塑料排水板堆載預(yù)壓法在深厚軟基處理中的應(yīng)用

塑料排水板堆載預(yù)壓法在深厚軟基處理中的應(yīng)用

1路基處理設(shè)計(jì)該項(xiàng)目位于珠海橫琴新區(qū)市政道路的基礎(chǔ)上。原始地貌為海漫灘地貌,淤泥質(zhì)軟土平均層厚11～20m左右。根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用塑料排水板堆載預(yù)壓法進(jìn)行路基處理。塑料排水板長(zhǎng)穿透淤泥層,排水板布置按照等邊三角形布置,固結(jié)度達(dá)到90%以上,工后沉降小于30cm。為更好指導(dǎo)設(shè)計(jì)和施工,選擇了CK0+600～CK0+800代表性的路段進(jìn)行試驗(yàn)。2地質(zhì)概況2.1結(jié)構(gòu)及含礦質(zhì)量土層狀況描述如下:(1)沖填土(①4層):主要由粉細(xì)砂組成,夾雜少量粘性土。呈濕-飽和、松散狀態(tài)。厚度為3.2～8.2m。(2)淤泥(③1層):灰色～深灰色,含有機(jī)質(zhì),具腥臭味,土質(zhì)均勻細(xì)膩,局部富集貝殼碎屑,呈飽和、流塑狀態(tài),厚度為10～25.40m。(3)淤泥混砂(③2層):灰色,土質(zhì)松軟,含有機(jī)質(zhì),夾中、細(xì)砂,含砂量在30%～60%不等。(4)粘土(④1層):含少量高齡土,局部含20%左右砂粒,呈飽和、軟塑～可塑狀態(tài),地基承載力允許值為160kPa。厚度為1.6～3.2m。(5)粘土(④2層):淺灰色、灰黑色,含少量腐植物,呈飽和、軟塑狀態(tài),局部為流塑狀態(tài),地基承載力允許值為75kPa。厚度為1.6～3.2m。2.2地下水環(huán)境概況擬建場(chǎng)地北側(cè)為珠海市橫琴島馬騮洲水道,西側(cè)為磨刀門(mén)水道,屬西江水系。區(qū)內(nèi)溝渠交錯(cuò),與海水連通,地表水體豐富,受潮汐影響較大;臺(tái)風(fēng)季節(jié)最大潮時(shí)潮水可漫過(guò)圍堤造成大面積水浸。場(chǎng)地地下水主要為孔隙潛水,主要受大氣降水及地表水補(bǔ)給,水位變化因氣候、季節(jié)而異。地下水穩(wěn)定水位埋藏深度介于0～2.80m之間,相當(dāng)于標(biāo)高-1.27～3.90m,如圖1。3等邊式大跨沉降樁施工CK0+600～CK0+800段塑料排水板長(zhǎng)約27m(17m),排水板布置按照等邊三角形布置,間距1m,堆載厚度5m(4m),整個(gè)施工時(shí)間150d,恒載102d,固結(jié)度達(dá)到90%后,總沉降量1.84m、1.8m、0.77m。監(jiān)測(cè)斷面為CK0+615、CK0+660、CK0+730。4塑料地板樁加載壓力施工技術(shù)4.1塑料排水板堆載預(yù)壓施工施工范圍內(nèi)原始高程約為0.3m左右。根據(jù)設(shè)計(jì)要求先吹填砂至標(biāo)高2m,抽排積水后再進(jìn)行塑料排水板堆載預(yù)壓施工。主要工藝流程:鋪設(shè)土工布→鋪設(shè)砂墊層施工→塑料排水板施工→監(jiān)測(cè)設(shè)備埋設(shè)→盲溝及集水井施工→堆載土填筑→恒載→沉降、固結(jié)度等檢測(cè)→卸載→交工面整平碾壓。4.2回填后壓實(shí)度(1)打設(shè)塑料排水板的過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制排水板的打設(shè)深度、垂直度。在打設(shè)塑料排水板過(guò)程中及時(shí)做好清淤和排水。(2)土方堆載期間,要求分級(jí)分層進(jìn)行堆載,分層厚度滿足設(shè)計(jì)要求,每層土3遍輕振,四遍重振,遇到雨季要求對(duì)堆載土進(jìn)行排水、翻曬。(3)每層碾壓完畢后應(yīng)按規(guī)范要求進(jìn)行壓實(shí)度的檢測(cè),出具合格報(bào)告后方進(jìn)行下一層的填土。(4)卸載標(biāo)準(zhǔn):按《路基設(shè)計(jì)規(guī)范》JTGD30-2004第7.6.9條執(zhí)行,即:要求推算的工后沉降小于設(shè)計(jì)容許值,同時(shí)要求連續(xù)2個(gè)月觀測(cè)的沉降量不超過(guò)5mm,方可卸載。(5)卸載時(shí),在交工面上保留20cm虛土,采用20T振動(dòng)壓路機(jī)碾壓6～8遍,使交工面下0～150cm范圍內(nèi)土層壓實(shí)度滿足設(shè)計(jì)要求。(6)卸載至交工面后,集水井內(nèi)采用砂性土回填密實(shí)。4.3堆載施工影響如圖3、4。施工期間為珠海市雨季,雨天較多,影響施工進(jìn)度,堆載施工受預(yù)計(jì)影響124d時(shí),工期172d;堆載土源含水量較大,需晾曬方可用于堆載。4.4沉降板豎向沉降填筑速率控制指標(biāo):為了保證在填土加荷過(guò)程中邊坡穩(wěn)定,沉降速率,側(cè)向位移必須控制在下述范圍,任一項(xiàng)超出范圍。都必須暫停加載土,待變形趨于穩(wěn)定并經(jīng)有關(guān)人員認(rèn)可后方可繼續(xù)填土。沉降板豎向沉降≤15mm/d;邊樁側(cè)向變形≤5mm/d:孔壓超空隙水壓力/荷載增量≤0.5。5觀測(cè)及結(jié)果驗(yàn)證為深入了解軟土特性,用真實(shí)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)明塑料排水板堆載預(yù)壓法的實(shí)用性,同時(shí)為了保障軟基處理的正常施工,埋設(shè)了孔隙水壓力計(jì)、地表沉降板、水平位移觀測(cè)樁,在施工時(shí)進(jìn)行了孔隙水壓力、地表沉降、水平位移、十字板抗剪強(qiáng)度對(duì)比測(cè)試等變形觀測(cè),觀測(cè)期間根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)工程施工(圖5)。5.1堆載土沉降情況為了有效的監(jiān)測(cè)整個(gè)軟基處理過(guò)程中的沉降量,對(duì)施工的每一道工序進(jìn)行了沉降量的監(jiān)測(cè)。于5月24日,設(shè)置3個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)。點(diǎn)1位于CK0+632,點(diǎn)2位于CK0+705,點(diǎn)3位于CK0+780。6月6日堆土之前,平均沉降102.4mm。試驗(yàn)段共布設(shè)3個(gè)監(jiān)測(cè)斷面,如圖5。自6月17日開(kāi)始進(jìn)行第一級(jí)第1層堆載,6月20日至22日堆載第2層,7月4日堆載第3層,7月9日堆載第二級(jí)第1層,8月4日堆載第二級(jí)第2層,8月24日堆載第二級(jí)第3層,加載土厚度共約3m,9月2日堆載第三級(jí)第一層,加載土層厚度共約3.5m。10月8日堆載第三級(jí)完成,加載土層厚度共約(4)5m,進(jìn)入恒載期。堆載之后由中冶武勘院監(jiān)測(cè),截止至2010年4月17日,沉降數(shù)據(jù)如表1:從2010年5月24日至2011年4月17日歷時(shí)346天,累計(jì)平均沉降量為1671.6mm,平均日沉降量為4.83mm,恒載期平均日沉降量為3.36mm。CK0+600～CK0+630(C1區(qū))施工圖設(shè)計(jì)總沉降量為1.84m,各階段沉降情況對(duì)比如表2。CK0+600～CK0+630(C2區(qū))施工圖設(shè)計(jì)理論總沉降為1.80m,各階段沉降情況對(duì)比如表3。各個(gè)斷面平均施工圖設(shè)計(jì)理論總沉降為1.82m,各階段沉降情況對(duì)比如表4。施工過(guò)程的沉降總量大于施工圖設(shè)計(jì)計(jì)算的沉降量。實(shí)測(cè)累計(jì)沉降曲線如圖6。從實(shí)測(cè)曲線可以看出,堆載土施工期間最大沉降速率發(fā)生在第一層上土期間,最大速率為19.4mm/d,在后期的堆載土填筑過(guò)程中,每填筑一層土沉降速率均有所突變,待穩(wěn)定后,沉降速率逐漸變緩,在2010年10月5日進(jìn)入恒載期后,沉降速率在10月14日發(fā)生突變,最大值為20.9mm/d,進(jìn)入恒載期后,沉降曲線逐漸平滑,并趨于定值,表明沉降規(guī)律比較合理,最大沉降速率超過(guò)堆載期間填筑速率的控制指標(biāo):豎向沉降>15mm/d,但加固土體并為產(chǎn)生剪切變形破壞。這說(shuō)明,設(shè)計(jì)要求的控制指標(biāo)較為保守,可以適當(dāng)增大填土速率控制指標(biāo)。5.2堆載期不同階段的位移變化通過(guò)對(duì)位移觀測(cè)的數(shù)據(jù)整理,可得W1—5測(cè)點(diǎn)累計(jì)位移最大,其累計(jì)位移曲線如圖7。由累計(jì)位移曲線可知,向內(nèi)側(cè)的邊樁位移變化速率最大值24.2mm/d,向外側(cè)的為-22.1mm/d,它們均發(fā)生在堆載土施工期間,進(jìn)入恒載期后,邊樁位移變化速率最大值為1.87mm/d,并在堆載后期,邊樁位移逐漸減小,并趨近于0,這是因?yàn)槎演d施工時(shí),由于堆載土的加載,對(duì)土體產(chǎn)生豎向荷載,使土體產(chǎn)生側(cè)向變形,在恒載期時(shí),土體受到的荷載逐漸由加固土體承擔(dān),并發(fā)生排水固結(jié),當(dāng)土體排水固結(jié)達(dá)到一定程度后,土體強(qiáng)度增加,逐漸保持穩(wěn)定。同時(shí)從圖中可以看出6月、7月曲線震動(dòng)較為頻繁,位移值變化較大,此階段為第一級(jí)堆載土施工時(shí)期,路基沉降速率在上土過(guò)程中變化較為劇烈;自10月8日起路基已進(jìn)入恒載期,曲線較為平緩斜率較小,路基相對(duì)比較穩(wěn)定。5.3關(guān)于開(kāi)口水壓力的觀察5.3.1監(jiān)控核心(1)主要用途了解孔隙水壓力增長(zhǎng)與消散過(guò)程情況,了解土體的強(qiáng)度增長(zhǎng)情況,控制堆載施工速度。(2)壓力傳感器安裝埋設(shè)工作在插板完成后進(jìn)行,采用鉆機(jī)配合進(jìn)行預(yù)埋,孔隙水壓力傳感器間距不小于2.0m左右,每孔豎向布置孔壓傳感器3個(gè),上中下各一個(gè),埋設(shè)時(shí)保證傳感器放置垂直,與傳感器連接的電纜測(cè)線由保護(hù)管引出,隨堆載高度增加而接長(zhǎng)。5.3.2孔隙水壓力監(jiān)測(cè)孔隙水壓力觀測(cè)孔在不同深度設(shè)置孔隙水壓力傳感器,觀測(cè)時(shí)間從2010年6月1日至2011年1月13日?？讐呵€如圖8。由孔隙水壓力監(jiān)測(cè)結(jié)果分析表明:(1)孔隙水壓力大小受上覆荷載影響顯著,各傳感器孔壓測(cè)值隨傳感器位置深度不同而不同,傳感器埋置越深,孔壓測(cè)值越大。(2)每個(gè)傳感器對(duì)應(yīng)孔隙水壓力變化與加載時(shí)間和大小的關(guān)系密切。每增加一級(jí)荷載,孔隙水壓力值就有劇增現(xiàn)象,但隨著淤泥的排水固結(jié),孔隙水壓力逐漸消減。下一級(jí)荷載施加時(shí),前一級(jí)荷載作用下的孔壓增量已有明顯消減,軟土得到固結(jié),強(qiáng)度滿足加載要求,最后一級(jí)荷載施加(即滿載)后,經(jīng)過(guò)穩(wěn)定期的排水固結(jié),孔壓逐漸消散,孔壓曲線趨于平穩(wěn),這時(shí)說(shuō)明場(chǎng)地排水固結(jié)趨于完成。6軟土壤結(jié)構(gòu)的有效性分析6.1軟土壤結(jié)構(gòu)前后的變化CJHJ路試驗(yàn)段CK0+600～CK0+800地基土主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)對(duì)比統(tǒng)計(jì)如表5。6.2降低了土體及地基土物理力學(xué)性質(zhì),提高了資從上表可以看出試驗(yàn)段經(jīng)過(guò)真空堆載預(yù)壓后,③1層淤泥含水率降低26.5%,重度增加9.0%,孔隙比減少37.2%,壓縮模量Es100-200(MPa)增加61.1%。地基土物理力學(xué)性質(zhì)得到較大程度的提高。深部淤泥(10～20m)經(jīng)過(guò)排水板堆載預(yù)壓后,地基土物理力學(xué)性質(zhì)得到較明顯的提高。隨著深度加大,附加應(yīng)力逐漸擴(kuò)散,土層強(qiáng)度提高幅度逐步減小。7試驗(yàn)段施工總結(jié)根據(jù)對(duì)施工中的數(shù)據(jù)整理,可得如下結(jié)論:7.1沉降、位移、變形量根據(jù)設(shè)計(jì)要求,填筑時(shí)平均沉降量應(yīng)≤15mm/d,超過(guò)時(shí)應(yīng)延緩填筑速度。取C6測(cè)點(diǎn)2010年9月29日至2010年10月8日沉降數(shù)據(jù),可得表6:通過(guò)上表可得,2010年9月29日至2010年10月5日,連續(xù)6d日平均沉降量為17.2mm/d、18.8mm/d;日平均位移量為-0.7mm/d、3.4mm/d,均小于5mm/d,路基保持穩(wěn)定。2010年10月5日至2010年10月8日,連續(xù)3d日平均沉降量為20.4mm/d,超過(guò)20mm/d;日平均位移量為5.2mm/d,也大于5mm/d。故設(shè)計(jì)要求填筑時(shí)平均沉降量應(yīng)≤15mm/d趨于保守,建議優(yōu)化至20mm/d較為合理,以便加快堆載土施工進(jìn)度。7.2堆載土的確定根據(jù)土工標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)可得堆載土最大干密度為1.85g/cm3,最佳含水量為13.0%;雨后現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)堆載土含水率17.8%,含水量偏大,需晾曬后方可達(dá)到設(shè)計(jì)壓實(shí)度要求。試驗(yàn)段堆載土填筑時(shí)間為6、7、8、9月份,正是珠海市的雨季。其中雨天占總天數(shù)的46.7%。堆載土設(shè)計(jì)工期為45d,實(shí)際施工工期為125d,約80d受雨季影響,不能施工。故堆載土雨季施工將嚴(yán)重影響施工進(jìn)度,在安排設(shè)計(jì)、施工進(jìn)度計(jì)劃時(shí),應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)靥鞖馇闆r考慮雨季的影響。7.3固結(jié)度分析的不足CJHJ路試驗(yàn)段開(kāi)始設(shè)計(jì)恒載時(shí)間偏小,沉降速率不能滿足0.15mm/d的設(shè)計(jì)要求。恒載200d后,沉降速率0.9mm/d,而根據(jù)過(guò)三點(diǎn)法、前崗