。2）采用手型接头直接连接排水板与真空支管，代替了常规真空预压中砂垫层和透水滤管，实现了低碳环保，不仅缩短了真空传递路径，而且减少了真空度的沿途损失，加快了土体固结的时间。3）在土体中插入增压管，抽真空的同时，