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第二节 预压法施工及施工机械

一、加载预压法施工及施工机械

(—)水平排水垫层施工

水平排水砂垫层施工目前有四种方法:

(1)当地基表层有一定厚度的硬壳层,其承载力较好,能上一般运输机械时,一般采用机械分堆摊铺法,即先堆成若干砂堆,然后用机械或人工摊平。

(2)当硬壳层承载力不足时,一般采用顺序推进摊铺法。

(3)当软土地基表面很软,如新沉积或新吹填不久的超软地基,首先要改善地基表面的持力条件,使其能上施工人员和轻型运输工具。

(4)尽管对超软地基表面采取了加强措施,但持力条件仍然很差,一般轻型机械上不去,在这种情况下,通常采用人工或轻便机械顺序推进铺设。

(二)竖向排水体施工

1.砂井施工

砂井施工一般先在地基中成孔,再在孔内灌砂形成砂井。砂井的灌砂量,应按井孔的体积和砂在中密时的干密度计算,其实际灌砂量不得小于计算值的 95 %。灌入砂袋的砂宜用干砂,并应灌制密实,砂袋放入孔内至少应高出孔口200mm,以便埋入砂垫层中。

砂井成孔施工方法有振动沉管法、射水法、螺旋钻成孔法和爆破法四种。

(1)振动沉管法,是以振动锤为动力,将套管沉到预定深度,灌砂后振动、提管形成砂井。采用该法施工不仅避免了管内砂随管带上,保证砂井的连续性,同时砂受到振密,砂井质量较好。

(2)射水法,是指利用高压水通过射水管形成高速水流的冲击和环刀的机械切削,使土体破坏,并形成一定直径和深度的砂井孔,然后灌砂而成砂井。

射水成孔工艺,对土质较好且均匀的粘性土地基是较适用的;但对土质很软的淤泥,因成孔和灌砂过程中容易缩孔,很难保证砂井的直径和连续性;对夹有粉砂薄层的软土地基,若压力控制不严,易在冲水成孔时出现串孔,对地基扰动较大。

射水法成井的设备比较简单,对土的扰动较小,但在泥浆排放、塌孔、缩颈、串孔、灌砂等方面都还存在一定的问题。

(3)螺旋钻成孔法,是用动力螺旋钻钻孔,属于干钻法施工,提钻后孔内灌砂成形。此法适用于陆上工程、砂井长度在10m以内,土质较好,不会出现缩颈和塌孔现象的软弱地基。此法在美国应用较广泛,该工艺所用设备简单而机动,成孔比较规整,但灌砂质量较难掌握,对很软弱的地基也不太适用。

图2-2-1 砂井可能产生的质量事故

a )理想的砂井形状;( b )缩颈;( c )断颈;( d )错位

(4)爆破法,是先用直径 73mm的螺纹钻钻成一个砂井所要求设计深度的孔,在孔中放置由传爆线和炸药组成的条形药包,爆破后将孔扩大,然后往孔内灌砂形成砂井。这种方法施工简易,不需要复杂的机具,适用于深度为 6~7m的浅砂井。

以上各种成孔方法,必须保证砂井的施工质量,以防缩颈、断颈或错位现象,如图 2-2-1 所示。

2.袋装砂井施工

袋装砂井是在普通砂井的基础上于20世纪60年代末期发展起来的一项新技术。根据太沙基的一维固结理论,粘性土固结所需的时间与排水距离的平方成正比。因此,要缩短粘性土的固结时间,设法缩短排水距离是最有效的办法。因而把袋装砂井埋设在软土地基中,人为地造成土固结的排水通道,使孔隙水压力得以较快地消散,从而达到缩短软土地基的固结时间,加速沉降,提高地基土强度的目的。

袋装砂井是用具有一定伸缩性和抗拉强度很高的聚丙烯或聚乙烯编织袋装满砂子,它基本上解决了大直径砂井中所存在的问题,使砂井的设计和施工更加科学化,保证了砂井的连续性;打设设备实现了轻型化,比较适应在软弱地基上施工;用砂量大为减少;施工速度加快,工程造价降低,是一种比较理想的竖向排水体。

砂袋中的砂用洁净的中砂,砂袋的直径、长度和间距,应根据工程对固结时间的要求、工程地质情况等通过固结理论计算确定。袋装砂井常用的直径为70mm。其长度主要取决于软土层的排水固结效果,而排水固结效果与固结压力的大小成正比。由于在地基中固结应力随着深度而逐渐减小,所以,袋装砂井有一个最佳有效长度,砂井不一定打穿整个压缩层。然而当软土层不太厚或软土层下面又有砂层,且施工机具又具备深层打入能力时,则砂井尽可能地打穿软土层,这对排水固结有利。

至于袋装砂井的间距,固结理论计算表明,缩短间距比增大井径对加速固结更为有效,即细而密的方案比粗而疏的方案效果好。当然砂井亦不能过细、过密,否则难以施工,也会扰动周围的土体。当袋装砂井的直径为70mm时,井径比为 15~25 ,效果都是比较理想的。

袋装砂井的施工过程如图2-2-2所示。首先用振动贯入法、锤击打入法或静力压入法将成孔用的无缝钢管作为套管埋入土层,到达规定标高后放入砂袋,然后拔出套管,再于地表面铺设排水砂层即可。用振动打桩机成孔时,一个长20m的孔约需20~30s,完成一个袋装砂井的全套工序,亦只需6~8min,施工十分简便。

图2-2-2 袋装砂井的施工过程

a )打入成孔套管;( b )套管到达规定标高;( c )放下砂袋;( d )拔套管;( e )袋装砂井施工完毕

由于袋装砂井断面小,重量轻,减轻了施工设备重量,简化了施工,提高了打设效率。因此可根据现场地质情况和施工条件,选用适当的成孔工具或机械设备,也可选用灌注桩的成孔机具。我国交通部第二航务局研制的EH·Z-8型袋装砂井打设机,一次能打设二根砂井,其主要机械性能如表 2-2-4 所示。

表2-2-4 EH·Z-8 型袋装砂井打设机的主要技术性能

注:需铺设 50cm厚砂垫层。

袋装砂井成孔的方法有锤击打入法、水冲法、静力压入法、钻孔法和振动贯入法五种。

3.塑料排水带施工

塑料排水带的滤膜应有良好的透水性,塑料排水带应具有足够的湿润抗拉强度和抗弯曲能力。

(1)插带机械:用于插设塑料排水带的机械,种类很多。有专门机械,也有用挖掘机、起重机、打桩机及袋装砂井打设机械改装的。有轨道式、轮胎式、链条式、履带式和步履式等多种形式。

(2)塑料排水带管靴与桩尖:一般打设塑料带的导管靴有圆形和矩形两种。由于导管靴断面不同,所用桩尖各异,并且一般都与导管分离。桩尖主要作用是在打设塑料带过程中防止淤泥进入导管内,并且对塑料带起锚定作用,防止提管时将塑料带拔出。

①圆形桩尖应配圆形管靴,一般为混凝土制品,如图 2-2-3 所示。

图2-2-3 混凝土圆形桩尖

1—塑料带固定架;2—混凝土圆柱尖

图2-2-4 倒梯形桩尖

1—塑料带;2—塑料带固定架

图2-2-5 楔形固定桩尖

1—塑料带;2—塑料楔

②倒梯形绑扎连接桩尖,此桩尖配矩形管靴,一般为塑料制品,薄金属板也可,如图 2-2-4 所示。

③倒梯形楔挤压连接桩尖。该桩尖固定塑料带比较简单,一般为塑料制品,也可用薄金属板,如图 2-2-5所示。

(3)塑料排水带打设顺序。塑料排水带打设顺序包括:定位;将塑料带通过导管从管靴穿出;将塑料带与桩尖连接贴紧管靴并对准桩位;插入塑料带;拔管剪断塑料带等。

二、真空预压法施工及施工机械

(一)排水通道施工

首先在软基表面铺设砂垫层和在土体中埋设袋装砂井或塑料排水带,其施工工艺参见加载预压法施工。

(二)膜下管道施工

真空滤水管一般设在排水砂垫中,其上宜有厚100~200mm砂覆盖层。滤水管可采用钢管或塑料管,滤水管在预压过程中应能适应地基的变形。滤水管外宜围绕铅丝、外包尼龙纱或土工织物等滤水材料。水平向分布滤水管可采用条状、梳齿状或羽毛状等形式,如图 2-2-6 和图 2-2-7 所示。

图2-2-6 真空滤管条形排列

1—真空压力分布管;2—集水管;3—出膜口

图2-2-7 真空滤管鱼刺形排列

1—真空压力分布管;2—集水管;3—出膜口

(三)密封膜施工

密封膜的施工是真空预压法加固地基成败的关键之一。

1.密封膜材料

密封膜应采用抗老化性能好、韧性好、抗穿刺能力强的不透气材料,如线性聚乙烯等专用薄膜。

2.密封膜热合

密封膜热合时宜采用两条热合缝的平搭接,搭接长度应大于15mm。在热合时,应根据密封膜材料、厚度,选择合适的热温度、刀的压力和热合时间,使热合缝粘结牢而不熔。

3.密封膜铺设

由于密封膜系大面积施工,有可能出现局部热合不好、搭接不够等问题,影响膜的密封性。为确保在真空预压全过程的密封性,密封膜宜铺设3层,覆盖膜周边可采用挖沟折铺、平铺并用粘土压边,围埝沟内覆水以及膜上全面覆水等方法进行密封。当处理区内有充足水源补给的透水层时,尽管在膜周边采取了上述措施,但在加固区内仍存在不密封因素,应采用封闭式板桩墙、封闭式板桩墙加沟内覆水或其他密封措施隔断透水层。

(四)抽气设备及管路连接

1.射流真空泵

真空预压的抽气设备宜采用射流真空泵。在应用射流真空泵时,要随时注意泵的运转情况及其真空效率。一般情况下主要检查离心泵射水量是否充足。真空泵的设置应根据预压面积大小、真空泵效率以及工程经验确定,但每块预压区内至少应设置两台真空泵。

2.管路连接

真空管路的连接点应严格进行密封,以保证密封膜的气密性。由于射流真空泵的结构特点,射流真空泵经管路进入密封膜内,形成连接密封,但系敞开系统,真空泵工作时,膜内真空度很高,一旦由于某种原因,射流泵全部停止工作,膜内真空度随之全部卸除,这将直接影响地基加固效果,并延长预压时间。为避免膜内真空度在停泵后很快降低,在真空管路中应设置止回阀和截门。 0hDOCUfImr6nk9oFkGL4s6nnuLWmzwyF+FD8dhHXvAoCifohrIM4ZI8+J9bZJoYy

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