新型防淤堵真空预压法室内与现场试验研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)温州大学 建筑与土木工程学院 作者:王 军

  针对目前直排式真空预压法的真空应力难以到达深部土体,排水板淤堵严重,加固效果欠佳,难以满足工程实际应用需要的问题,提出一种新型真空预压吹填土地基处理技术——新型防淤堵真空预压法,是对直排式真空预压法的技术改进和创新,该真空预压技术采用防淤堵排水板,其滤膜为无凹凸结构亲水性材料,滤膜与芯材轧在一起,提高排水效果;此外采用无孔真空管、密封接头直接与竖向防淤堵塑料排水板密闭连接,形成水平密闭排水系统,缩短真空传递路径,减少真空度的沿程损失,真空度直达土体深部,加快土体孔压的消散,防止淤堵,提高加固效果。通过不同排水板真空预压试验,以及室内模型试验和现场试验对直排式真空预压法与新型防淤堵真空预压法加固吹填淤泥地基加固效果进行对比研究,获得不同排水板的加固效果和新型真空预压防淤堵加固机制,并证明新型防淤堵真空预压法的有效性,为该技术的应用和发展提供理论依据。

  1、引言

  随着温州沿海产业带的建设,土地需求数量持续增加,通过人工吹填海涂淤泥进行围海造地是解决土地资源紧缺最为有效的方法。吹填土地基是典型的超软土地基,它具有超高含水率呈流动状、高压缩性、高孔隙比、结构性极差、强度和承载力极低等不利的工程特性,必须对其进行加固处理,才能满足相应的房屋建筑、道路交通及厂房用地等后续工程建设的需要。

  目前直排式真空预压法是加固吹填淤泥土的常用地基处理方法之一。直排式真空预压技术[7]是在传统真空预压技术基础上去除砂垫层,将塑料排水板直接与土面水平向透水波纹滤管进行包裹绑扎以构成横向排水系统,进而与真空泵连接进行真空预压。但是,由于直排式真空预压法存在真空能量利用效率低、大部分真空能量集中在土体表层、排水板内真空度随深度的增加大幅度下降、孔压的消散缓慢、排水板淤堵严重等缺点,影响了深层土体的加固效果,大型挖掘机无法进场,仍需铺设0.5~1.0 m 厚砂垫层,并易造成桩基础倾斜,后期建筑沉降较大,难以满足工程实际应用的需要。

  鉴于此,本文提出一种新型防淤堵真空预压吹填淤泥土地基处理方法,该方法采用无孔真空管、密封接头,直接将竖向防淤堵塑料排水板与无孔真空管密闭连接,是对直排式真空预压法的技术改进和创新,但作为一种新工艺,其加固机制和设计方法仍需大量研究。

  本次试验的目的是通过进行不同排水板真空预压试验和直排式真空预压与新型防淤堵真空预压加固吹填土地基室内和现场对比试验,对2 种方法的加固效果进行评价分析,揭示新型防淤堵真空预压加固机制。

  2、新型防淤堵真空预压法工作原理

  传统的塑料排水板具有凹凸结构,凹面不透水,凸面透水,凹面淤泥含水量无法降低,整个表面形成致密土砣,极易产生淤堵。传统排水板(见图1(a))芯板和滤膜分开,增大的传递路径。而本文所采用防淤堵排水板(见图1(b))滤膜与芯材轧在一起,提高真空度传递能力,提高排水板强度,防止滤膜破损。滤膜采用亲水性材料,容易降解,避免地基污染,无凹凸结构,可根据试验效果调节孔径,大大提高了透水性能,有效地防止淤堵。二者的主要性能指标分别如表1,2 所示。

新型防淤堵真空预压法室内与现场试验研究

图1 排水板

新型防淤堵真空预压法室内与现场试验研究

图2 真空预压法示意图

  真空预压法示意图如图2 所示,直排式真空预压法(见图2(a))先在土面铺设一道土工编织布,再竖直插设塑料排水板,并将塑料排水板与透水波纹滤管相连以构成横向排水体系,然后在横向排水体系表面铺设一道土工布,接着铺设2 层塑料薄膜密封,将排水主管出膜接头绑扎严密,最后将横向排水体系的排水主管连接到真空射流泵。而新型防淤堵真空预压法(见图2(b))有所改进,主要体现在横向排水体系上,它是通过采用无孔真空管、密封接头,直接将竖向防淤堵塑料排水板与无孔真空管密闭连接,形成横向密闭排水系统。真空度直接传递至排水板内部,缩短真空度传递路径,减少沿程真空度损耗,使真空度直接传递到深层土体内部,提高真空压力的利用效率,加快土体孔压的消散。其中防淤堵排水板既可以减少土颗粒流失,又可以保持良好的渗透能力,不至于在不均匀收缩应力作用下产生在排水板周围较为严重的细小颗粒聚集的现象,并加快土体固结,从而提高土体加固效果,相应缩短施工工期,2 种工艺真空应力传递如图3 所示。

新型防淤堵真空预压法室内与现场试验研究

图3 2 种工艺真空应力传递示意图

  7、结论

  通过本文设计的不同孔径排水板真空预压试验以及直排式和连通式真空预压对比试验,探究分析了吹填土地基连通式真空预压加固机制,得出以下结论:

  (1) 新型防淤堵真空预压地基处理方法采用无孔真空管、密封接头直接与新型防淤堵塑料排水板密闭连接,形成水平密闭排水系统,实行密闭直抽,缩短真空传递路径,减少了真空度的沿程损失,加快土体孔压的消散,防止淤堵,在处理温州地区新近吹填淤泥土是可行的。

  (2) 通过普通板和不同滤膜孔径防淤堵板新型防淤堵真空预压试验的对比,说明采用120 μm 滤膜孔径排水板适合于温州地区吹填滩涂淤泥,渗透能力良好且土颗粒流失较少,真空度沿程损失更少,更有利于土体孔压的消散,排水更为畅通,排水板防淤堵能力更强。

  (3) 新型防淤堵真空预压能够加速土体固结沉降,其加固后土体平均总沉降量比直排式真空预压增加了近50%;并且该方法能够更有效地降低深层土体的孔隙水压力,避免淤堵现象,使深层土体孔压消散完全,大幅度提高了被加固地基的有效应力。

  (4) 针对高含水率的吹填土地基采用新型防淤堵真空预压进行加固,能更大程度降低土体的含水率以及可获得更高的十字板剪切强度和地基承载力,尤其对于处理深层土体,其加固优势比直排式真空预压更为明显。该方法可以大幅缩短施工工期和节约工程造价,在软土地基处理工程实践中具有重大实用价值和良好的社会应用前景。

  (5) 通过现场试验表明与直排式相比,采用该方法大大降低含水率,提高地基承载力,满足大型机械无砂、石垫层进场的要求。

  本文虽然通过室内与现场试验验证了新型防淤堵排水预压法加固吹填淤泥的良好效果,然而吹填淤泥淤堵问题极其复杂,本文只是初步探讨了新型排水板滤膜孔径的影响,进一步揭示其淤堵机制还需要通过微观试验,结合黏土矿物学等进行研究。此外,本文以系列试验为基础对新型防淤堵真空预压法的加固机制进行了初步分析,而相关的理论研究还需进一步探讨。

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