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摘要：随着国民经济的高速发展，城市化进程步伐加快，促进市政道路工程的不断发展。在市政道路工程中，软土地基对市政道路建设带来的危害也越来越明显,因此对软土地基的加固施工处理也受到了人们越来越广泛的关注。本文接合具体的工程实例对软土地基的排水固结施工处理技术作了详细的讨论。
关键词：软土地基;排水固结;砂井;真空预压法
Abstract: along with the high-speed development of national economy, the acceleration of urbanization, promote the continuous development of city road engineering. In municipal road engineering, soft soil foundation to the harm of urban road construction is more and more obvious, therefore to of the soft soil foundation reinforcement construction treatment was also people more and more wide attention. This paper engage a detailed engineering design of soft soil foundation construction treatment technology drainage consolidation makes a detailed discussion.
Keywords: soft soil foundation; Drainage consolidation; Sand well; Vacuum preloading method
中图分类号：TU74 文献标识码：A文章编号：
软土地基定义是指强度低，压缩量较高的软弱土层，主要由淤泥以及淤泥质土、杂填土、吹填涂或其它高压缩性土层组成的地基。它会导致结构物的沉降和涵管弯曲现象的发生,并使沉降量超出工后允许范围。在这样路基上修建的公路,由于路基的沉降作用容易使路堤失稳,并且在汽车高速行驶的情况下容易发生跳车现象。因此对软土地基的排水固结处理在整个公路建设中显得非常重要。
1、工程实例
该道路建设项目位于某市经济开发区的软土地区,该地区地表为粘质土层,主要是由该地区的河流泛滥形成。公路全长2·4km,要求在施工前对地基进行排水固结处理。
2、排水固结施工处理
2·1利用砂井进行排水固结处理
(1)砂井的作用
在对该工程地基进行排水固结处理时,设置砂井作为竖向排水体。在受到外界加载条件的情况下,砂井能够使土体中的水沿竖向排水体排出,从而加速土壤固结和地基的沉降,并因此使地基强度增加。它能够在较短时间内解决以下两个问题:第一是软土地基的沉降问题,砂井能够使地基在预压期间基本完成沉降,避免结构物在使用中产生沉降或差异沉降;第二是解决地基的稳定问题,沙井在预压过程中使地基的抗剪能力增强,从而提高了其承载力和稳定性。但是,在加压重量和速度上,必须根据软土地质条件进行验算确定,以避免因加载过大或过快导致软土地基破坏。
(2)砂井的选择以及施工过程
a砂井的选择
砂井是以砂作为排水通道,在加载过程中,排水使软土地基的强度增强。一般有短密砂井、长砂井、袋装砂井以及用塑料排水板代替的砂井。其目的相同但是效果各异。
根据本工程的具体工程特点,经研究决定选择短密砂井作为本次工程的排水砂井。短密砂井一方面能够对地基起到复合作用,另一方面可以缩短排水间距,加速排水。由于短密砂井要求的砂井间距和井深比一般的砂井都要小,因此本次工程设置的砂井间距为90cm,井深为4m,径间比为5。
b砂井的施工过程
在对砂井进行施工前,首先要在地表上铺筑砂垫层。这样可以增加水平排水面,提高软土的承载力,以便机械摊铺砂垫层及造孔。该砂垫层的厚度应视软土表面的情况和所需承载造孔设备强度而定,本工程的砂垫层厚度被设定为18cm。另外,砂垫层所选用砂的渗透系数K为10-3cm/s,颗粒粒径要求应在0·074至0·84mm之间。在铺筑砂垫层时,选用轻型载重自卸车,直接将砂料卸于待处置的地基上,并用一般通用的推土机予以摊平。之后在摊平的砂垫层上用显明的标记将沙井位置标出。
砂垫层铺设完毕后需要对砂井进行施工,本工程采用了套管法。所谓的套管法就是将带有活瓣管尖或套有混凝土端靴的套管,在振动机的作用下,沉到预定的深度,然后在套管内灌砂并同时灌水,拔出套管,管尖或混凝土端靴随同所灌入的砂,留在所造的孔中,形成砂井。本工程共打短密砂井1459根,井径为20cm,按梅花形布置井位,路基坡脚之外也打设了三排。
在造孔施工时,造孔设备采用了经改装的W501挖掘机,其挖土设备部分改成直立式门架,用振动锤将套管沉入软土中,待套管沉到设计高程时,同时灌砂注水,振动套管,慢慢提起套管,使管底活瓣式管靴张开,砂便连续注入井中。砂的用量按密实度的百分之九十五计算,并且应事先准备好。在套管沉到设计高程时,砂通过套管事先准备好的剩沙漏斗,灌砂、射水、振动并提起套管。全井灌砂完成之后,在进行下一砂井的施工。但因为采用的W501挖掘机本身重量太大,软土承载力不足,在砂垫层之上还要垫以方木,以增强软土的承载力。当砂井施工完成后,修整好砂垫层,并于其上添以较好的土壤, 加以分层压实。所填土壤为风化碎砾石,要求压密后的单位容量不小于18·7kN/m3。
2·2堆载预压
预压是砂井排水固结的最后一道工序,也是很重要的一道工序。能否达到预期的固结效果,有赖于正确的预压措施。本工程采用真空预压法进行预压处理。
2·2·1真空预压法
所谓的真空预压法取消了堆土和固结完成之后的弃土过程,代之以真空预压。该法是在软土层上,先用不透气的薄膜严格覆盖,使不漏气。然后在薄膜之下的砂垫层中,安设过滤的排水管道,用真空泵将空气抽出,形成压差,使软土中的水分沿所打设的砂井或塑料排水板的水源通道,被真空泵抽出软土地基之外,从而使软土地基均匀受压,而不产生剪切变形的情况,得到固结。如加固的软土地基,期间有足够厚度的透水层的层理,而且有足够的供给水源,补给地基,在这样的条件下,可能效果甚微或者毫无效果。因此在使用真空预压法时,必须根据地质水文条件来确定。
2·2·2本工程中的真空预压施工工序
(1)初期的准备工作
沉塑料排水板之前的工作,与一般普通砂井相同。只是在砂井完成之后需将砂井四周整平,将露出砂垫层部分的排水板插入砂垫层中,以免抽气时露出砂垫层的塑料排水板尖端使密封层遭到破坏。
(2)封闭处治软土地层表层
封闭处治软土地层表层是真空预压是否能够产生效果的重要工序。必须安全做到加固区与大气隔绝,人工造成一个封闭层。本次工程所选用的密封层材料为聚乙烯薄膜塑料,其材质具有有韧性、柔软、抗酸碱及老化的特点,在铺设薄膜时,采用柔软而又有相当质量的物体压住薄膜,薄膜铺就之后就将其四周埋入事先已挖好的沟槽之中。本次所挖沟槽为梯形,深度为35cm。
(3)铺设管道
铺设膜下管道,膜下管道由真空滤管组成,将其埋入砂垫层中,构成一个网状的膜下管道系统。膜上管道由出膜装置、连接管道和控制阀门三部分组成。出膜装置为膜上管道与膜下管道的连接部件,安装时要严密不漏气。在靠近真空设备附近的连接管上设置两个控制阀门。
(4)安装真空泵
本工程采用48mm型射流真空泵和3BA9型离心泵组合而成。当运行射流真空泵时,要随时注意泵的运转情况及真空效率。当泵的真空度小于93kPa时,应进行检查与维修。
(5)真空预压以下为真空预压的操作过程:
a按照工艺要求,将射流真空泵、真空管、出膜口按密封要求连接好。
b接好泵、真空管及膜内真空传感器,并读记初读数。
c在射流箱处,接好进水管,并在箱内注满水。
d在加固范围内按要求设置沉降观测点。
f开动离心泵进行真空抽气,在真空过程中要观测泵、真空管、膜内土体的真空度、地表的总沉降等。
3、小结
综上所述，随着我国市政公路工程的不断向前发展,公路工程对于地基的质量要求也在不断的提高,这也给软土地基的排水加固技术带来了越来越大的挑战。因此,只有不断改良市政公路软土地基的加固技术,才能够满足今后市政公路工程发展的需要。
参考文献：
[1] JTJ017-96《公路軟土地基路堤设计与施工技术规范》（P51～53）北京：人民交通出版社，1997.
[2]刘吉士.公路路基施工技术[M].人民交通出版社.2003.9
[3]罗静.路基工程现场施工技术[M].人民交通出版社.2004.3
[4]王文佳.谈市政道路软弱地基的处理方法[J].2009.4
[5]罗静.路基工程现场施工技术[M].人民交通出版社.2004.3
关键词：软土地基;排水固结;砂井;真空预压法
Abstract: along with the high-speed development of national economy, the acceleration of urbanization, promote the continuous development of city road engineering. In municipal road engineering, soft soil foundation to the harm of urban road construction is more and more obvious, therefore to of the soft soil foundation reinforcement construction treatment was also people more and more wide attention. This paper engage a detailed engineering design of soft soil foundation construction treatment technology drainage consolidation makes a detailed discussion.
Keywords: soft soil foundation; Drainage consolidation; Sand well; Vacuum preloading method
中图分类号：TU74 文献标识码：A文章编号：
软土地基定义是指强度低，压缩量较高的软弱土层，主要由淤泥以及淤泥质土、杂填土、吹填涂或其它高压缩性土层组成的地基。它会导致结构物的沉降和涵管弯曲现象的发生,并使沉降量超出工后允许范围。在这样路基上修建的公路,由于路基的沉降作用容易使路堤失稳,并且在汽车高速行驶的情况下容易发生跳车现象。因此对软土地基的排水固结处理在整个公路建设中显得非常重要。
1、工程实例
该道路建设项目位于某市经济开发区的软土地区,该地区地表为粘质土层,主要是由该地区的河流泛滥形成。公路全长2·4km,要求在施工前对地基进行排水固结处理。
2、排水固结施工处理
2·1利用砂井进行排水固结处理
(1)砂井的作用
在对该工程地基进行排水固结处理时,设置砂井作为竖向排水体。在受到外界加载条件的情况下,砂井能够使土体中的水沿竖向排水体排出,从而加速土壤固结和地基的沉降,并因此使地基强度增加。它能够在较短时间内解决以下两个问题:第一是软土地基的沉降问题,砂井能够使地基在预压期间基本完成沉降,避免结构物在使用中产生沉降或差异沉降;第二是解决地基的稳定问题,沙井在预压过程中使地基的抗剪能力增强,从而提高了其承载力和稳定性。但是,在加压重量和速度上,必须根据软土地质条件进行验算确定,以避免因加载过大或过快导致软土地基破坏。
(2)砂井的选择以及施工过程
a砂井的选择
砂井是以砂作为排水通道,在加载过程中,排水使软土地基的强度增强。一般有短密砂井、长砂井、袋装砂井以及用塑料排水板代替的砂井。其目的相同但是效果各异。
根据本工程的具体工程特点,经研究决定选择短密砂井作为本次工程的排水砂井。短密砂井一方面能够对地基起到复合作用,另一方面可以缩短排水间距,加速排水。由于短密砂井要求的砂井间距和井深比一般的砂井都要小,因此本次工程设置的砂井间距为90cm,井深为4m,径间比为5。
b砂井的施工过程
在对砂井进行施工前,首先要在地表上铺筑砂垫层。这样可以增加水平排水面,提高软土的承载力,以便机械摊铺砂垫层及造孔。该砂垫层的厚度应视软土表面的情况和所需承载造孔设备强度而定,本工程的砂垫层厚度被设定为18cm。另外,砂垫层所选用砂的渗透系数K为10-3cm/s,颗粒粒径要求应在0·074至0·84mm之间。在铺筑砂垫层时,选用轻型载重自卸车,直接将砂料卸于待处置的地基上,并用一般通用的推土机予以摊平。之后在摊平的砂垫层上用显明的标记将沙井位置标出。
砂垫层铺设完毕后需要对砂井进行施工,本工程采用了套管法。所谓的套管法就是将带有活瓣管尖或套有混凝土端靴的套管,在振动机的作用下,沉到预定的深度,然后在套管内灌砂并同时灌水,拔出套管,管尖或混凝土端靴随同所灌入的砂,留在所造的孔中,形成砂井。本工程共打短密砂井1459根,井径为20cm,按梅花形布置井位,路基坡脚之外也打设了三排。
在造孔施工时,造孔设备采用了经改装的W501挖掘机,其挖土设备部分改成直立式门架,用振动锤将套管沉入软土中,待套管沉到设计高程时,同时灌砂注水,振动套管,慢慢提起套管,使管底活瓣式管靴张开,砂便连续注入井中。砂的用量按密实度的百分之九十五计算,并且应事先准备好。在套管沉到设计高程时,砂通过套管事先准备好的剩沙漏斗,灌砂、射水、振动并提起套管。全井灌砂完成之后,在进行下一砂井的施工。但因为采用的W501挖掘机本身重量太大,软土承载力不足,在砂垫层之上还要垫以方木,以增强软土的承载力。当砂井施工完成后,修整好砂垫层,并于其上添以较好的土壤, 加以分层压实。所填土壤为风化碎砾石,要求压密后的单位容量不小于18·7kN/m3。
2·2堆载预压
预压是砂井排水固结的最后一道工序,也是很重要的一道工序。能否达到预期的固结效果,有赖于正确的预压措施。本工程采用真空预压法进行预压处理。
2·2·1真空预压法
所谓的真空预压法取消了堆土和固结完成之后的弃土过程,代之以真空预压。该法是在软土层上,先用不透气的薄膜严格覆盖,使不漏气。然后在薄膜之下的砂垫层中,安设过滤的排水管道,用真空泵将空气抽出,形成压差,使软土中的水分沿所打设的砂井或塑料排水板的水源通道,被真空泵抽出软土地基之外,从而使软土地基均匀受压,而不产生剪切变形的情况,得到固结。如加固的软土地基,期间有足够厚度的透水层的层理,而且有足够的供给水源,补给地基,在这样的条件下,可能效果甚微或者毫无效果。因此在使用真空预压法时,必须根据地质水文条件来确定。
2·2·2本工程中的真空预压施工工序
(1)初期的准备工作
沉塑料排水板之前的工作,与一般普通砂井相同。只是在砂井完成之后需将砂井四周整平,将露出砂垫层部分的排水板插入砂垫层中,以免抽气时露出砂垫层的塑料排水板尖端使密封层遭到破坏。
(2)封闭处治软土地层表层
封闭处治软土地层表层是真空预压是否能够产生效果的重要工序。必须安全做到加固区与大气隔绝,人工造成一个封闭层。本次工程所选用的密封层材料为聚乙烯薄膜塑料,其材质具有有韧性、柔软、抗酸碱及老化的特点,在铺设薄膜时,采用柔软而又有相当质量的物体压住薄膜,薄膜铺就之后就将其四周埋入事先已挖好的沟槽之中。本次所挖沟槽为梯形,深度为35cm。
(3)铺设管道
铺设膜下管道,膜下管道由真空滤管组成,将其埋入砂垫层中,构成一个网状的膜下管道系统。膜上管道由出膜装置、连接管道和控制阀门三部分组成。出膜装置为膜上管道与膜下管道的连接部件,安装时要严密不漏气。在靠近真空设备附近的连接管上设置两个控制阀门。
(4)安装真空泵
本工程采用48mm型射流真空泵和3BA9型离心泵组合而成。当运行射流真空泵时,要随时注意泵的运转情况及真空效率。当泵的真空度小于93kPa时,应进行检查与维修。
(5)真空预压以下为真空预压的操作过程:
a按照工艺要求,将射流真空泵、真空管、出膜口按密封要求连接好。
b接好泵、真空管及膜内真空传感器,并读记初读数。
c在射流箱处,接好进水管,并在箱内注满水。
d在加固范围内按要求设置沉降观测点。
f开动离心泵进行真空抽气,在真空过程中要观测泵、真空管、膜内土体的真空度、地表的总沉降等。
3、小结
综上所述，随着我国市政公路工程的不断向前发展,公路工程对于地基的质量要求也在不断的提高,这也给软土地基的排水加固技术带来了越来越大的挑战。因此,只有不断改良市政公路软土地基的加固技术,才能够满足今后市政公路工程发展的需要。
参考文献：
[1] JTJ017-96《公路軟土地基路堤设计与施工技术规范》（P51～53）北京：人民交通出版社，1997.
[2]刘吉士.公路路基施工技术[M].人民交通出版社.2003.9
[3]罗静.路基工程现场施工技术[M].人民交通出版社.2004.3
[4]王文佳.谈市政道路软弱地基的处理方法[J].2009.4
[5]罗静.路基工程现场施工技术[M].人民交通出版社.2004.3