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高真空击密的施工及监控

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设计概况:新建武汉至宜昌铁路DKl33+300-DKl36+100段为潜江车站范围,地处江汉冲积平原,地形平坦、开阔,大部分为水塘和稻田。地下水发育,为第四系孔隙潜水,水位埋深0.6~1.0m。地质情况自地表以下依次为:粉质黏土、黏土。硬塑(0。2,8m);粉质黏土、黏土,软塑(2.8~6.8m);粉质黏土、黏土。硬塑(6.8~11.8m);粉质黏土、黏土,软塑(11.8~15.0m);细砂,中密,饱和(15.0m以下)。潜江车站工区和货场范围(DKl34+030。DKl34+660)内软土地基设计采用塑料排水板+高真空击密进行加固。

基本原理:高真空击密基本原理是一种快速加固软土地基的技术,它是通过数遍的高真空压力差排水,并结合数遍合适的变能量击密,达到降低土层的含水量、提高密实度和承载力、减少地基工后沉降和差异沉降量的目的。本工法具体是通过快速高真空排水+击密多遍循环,两道工序的有机结合、相互作用,形成了高真空击密法的独特机理。

该工法巧妙地解决了软土超孔隙水压力消散及强夯容易使软土形成“弹簧土”等关键问题,通过人为在土层中制造的“压整”(击密产生的超孔隙水压力为“正压”,高真空产生的为“负压”)来快速消散超孔隙水压力,使软土中的水快速排出。由于采用高真空排水,使击密效果大大提高,从而使被处理土体形成一定厚度的超固结“硬壳层”。由于“硬壳层”的存在,使得表层荷载有效扩散,减少了因荷载不均匀产生的不均匀沉降。

它的特点是:1对饱和土夯前先进行高真空排水,属于主动排水,可有效减小土的饱和度,增加夯击效率,同时减小产生的超孔隙水压力。相对地塑料板属于被动排水,由于没有外荷载作用,无法形成水头梯度达到夯前排水的目的。

2渗透系数较小的软土,在适当夯能的作用下,土中出现的微裂缝可增加土的渗透性能,产生的超孔隙水压力在再一次真空“压差”的作用下可进一步增加排水效果。为此,本工法提出实施第二、第三遍高真空排水。甚至夯击与排水同时进行的排水工序。多遍高真空击密排水最终以达到降低饱和软土含水量为目标。

3由于第二次高真空作用,使第一遍强夯产生的孔隙水压力快速消散,使两遍强夯间隙时间大大缩短,从而工期与普通强夯法相比,不但不增加,反而大大缩短了。

现场根据设计处理范围铺设25cm厚砂垫层,采用插板机进行塑料排水板施工,排水板露出砂垫层50cm,排水板施工完成验收合格后及时覆盖第二层砂垫层(25cm厚)。然后继续填筑1m厚的中粗砂,砂垫层施工完成后将施工区域沿线路方向划分为50m小段落。施工时按划分的段落分段循环施工。

施工方法及过程中的监控

1施工区域划分。高真空击密的施工过程是信息化施工的过程,在正式施工之前,现场工程师采用小螺钻和静力触探,摸清地层的初始地质条件,为施工小区划分、确定施工参数提供依据,不同的区域,实施不同的控制参数(真空管布置间距、真空排水时间、击密能量、击数和遍数),以保证各个施工小区均能达到地基处理要求。且不同的区域采用不同的参数,可以有效地消除不均匀沉降,保证地基处理结束后场地的均匀性。

2真空管布置。真空管根据土层分布情况分层设置深管和浅管,管间距3.0~6.0m,深管和浅管的埋深和间距根据现场工程师详勘后确定。

3第一遍高真空排水。第一遍高真空施工采用浅真空管主要调整土、砂的含水量,降水时间5~7天。

4第一遍击密。具体夯点间距、夯击能量、击数需要根据现场试夯情况调整。

5第二遍高真空排水。第一遍击密结束后,进行第二遍高真空施工,第二遍高真空管继续调整土体含水量,高真空排水时间约5~7天,具体根据分层土质现场分析控制的每遍控制参数确定。

6第二遍击密。第二遍高真空排水结束,并经自检达到顶计控制值合格后进行第二遍击密施工。击密前,也应先进行试击,确定击密能量参数。夯点与第一遍呈梅花型布置。

7第三遍高真空排水。第二遍击密结束后,进行第三遍高真空施工。

8第三遍击密。在以上数遍高真空排水击密结束后,击密坑底以下的地基能得到有效加固,承载力预计可达到150kPa以上,坑底以上土相对较为松散,为进一步提高上部地基承载力和剐度。需要进行一遍低能量满夯。

施工动态监测:

高真空击密施工为信息化施工,根据中间监测结果调整下一道工序的施工参数。根据高真空击密信息化施工要求以及设计要求,监测的主要内容包括:沉降量监测、含水量监测、地下水位监测、真空度监测、静力触探试验等。

1地面沉降、夯坑沉降和坑边隆起监测。在各施工小区布置20m×20m的地面沉降测点方格网,测量处理前和每遍处理后的地面平均沉降情况。

在每遍击密试夯过程中,量测夯坑沉降及坑外0.5m、1.0m、1.5m处坑边隆起,以动态了解土体加固效果和夯实情况,及时调整击密工艺和参数。

2含水量。在施工过程中备阶段取样进行含水量测试,了解土体的加固效果。

3地下水位监测。击密试验前埋设地下水位管,在强夯试验期间。进行地下水位观测。每个施工小区设2组地下水位观测孔(孔深6m),开始每天观测2次,早晚各一次。

4真空度观测。施工过程中对真空泵真空度进行观测(对每台泵进行观测),根据现场情况进行不断调整真空系统,使整个系统保持最佳真空度。

5静力触探试验。静力触探试验按规范要求的频率,在处理前后在同一位置进行测试,静力触探试验孔深6~8m。