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真空联合堆载预压技术处理越南西贡某堆场软基效果分析4p

2012-04-22 4页 pdf 333KB 19阅读

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真空联合堆载预压技术处理越南西贡某堆场软基效果分析4p 真空联合堆载预压技术处理越南西贡某堆场软基效果分析 摘 要:本文介绍了真空联合堆载预压技术在越南西贡国际集装箱码头堆载软基处理工程中的应用情况, 并对现场监测数据及加固后的检测结果进行了详细分析。结果表明应用该技术加固越南南部地区的软弱地 基是可行的,且加固效果良好,值得推广。 关键词:真空联合堆载预压 软土地基 加固效果 1、前言 越南随着经济的发展,对于港口、码头 堆场等设施的需求日益增多。越南南部河域 潮滩资源丰富,地处热带雨林气候,河滩植 物发达,而且软土深厚,具有含水量高、压 ...
真空联合堆载预压技术处理越南西贡某堆场软基效果分析4p
真空联合堆载预压技术处理越南西贡某堆场软基效果分析 摘 要:本文介绍了真空联合堆载预压技术在越南西贡国际集装箱码头堆载软基处理工程中的应用情况, 并对现场监测数据及加固后的检测结果进行了详细分析。结果明应用该技术加固越南南部地区的软弱地 基是可行的,且加固效果良好,值得推广。 关键词:真空联合堆载预压 软土地基 加固效果 1、前言 越南随着经济的发展,对于港口、码头 堆场等设施的需求日益增多。越南南部河域 潮滩资源丰富,地处热带雨林气候,河滩植 物发达,而且软土深厚,具有含水量高、压 缩性大、强度低等特点。该地区的软基处理 常用的是堆载预压法,但由于软粘土抗剪强 度低,而且强度增长缓慢,限制了加载速度, 尤其在雨季频繁出现滑坡事故。此外,大面 积施工时,需要购置大量的堆载材料,而这 正是越南地区所紧缺的,势必造成材料紧 张,价格上涨,工程成本增高。另外,堆载 预压加固完成后,又会面临大量的堆载材料 需要卸走,会对施工现场造成很大的环境污 染和干扰。 真空联合堆载预压法可以有效减少工 后沉降、解决加载过程中的稳定问题、提高 加荷速率、缩短工期,故近年来在我国天津、 广东、上海、江苏等多个工程中得到广泛应 用。越南当地对真空预压技术了解甚少,无 类似成功经验,很少考虑采用该技术进行软 基处理,因此真空预压技术很难在越南地区 推广。本文将结合越南西贡国际集装箱码头 堆载软基处理工程应用情况,探讨真空联合 堆载预压加固效果,以期供和施工人员 在类似工程中借鉴。 2、加固机理介绍 真空预压法是瑞典皇家地质学院杰尔 曼[1](W.Kjellman)于 1952 年提出的加固软 土地基方法,随后美国、日本等国家进行了 试验研究,然而由于抽气设备、密封材料及 竖向排水通道等方面不过关原因,在很长时 间内该方法难以应用到工程实践中。直到八 十年代,交通部第一航务工程局、天津大学、 南京水利科学研究院土工所等单位对真空 预压加固软土地基机理进行了一系列的研 究,解决了利用射流泵代替原来的的气水分 离真空泵,使抽气的效率大大提高,真空预 压技术得以广泛应用于国内港口软基处理。 目前我国在真空预压法理论和实践方面处 于国际领先地位。 真空预压是在软基上覆盖一层不透气 的膜与大气隔绝,通过膜内抽真空形成压 差,这部分气压差就相当于作用在地基上的 荷载。其原理是在总应力基本不变的情况 下,降低孔隙水压力,增加有效应力,使土 体在有效应力的作用下得到加固。真空联合 堆载预压通过真空压力(负压)和堆载(正 压)使土体中的孔隙水压力产生不平衡的水 压力,孔隙水压力在这种不平衡力作用下通 过竖向排水体逐渐向外排出,使土体发生固 结变形。真空联合堆载预压法则充分发挥了 真空预压与堆载预压各自的特点,具有荷载 量大、加载时间短、加固效果明显等优点, 是一种较理想的加固软土地基方法。 3、工程概况 越南西贡国际集装箱码头工程位于 Ba Ria–Vung Tau 省 Tan Thanh 地区 Thi Vai 河 滩。本工程软基处理面积约为 32 万 m2,分 13 个加固区。根据钻孔资料表明,土层自上 而下分别为:(1)有机质土,厚度约为 1.2m, (2)淤泥~淤泥质土,厚度为 11m~22m, 流塑~软塑;(3)粉砂层。软土层的物理力 学指标如表 1 所示。 软基处理前挖除表层有机质土后回填 中细砂约 1.2m 和中粗砂垫层 0.6m。原设计 采用堆载预压(超载 1.5m~2.5m)进行软基 处理,考虑到工期、岸坡稳定、需要堆载材 料量大等原因,后采用真空联合堆载 (2.5m~3.5m)预压进行软基处理。塑料排 水板间距为 1.2m,三角形布置,平均打设 深度约为 12.5m~23.5m,周边采用双排淤泥 搅拌桩作为密封围幕,搅拌桩单桩直径φ 700mm,成墙时彼此搭接 200mm,桩距 500mm,打设深度为穿透吹砂层并进入不透 气层 500mm,深度约为 4m~7m。为了解真 空预压加固效果,指导后续大面积软基处理 设计和施工,软基处理期间对第一个加固区 进行了较全面的监测和检测,下文将对该区 监测与检测成果进行分析。 表 1 软土层的物理力学指标 m 土层名称 ω IP IL ρ e Cc Ce Ccq ψcq Cv Ch % g/cm 3 kPa ° 10 -3 cm 2 /s 10 -3 cm 2 /s W 有机质土 67.8 - - 1.63 1.732 0.489 0.063 - - 0.723 3.361 1a 淤泥 79.7 36.1 1.12 1.53 2.018 0.930 0.103 6.2 15.4 0.339 0.650 1b 淤泥 70.2 35.8 0.86 1.60 1.836 0.788 0.096 14.7 13.4 0.349 0.552 1c 淤泥 60.9 30.6 0.41 1.67 1.57 0.619 0.082 20.7 18.5 0.393 0.568 2 粉砂 21.3 - - 1.98 0.632 - - - - - - 3、监测结果及分析 3.1 地表沉降观测成果分析 在真空联合堆载预压期间 FP1 区各测 点沉降~时间曲线见图 1。插设设塑料排水 板期间的沉降量约为 0.15m,沉降量较小。 本工程的软土均为原状土,稍超固结状态, 而换填砂及吹填中粗砂垫层后地下水位高, 附加荷载不大,插板后至开始抽真空时间约 为半月,短时间内的沉降较小。软基处理期 间地表沉降为 162cm~206cm,在抽真空初期 和加载初期地基的沉降速率较大,随着时间 的延长,沉降速率逐渐变缓。卸载前利用 Asaoka 法计算的平均固结度达到 85%, 经计算使用荷载作用下工后沉降为 19.7cm, 满足设计要求。 -220 -190 -160 -130 -100 -70 -40 -10 20 50 80 110 140 (5) 10 25 40 55 70 85 100 115 130 145 160 抽真空时间[d] 地 表 沉 降 [c m ] 真 空 + 填 土 荷 载 [k P a] SP01 SP02 SP03 SP04 SP05 荷载 图 1 FP1 区地表沉降~抽真空时间曲线图 3.2 孔隙水压力观测成果分析 FP1区中心点孔隙水压力消散时程线见 图 2。各孔压计的埋设深度分别为软土层顶 面以下 2m、4m、7m、12m、15m、19m。 从图 1 可以看出,开始抽真空后孔压快速下 降,每级联合堆载,孔压又快速上升,恒载 期间孔压呈缓慢下降趋势,临近卸载孔压降 为 10kPa ~54kPa。埋深 19m 的孔压埋设在 粉砂层,开始抽真空后便下降至50kPa以上, 主要原因部分塑料排水板穿透了软土层并 进入砂层,造成粉砂层水被抽出。塑料排水 板进入下卧砂层可以形成双面排水,加速软 土排水固结,但由于粉砂层与外界连通,外 界水源源不断补给,真空度将受影响,严重 的还可能影响加固效果。 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 0 20 40 60 80 100 120 140 160 抽真空时间[d] 孔 压 差 值 [k Pa ] 2m 4m 7m 12m 15m 19m 图 2 FP1 区孔压差值~抽真空时间关系曲线 -4 -3 -2 -1 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 抽真空时间[天] 地 下 水 位 降 [m ] 图 3 FP1 区水位降~抽真空时间关系曲线 3.3 地下水位监测成果分析 图 3 为 FP1 区中心点处的地下水位降~ 抽真空时间曲线。水位管滤管段顶端位于软 土层顶面以下 2m,滤管段长 11.2m。抽真 空后,地下水位快速降低,在联合堆载期间 地下水位小幅度波动,恒载期间地下水位呈 缓慢降低趋势,临近卸载地下水位降稳定在 4.0m 左右。 4. 加固效果检测及评价 4.1 加固前后现场静力触探试验、十字板试 验成果分析 如图 4 为 FP1 区加固前后的十字板剪 切试验成果图。经真空联合堆载预压处理 后,软土层的强度大幅度提高,平均由原来 的 21.3kPa 增加到 36.4kPa,增长 70%。软 土层顶以下 3m~5m 处的加固后的剪切强度 仍较低与土层的性质有关。根据加固前的土 工试验报告表明,该位置的软土含水率达 82.5%,液限为 88.1%,塑性指数为 49.9, 软土物理指标较其它位置差,加固后强度增 长较其它深度低。 图 5 为加固前后的端阻力对比图。由图 5 可见,沿深度内的软土层的端阻力均有较 大的提高,端阻力增加的幅度随着深度增加 而 减 小 。 加 固 前 软 土 层 的 端 阻 力 为 (0.071~0.609)MPa,加固后软土层的端阻力 为(0.307~0.943)MPa,平均增长 52%,加固 效果显著。与十字板剪切试验结果对应,软 土层顶以下 3m~5m 处的加固后的端阻力较 低。 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 20 40 60 80 剪切强度Su[kPa] 深 度 [m ] 加固后1 加固后2 加固后3 加固前 图 4 FP1 区加固前后剪切强度对比图 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 端阻力qt[kPa] 深 度 [m ] 加固后1 加固后2 加固后3 加固前 图 5 FP1 区加固前后端阻力比图 0 2 4 6 8 10 12 14 16 40 50 60 70 80 90 含水量[%] 深 度 [m ] 加固前 加固后 0 2 4 6 8 10 12 14 16 1.2 1.6 2 2.4 孔隙比 深 度 [m ] 加固前 加固后 0 2 4 6 8 10 12 14 16 1.4 1.6 1.8 湿重度[g/cm3] 深 度 [m ] 加因前 加固后 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 0.5 1 1.5 液性指数IL 深 度 [m ] 加固前 加固后 图 6 加固前后土体的物理力学指标对比 4.2. 加固前后钻孔取样土工试验成果分析 FP1 区的中心点进行了加固前、后的钻 孔取样。加固前后土体的各项物理力学指标 对比曲线如图 6 所示。加固后原状淤泥的含 水量降低 18%,孔隙比减小 19%,湿重度增 加 5%,液性指数降至 0.32~0.73。由此可见, 加固后软土层物理指标大幅度改善,加固效 果显著。 5、结论 采用真空联合堆载预压加固软土地基, 不仅使土体在较短的时间内固结,而且产生 向内的收缩变形,提高了填土速率,缩短工 期,带来明显的经济效益。 通过对施工过程中的膜下真空度、孔隙 水压力、地表沉降、土体深层分层位移、地 下水位的现场测试数据,以及加固后的静力 触探、十字板剪切试验和钻孔取样室内试验 的结果分析,表明真空联合堆载预压法适用 于越南西贡地区河滩软基加固处理,并且加 固效果良好。可以为后续大面积软基处理工 程和类似工程提供有效的设计施工参考和 指导。 参考文献: [1] Kjellman W.Consolidation of clay by means of atmospheric pressure[A].Proc. Conference on soil stabilization MIT[C]. Boston,1952. [2] 娄炎编著.真空排水预压法加固软土技 术[M]. 北京:人民交通出版社, 2002. [3] 《地基处理手册》编委会. 地基处理手 册 [M]. 北 京 : 中 国 建 筑 工 业 出 版 社,1988.
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