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港區真空預壓固結度實例
港區真空預壓固結度實例【1】
【摘要】在港區吹填工程完成之后,加快土地的利用價值,港區常常采用軟土地基處理的方法,使土體固結,達到軟土處理的效果,近年來采用真空預壓對軟粘土進行處理取得了良好的效果,縮短了軟土地基自然固結的時間,為使土地盡快的投入使用創造了先決條件,本文針對真空預壓固結度在沉降、孔隙水壓力方面進行計算分析。
【關鍵詞】吹填 真空預壓 固結度 軟土地基
1.引言
我國軟土地基的處理可以源于上世紀80年代,交通部一航局科研所、天津大學等單位對真空預壓法的加固機理(天津大學,陳環等,1981~1987)、施工工藝及設備進行了研究,取得了突破性進展,獲得了較好的經濟效益和社會效益,近年來真空預壓在港區土體處理上得到廣泛應用,很好的解決了軟土地基上進行港口建設工期短、質量要求高的矛盾,在真空預壓固地基處理卸載標準中一般要求固結度按實測沉降曲線推算達到85%以上。
本文結合工程實例從沉降、孔隙水壓力消散方面推算真空預壓的固結度,進行驗證性分析。
2.工程實例分析
2.1工程地質情況
某真空預壓加固工程通過真空預壓前鉆孔資料揭露,該區主要地層自上而下分別描述如下:吹填土層①1淤泥,層底標高-3.36米,層厚1.0~9.6米;①2淤泥質粘土,夾層土;②1淤質粉質粘土,層底標高-3.0~-8.41米,灰色,飽和;②2淤泥,為夾層或透鏡體,灰色,飽和;③淤泥,層底標高-9.47~-12.18米,灰色,飽和;④淤泥質粘土,層底標高-13.59~-14.87米,灰色,飽和;⑤粉質粘土,沼澤相沉積土層,揭露標高-15.49米,灰色、灰黃色、夾有粉土團粒。
2.2設計方案標準
按設計要求在鋪設0.4m水平砂墊層后打設塑料排水板,排水板呈正方形布置,間距0.90m,排水板打設標高為-14.0m,在砂墊層中埋設濾管后鋪設塑料密封膜。
鋪膜后抽氣使真空度不小于650mmHg,開始計時;采用真空預壓法加固,總預壓荷載不小于85kpa。
卸載標準按實測沉降曲線推算的固結度大于85%;連續5天實測地表平均沉降速率不大于4.0mm/d。
3.固結度參數選取分析
3. 1沉降觀測數據
在真空預壓加固處理中,沉降計算與沉降觀測是非常重要的,沉降是卸載要求的控制標準,同時也是計算固結度的數據依據。
沉降觀測包括表面沉降觀測和分成沉降觀測,表面沉降觀測采用沉降板,對于成層軟土的沉降采用分層沉降觀測。
進行表面沉降觀測,以便了解沉降速率、總沉降量和平均固結度;進行分層沉降觀測,可以了解各土層的壓縮情況,判斷加固達到的有效深度及各深度土層的固結程度,為沉降的研究及固結度的計算提供依據。
目前按照港口工程地基規范(JTS147-1-2010)7.3.2的三點法三點法進行計算土層固結度,計算公式如下:
其中:―最終沉降量、―為相同時間間隔下的沉降量
―固結度%
―t時間下的沉降量
3.2孔隙水壓力數據
實測孔隙水壓力會更好的提供關于土體破壞情況的最早跡象,對于估計固結過程和確定加固區加載速率來說,測定孔隙水壓力也是一種常用手段。
了解預壓過程中土體內孔隙水壓力的變化,控制加載速率,保證加載的穩定性,根據孔隙水壓力的變化過程線,可以推算出土層的加固系數及不同時間的固結度。
同時粘性土中的孔隙水壓力消散則相對較慢,對真空度的反應相對滯后。
利用孔隙水壓力觀測資料計算各測頭的固結度,計算公式如下:
其中: ―固結度%
―孔隙水壓力實際消散值(kPa)
P ―預壓荷載(kPa)
―預壓前超靜水壓力(kPa)
4.固結度數據分析與計算
4.1地表沉降
加固區內布置地表沉降標觀測點:本次地表沉降標觀測由施工單位完成。
地表沉降為打設塑料排水板期間的沉降和在預壓荷載作用下產生的沉降之和。
從最后5天測量數據顯示已達到設計要求卸載標準,滿足設計提出的卸載要求。
加固區平均沉降量如下:
區號 插板期間沉降(mm) 預壓期平均沉降量(mm) 累計沉降量(mm) 最后5天沉降速率
1區 590 1938 2528 4.0mm/d
2區 630 2025 2655 3.9mm/d
3區 520 2117 2637 4.0mm/d
4區 590 2276 2866 3.9mm/d
5區 640 2130 2770 3.5mm/d
4.2分層沉降
根據設計要求每個加固區內各埋設一組分層沉降,沿不同土體深度埋設7個磁環,取1區數據進行分析。
按照文中3.1節給出的公式進行分析,其1區各層固結度為85.3%、85.7%、85.4%、85.6%、85.3%、85.5%、85.6%,平均固結度達到了85.5%,依據同樣的方法,2區~5區的固結度分別為85.1%、85.0%、85.2%、85.0%,實測分層沉降曲線推算的固結度滿足設計卸載標準,加固效果明顯。
4.3孔隙水壓力
本次每個加固區內布置孔隙水壓力1組,共計埋設孔隙水壓力計7個。
埋設方法為鉆孔埋入法。
在抽真空開始階段,孔隙水壓力消散很快,后期逐漸趨于平緩,變化不大。
從曲線上可以看出,由于土質等條件的不同,各測頭的消散速率不一,消散值也有差異。
滲透性強的土層,孔隙水壓力消散快,且對真空度反應敏感。
粘性土中的孔隙水壓力消散則相對較慢,對真空度的反應相對滯后。
利用孔隙水壓力觀測資料計算1區各測頭的固結度為84.4%、86.2%、85.8%、85.4%、85.3%、84.9%、85.3%,1區平均值為85.7%。
依據同樣的方法,2區~5區的固結度分別為85.2%、85.1%、85.3%、85.2%。
固結度計算結果與沉降計算結果基本相符。
5.結論
通過對工程地表沉降、分層沉降、孔隙水壓力方面數據的計算得出的固結度基本均在85%以上,5個區固結度的兩種計算結果基本趨于一致,能夠滿足卸載要求。
參考文獻:
1.《真空預壓加固軟土地基技術規程》(JTS 147-2-2009),2009
2. 《港口工程地基規范》(JTS 147-1-2010 ) 2010
3. 《港口巖土工程勘察規范》( JTS133-1-2010),2010
真空預壓固結排水法在水利工程堤防加固中的應用【2】
【摘 要】真空預壓固結排水法經常被應用在水利工程中,以此來起到提防加固的作用,其是施工工藝相對簡單,但是需要注意的問題比較多。
本文首先介紹了工程概況;其次概述了真空預壓固結排水法施工工藝;最后探討了加固過程中的監督,僅供參考。
【關鍵詞】真空預壓固結排水法;水利工程;堤防加固;應用
真空預壓固結排水法突出的特點能夠使堤防土層更加密實,進而提高其整體性以及增加提防內部粘結性,對延長水利工程壽命有著積極的作用,該種方法中重點的施工工藝如下:平整產地、防線定位、真空抽水設備安裝等,每一個施工步驟都值得關注的問題,需要施工人員認真對待。
0.工程概況
某水利工程的堤壩位于軟土地基上,尤其是堤壩的上下游交界處的地基更為軟弱,在長期的運行使用中,該堤壩的抗壓能力和強度都大大降低,存在一定的安全隱患。
為了保證堤壩的安全穩定工作,必須要盡快對其進行加固處理。
在本工程中,技術人員決定采用真空預壓固結排水法來實現堤壩加固,重點的施工范圍包括堤壩上下游的護坦、護底和砌石部位等一共8個加固區域。
1.真空預壓固結排水法施工工藝
1.1場地平整
從上述工程介紹中,可知本工程使用時間比較長,需要加固的部位也比較多,而且這些部位普遍存在不平整的情況,這種情況并不利于使用真空預壓抽水的方法,因此在使用這種方法之前,首先應該做好場地平整的工作。
場地平整主要包含兩方面,一方面是對施工部位進行平整,另一方面是對周邊部位進行平整,有些施工人員忽視了對后者,所以使用真空預壓固結排水法效果并不明顯。
部位的不同,使用的平整方法也有差異,施工人員要視情況而定,比如如果在斜坡護坦的部位上開展場地平整工作,完全可以不必考慮水平平整度,坡面平整度符合工程要求即可。
整體上講,平面與坡面的場地平整,無論采取哪些方法都需要達到相應平整度,方便開展抽壓以及覆膜工作。
場地平整完成之后,應該在其表面覆蓋一層土,主要是為了達到承重要求。
通常情況下,砂墊層是素土最好的選擇。
平整場地時,還需要考慮高差問題,一般而言要求高差保持在50mm以內。
1.2防線定位
防線定位的主要目的是明確施工位置,其要求比較多,第一,充分了解設計圖紙及其施工方案,以圖紙與方案為準進行防線曾亮;第二,選擇精確度比較高測量儀器,選擇出集水井等位置,邊測量邊標記,以免出現遺漏;第三,重點關注塑料排水板的位置,其與真空管網要始終保持平行,不允許出現偏差。
1.3真空抽水設備安裝
場地平整以及防線定位等施工完成之后,開始著手安裝真空抽水設備,在安裝期間,要注重安裝重點,尤其是對排水有著直接影響的設備安裝。
(1)安裝真空集水井, 集水井制作工藝比較并不難,其制作材料主要是預制鋼結構。
首先將需要加固的所有部位劃分為各個單元,每個單元都需要安裝集水管;其次,平鋪集水井,需要注意的是如果需要使用水平的管道,則需要提前鋪設;最后,連接,安裝干管時,存在很多銜接位置,該位置需要重點對待,通常情況下,都是選擇橡膠軟管,因為這種軟管密封效果非常好。
(2)井上真空系統安裝,該系統涵蓋非常多的設備,比如真空表等,其中真空泵以及管道泵是不可缺少的設備,一般情況下,每個系統需要2臺真空泵,而且通常都會選擇使用5.5Kw,而管道泵只需一臺即可。
正常情況下,真空泵與固定平臺連接,而清水泵則與真空集水井相連。
井上真空系統安裝之前,需要做好水平管網施工工作。
真空泵需要與耐壓軟管連接,而耐壓軟管則需要與緩沖罐連接。
氣其他設備的連接方法比較固定,只要按照正規程序即可。
(3)真空機械系統的安裝,該系統最重要的設備就是真空泵以及水氣分離設備,每個真空泵都應該與水氣分離設備進行有效的連接,通常情況下,選擇使用膠管來連接。
1.4鋪設真空膜
在水平管網系統完成后,即可以鋪設真空膜。
真空膜采用14絲的PVC 薄膜三層。
鋪設密封膜之前,把出膜彎管與真空濾管連接好,出口壓盤與地層表面齊平,并放好下橡膠墊圈;鋪設時順風向伸展,加固區四周余留量基本―致;施工人員穿軟底鞋上膜,嚴禁穿帶釘鞋上膜;封膜鋪設層數滿足設計要求,每鋪一層均由專人檢查,若有孔洞,及時粘補;在密封溝內側把膜鋪平,薄膜過長時,可將其折于溝底,不可外鋪于外側坡上。
1.5真空負壓操作
密封膜鋪設完工后,各單元的機泵系統進入真空操作階段。
密封膜上覆水前,應進行試抽真空,同時檢查每臺真空泵的運轉情況及薄膜的密封性;試抽真空時間為10天,要求密封膜下真空壓力達到0.08MPa以上。
試抽真空達到要求后,可進行覆水轉入正常抽真空,正常抽真空時間應滿足設計要求;覆水厚度應為300mm,覆水后,膜下真空壓力應逐漸穩定在0.08MPa。
真空操作要求有水必排。
隨著壓力的逐漸上升,排水量越來越小,軟基的固結程度也逐漸加大,80天左右即可達到加固要求。
1.6卸載
終止真空預壓的標準:連續四晝夜實測地面沉降量小于2mm/d或地基固結度大于實測地基沉降曲線的80%。
2.加固過程中的監督
無論采用哪種堤防加固的方法都需要進行監督檢測,以此確保加固效果。
主要監督一下內容:第一,對真空度進行監督檢測,抽真空施工結束之后,馬上檢測其真空程度,以此來明確真空損失程度,施工人員正是根據這個真空程度數據來選擇使用的措施,以此保證該位置的內部壓強符合要求,通常情況下,檢測頻度為6小時一次;第二,監督檢測孔隙水壓力,之所以要對其進行檢測主要是為了了解固結力度,當相關設備埋入到一定深度時,設備會顯示出數據,馬上讀取數據,以便掌握初始數據,其檢測頻度為1天一次,檢測時,需要注意是否是每天的相同時刻。
第三,要對地表的沉降量進行監測,這樣可以掌握并推測地基的加固效果,所以對沉降的觀測是必要的。
沉降觀測的密度不小于每3天1次。
第四,要對加固部位的水平位移程度進行隨時監測,以便能及時采取措施。
觀測的密度不小于每3天1次。
3.結語
總之,在水利工程的堤防加固工程施工中,除了可以采取帷幕灌漿、增設樁基等傳統的加固施工技術以外,還可以采取不影響其整體結構和性能的其他加固施工方式。
本文中所介紹的真空預壓固結排水法就是這樣一種具有良好加固效果的施工技術新方法。
本工程中通過采用這種加固施工技術對堤防進行加固后,其強度和穩定性都得到了很大的提升。
本文是筆者多年施工經驗的總結,希望水利工程堤防加固有所幫助。[科]
【參考文獻】
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真空預壓加固地基工法施工【3】
摘要 真空預壓是真空吸水加固軟土地基施工工藝的簡稱,該工藝適用于非固結或欠固結軟弱土地基的表面加固。
本文結合作者多年的工程實踐經驗就真空預壓加固地基工法進行敘述,以期能夠為類似工程的施工提供參考。
關鍵詞 真空預壓;加固地基;施工
1 工作機理
整張的塑料膜經土捻壓實后,在土體表面形成密封罩,罩內的塑料排水板、濾水管、砂墊層連通成為一個密閉系統,在真空泵的作用下,在密封罩下的土體內形成真空負壓。
由此,一方面將土體內原有的孔隙水壓力降低;另一方面,在罩外大氣壓力作用下以及罩內上部土體失去飽和水對土體浮力后增加了對下部土體的作用力,使下部土體的有效應力增大,從而達到固結的目的。
2 施工工藝
2.1 工作墊層
工作墊層由鋪荊笆和填干土兩道工序組成,做法為:先鋪荊笆,選用當年柔韌的荊笆,在軟土表面按順序滿鋪兩層,荊笆的塊與塊之間搭接200mm,并用14~16#鉛絲按500mm間距綁扎牢,層與層之間要錯縫。
然后填干土(如無干土或遇雨季施工,則需填山皮土或土石屑),厚度不小于400mm。
填土只能由人工用小推車進行,嚴禁用機械作業,亦禁止在加固區內堆放土,以防止被加固土受到擾動而影響下道工序施工和造成回填材料浪費。
2.2 鋪濾水層
濾水層的材料通常用中粗砂,也可用不帶利刃的其它小顆粒材料代替(如電廠的工業廢料、液態碴等),其作用是在土體上表面形成水平排水通道,濾水層厚度為400mm,作業要求表面平整,厚度均勻,厚度誤差不大于±20mm,如原來地勢高低起伏太大時,在鋪干土和鋪濾水層時設法調整。
鋪濾水層也必須由人工用小推車進行。
2.3 工藝設備安裝
工藝設備安裝包括插塑料排水板,安裝濾水管網、真空泵、真空表,挖壓膜溝,鋪塑料密封膜及填筑擋水墻等工序。
1)插塑料排水板
(1)排水板
SPB型塑料排水板,是專門用于土體排水的專用材料,用于豎向排水的有Ⅰ型和Ⅱ型兩種規格。
塑料排水板由槽形塑料芯帶和透水性很好的加厚無紡布組成。
推薦采用Ⅱ型板,其排水效果更好。
(2)插板機
插板機是將塑料排水板按設計要求的深度插入地基土內的施工機械。
采用MDZ—ZO型門式震動插板機,該機是目前在用的幾種機型中技術性能較好的一種,設計插板深度20m,一次作業可同時插設2付排水板,每班作業可插板2 500延米~3 000延米。
也可采用河北興隆機械廠制造的SP—20型履帶式插板機和一航局制造的MD—15型門式單管插板機,此外也有用履帶式打樁機改制的插板機。
2)鋪管網和設備安裝
(1)濾水管
濾水管采用?89聚氯乙烯硬塑料管制作,在管壁上按每60mm鉆一圈?10小孔,每圈為6個孔。
然后在管表面先裹一層塑料窗紗,再包一層剪去硬皮的棕皮,并用16#鉛絲按每100mm一道綁扎牢,也可用加厚無紡布纏裹兩層,同樣用16#鉛絲綁扎,管接頭可用配套的塑管接頭,也可用膠管接頭。
安裝和綁扎時都應注意把綁扎鉛絲一順向下,以防朝上時扎破上面的密封膜。
濾水管應埋在濾水層的中間,上下厚度要均勻。
濾水管網的布置有3種方法,選用布置方案主要依據加固地形,其原則是盡量做到膜內各部位的真空度均勻并節省用料。
濾水管的間距不大于8m,外側管距膜溝中心線距離不大于4m。
(2)真空泵
射流式真空泵是由射流器、離心式清水泵、循環水箱等組成,真空泵是真空預壓的關鍵設備,其性能好壞直接影響加固效果,推薦采用三公司制造的ZK-3-W型臥式射流箱和ZK-3-L型立式射流箱,經施工檢驗,其性能完全滿足使用要求。
(3)加固單元劃分和工藝系統設計
所謂加固單元是指在一張完整的密封膜覆蓋下的加固地塊為一個單元。
一般情況下,加固單元的面積不大于10 000m2,不小于2 000m2,過大會增加施工難度,過小則對工程成本不利。
表1是每10 000m2加固面積所需裝備數量。
3)密封膜
塑料薄膜及縫合密封膜是采用厚度為0.08mm~0.10mm的普通白色聚氯乙烯農用薄膜按一定要求尺寸經熱縫合而成。
為防止熱脹冷縮,加工尺寸應比實際尺寸大一些。
(1)鋪膜
密封膜應該鋪三層,鋪膜前應先將壓膜溝挖好。
鋪膜應選擇無風的好天氣,鋪膜工作要在白天一次完成,鋪膜要集中人力,一塊10 000m2的地塊,鋪膜的人數不少于30人,并要準備足夠數量的氯丁膠和一臺高頻熱合機及部分備用的整卷塑料膜。
施工人員必須穿無釘軟底鞋,在統一組織指揮下進行鋪膜作業。
鋪膜沿著長邊的一側開始,當第一張膜鋪開后應組織所有人員一字擺開認真檢查塑料膜有無開焊、破孔,并及時修補。
修補孔洞可用小塊薄膜,要求用溫布將破孔周圍和小薄膜擦洗干凈,再分別涂刷氯丁膠,待膠干燥(以手指摸著不粘為好)后將小塊膜粘貼在破孔處,以兩層膜間沒有氣泡即可。
大片撕裂處要用熱合機縫合。
鋪膜后應立即填壓膜溝,以防遇大風將膜掀壞。
(2)壓膜溝與擋水埝
為了保證壓膜溝的密封質量,壓膜前如溝內無積水時需先往溝里灌200mm~300mm深的水,壓膜時先把膜浸入水底,再在膜上壓一層粘土,當泥浸透后要求由人工將粘泥踩成泥漿,然后再在溝里填粘土,并分層輕輕夯實。
膜溝填實后再做擋水埝,埝高600mm~800mm,同一地塊的埝頂要在同一平面上,高差不大于100mm,為防止風浪沖刷和便于行走,埝頂要求壓兩層草袋裝土。
(3)局部密封
抽氣管需穿過密封膜,膜和鋼管的接口處需采取特殊的密封措施,其目的既要把接口處壓密實,又要防止抽氯時將膜拉裂。
2.4 預壓
1)試抽氣
抽氣開始時,要把所有的抽氣泵都開動,并認真觀察真空度的變化,正常情況下,開泵后2~4h,泵口處的真空度就能達到20kPa,此階段要多安排一些人在地塊內和膜溝附近認真巡查.尋找漏氣部位,發現一批停泵修理一批,反復尋找,反復修理,直至無漏氣點為止。
當膜內真空度達到40kPa時應停泵,進行一次全面檢修。
2)抽氣
經過檢查、修理,再抽氣時真空度提高很快,此時更應注意觀察整個預壓區內有無異常,因為隨著真空度的提高.一旦發生故障情況比較突然,會造成較大的損壞,而且不易修復。
經過24h抽氣,如情況正常,便可向埝內灌水,在無外來水源時可用抽出的地下水。
2.5 觀測與檢測
由于真空預壓的地塊處在大面積軟土地區,附近很難設置較好的臨時水準點。
為此,除需就近選擇正式水準點供施工觀測時對觀測結果進行調整外,還必須認真做好臨時水準點。
臨時觀測點可以用?l00mm的鋼管作鋼樁,用插板機插入地下,鋼管下端應達到比較密實的夾砂層。
當樁周土穩定后(一般需15d),在樁頂澆筑混凝土墩,井埋入短鋼筋頭制成水準點。
2.6 清理、拆除
辦理交工手續后,即可拆除設施,所有的機械、管網都應進行保護性拆除,濾水管網起出后,應將管內的泥土用水沖洗干凈,晾干后集中堆放以備再用。
射流泵和清水泵都應檢修保養。
真空表應進行校驗。
塑料薄膜也應清理干凈,擋水埝應就地平整,濾水層所用的砂子,可與建設單位方協商處理,必要時可以部分回收。
3 施工注意事項
插板機的安裝、拆卸必須有專人指揮,登高作業的人員必須具有足夠的自我保護能力。
兩班制或三班制作業必須執行班前交接制度和班后保養制度。
機上人員必須遵守“清洗、潤滑、調整、緊固、防腐”的十字作業制。
插板機卷揚機鋼絲繩必須經常檢查,及時更換。
震動錘的所有緊固件必須有防振自鎖裝置,并要經常檢查、緊固。
插板作業必須專人指揮,特別是穿樁靴的人員必須動作協調,嚴防人身傷害。
所有機械檢修時,必須切斷電源,并把閘箱鎖起來,無條件上鎖的要掛檢修標牌。
4 結論
在真空預壓加固地基施工的過程中,施工人員在施工的過程,一定要對工程中經常出現的問題采取有效的措施,盡量減少不良狀況的出現。
同時施工的過程中加強質量的控制確保其質量。
參考文獻
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