气压劈裂真空预压法设计与施工方案汇报

无锡市交通工程有限公司东南大学交通学院气压劈裂真空预压法加固深厚软土地基推广应用段设计与施工方案汇报2013年6月4日汇报内容1、工程概况2、工程地质条件3、劈裂真空法简介4、劈裂真空法设计5、劈裂真空法施工1、工程概况本项目位于苏北平原中部的盐城市阜宁县及建湖县境内，路线全长36.204km。实现阜宁县高速公路从无到有的突破。1、工程概况东益互通气压劈裂真空预压段位于阜宁二标东益互通：CK0+939-CK1+1901、工程概况气压劈裂真空预压法FN-2标施工图设计会议纪要及落实情况1、工程概况东益互通被泽沟戛粮河汇报内容1、工程概况2、工程地质条件3、劈裂真空法简介4、劈裂真空法设计5、劈裂真空法施工东益互通:软土连续分布，土性为淤泥、淤泥质粉质粘土（粉土），局部地段夹粉土薄层，具高孔隙比，高压缩性。有机质含量一般为0.97%～4.84%，平均值2.62%；一般层顶埋深0.0～3.8m，一般层厚1.7～5.6m，层厚最深达19.8m；层位天然含水量ω（%）孔隙比e液性指数（IL）压缩系数a1-2(Mpa-1)压缩模量ES(Mpa)锥尖阻力qc(Mpa)侧壁摩阻力fs(kPa)含水比1-236.6～85.21.033～2.4520.92～1.310.480～2.2101.44～4.320.14～0.773.5～16.21.00～1.342工程地质条件2工程地质条件352146CK0+970CK1+030CK1+070CK1+050CK0+000BK+040路基中心线阜宁建湖N2工程地质条件024681012222018161412108642002468深度(m)锥尖阻力qt(MPa)050100150侧壁摩阻力fs(kPa)0200400600孔隙水压力u2(kPa)02468摩阻比Rf(%)土分类灵敏性细粒土有机质、泥炭粘土粉质粘土-粘土粘质粉土-粉质粘土砂质粉土-粘质粉土粉砂-砂质粉土砂土-粉砂砂土砾石-砂土非常坚硬细粒土砂土-粘质砂土2工程地质条件1-1c层粉土：灰黄色，很湿，稍密状态，上部为耕植土，近连续分布，厚度1.4~1.9m。1-2层淤泥、淤泥质粉质粘土：灰褐色，流塑，高孔隙比，高压缩性，含少量腐殖质，局部夹粉土薄层；一般层顶埋深1.1~5.2m，层厚8.9～33.4m。1-2a层粘土：灰黄色，可塑，高孔隙比，高压缩性，含有机质，局部夹粉砂薄层；夹于1-2层之间。2-1a层粉质粘土：灰黄色，可塑，中等压缩性，局部夹粉砂薄层，局部地段揭示。2-1c层粉土：黄色，湿，中密~密实状态，干强度低，局部夹粉砂薄层，局部夹粉质粘土，连续分布，局部双层分布。2工程地质条件CPTU孔号测点深度（m）t50（min）固结系数(10-3cm2/s)CPTU25.0860.1512.081.6315.0200.65CPTU45.0630.2112.015.70.83CPTU56.0750.1714.0370.3521.00.621.692工程地质条件CPTU孔号测点深度（m）t50（min）渗透系数(10-7cm/s)CPTU25.0860.0112.080.0315.0200.01CPTU45.0630.0112.015.70.02CPTU56.0750.0114.0370.0121.00.60.27汇报内容1、工程概况2、工程地质条件3、劈裂真空法简介4、劈裂真空法设计5、劈裂真空法施工真空预压法加固软土的加固效果主要取决于膜下真空度和竖向排水体中负压的分布规律。受井阻影响，竖向排水体内的负压沿深度会有一定程度的衰减。出处排水体间距(m)膜下真空度(kPa)测量深度（m）深部真空度（kPa）沿程损失率(kPa/m)测量位置陈环80.010.060.02.0砂井沈珠江（1986）1.380.010.027.05.3砂井张泽鹏（2002）1.280.010.016.06.4砂井彭劼（2002）1.278.025.015.02.5砂井娄炎（2003）1.280.09.050.03.3砂井张泽鹏（2002）1.280.010.058.02.2排水板邱青长（2007）1.280.04.032.012.0排水板明经平（2009）1.285.05.047.67.5排水板孙立强（2010）1.080.020.020.03.0排水板朱群峰（2010）1.080.07.465.22.0排水板3、劈裂真空法简介3、劈裂真空法简介竖向排水体内的负压沿深度的衰减，导致真空预压加固深度较小，深部加固效果变差。如何提高深部土体的加固效果成为扩大真空预压法应用范围的核心问题之一。出处加固深度描述李小和(2002)22m处沉降为零，17m以下的沉降几乎无变化，13.7m处的磁环沉降增加亦很慢。施卫东（2003）浅层加固效果较好，但深层效果不明显，在7.0m以上土的抗剪强度提高较大魏波（2003）10m范围内的加固效果很明显，超过10m的效果不明显，18m以下土层无加固效果朱建才（2004）2-14m的淤泥层压缩量最大，约占总沉降量的70%周波（2008）沉降主要发生在地面以下0～8m的范围内《真空预压加固软土地基技术规程》（JTS147-2-2009）指出真空预压加固地基固结度需达到80%。大量的工程为了满足上述要求，抽真空时间较长。孙立强，闫澍旺（2010）加固吹填土地基时抽真空时间长达275天。金小荣等（2007）采用真空预压法加固软基长达7个多月。董志良（2006）采取真空预压法加固潮间带软土地基历史180天刘汉龙（2006）杭-金-衢高速公路真空预压法加固软土历时8个多月。2003年淮盐高速公路采用软基处理时抽真空时间长达200天以上推广真空预压法另一个核心问题是缩短固结时间，提高地基固结度，减小工后沉降。3、劈裂真空法简介针对真空预压法的上述局限性，刘松玉等提出了气压劈裂联合真空预压法加固深厚软土地基的新技术(简称劈裂真空法)导气塑料排水板高压气源喷气主管控制阀压力表密封膜抽真空主管抽真空装置高压喷气管裂隙密封沟导气塑料排水板高压气源喷气主管控制阀压力表密封膜抽真空主管抽真空装置高压喷气管裂隙密封沟3、劈裂真空法简介在常规真空预压法的基础上增加气压劈裂系统。当高压气体压力超过某一临界值以后，土体发生劈裂，土体中产生大量裂隙，裂隙与预先打设的塑料排水板组成有效的排水导气网络。一方面可以提高真空荷载向深层土体的传递效率，有效克服真空荷载随深度快速衰减的局限性；另一方面可提高深部土体的渗透性、加速深部超静孔压的消散，加快土体固结，以缩短预压时间和有效控制工后沉降。3、劈裂真空法简介汇报内容1、工程概况2、工程地质条件3、劈裂真空法简介4、劈裂真空法设计5、劈裂真空法施工22设计原则与适用条件1设计流程及内容2设计计算34、劈裂真空法设计23设计原则与适用条件设计原则对高速公路等，工程实践中对变形的要求不断提高，工程实践提出了以沉降为控制目标的设计新原则。以工后沉降为控制目标的设计原则已经隐含了稳定性的要求（赵维炳，2004)。适用条件劈裂真空法主要适用于淤泥、淤泥质土等软土地基，对于软土厚度或埋设大于10m时其加固优势会更为明显。24呈正方形，预压荷载80kPa.排水系统设计密封系统设计抽真空系统设计设计流程及内容注气管深度设计10m以下开始设置，垂直距离取2~4m注气管布置形式间距根据单点喷气试验确定，可取4.8m输气管路形式支管和主管，分区喷气喷气方式分区喷气，以10~30分钟为宜，间隙性气压劈裂系统设计真空预压系统设计加固范围与预压荷载收集资料强度增长计算假定预压时间假定排水板布置方式、间距和深度设计荷载下的总沉降整体稳定性验算计算固结度不满足确定加固范围和深度满足验算工期和工后沉降确定排水板布置方式、间距和深度详细设计文件不满足假定喷气管间距、深度、喷气压力软土厚度或埋深大于10m小于10m设计流程25设计计算喷气压力确定—土体中的气压劈裂机理气压劈裂技术参数设计tfP233Ccos2/)sin1)(3(23fP（张拉机理）（剪切机理）劈裂影响范围—土体中的裂隙扩展模型3121ln12bgrrQpppgasnngasnnn)(2120nnnRrrrgradavggasleakrrIpKQnw22422243264ln161681088256ln232128RDkrDkRrrkpkrkpkpRDrrrkkpDrbwwdwddwd2201Rrb裂隙渗透性计算—立方定律vfghkff12226固结度计算κΓVFθΓVEΦVwσΦV11)()()(,tZuκΓVFθΓVEVΦ11)()(tuuuuuUt00沉降计算最终沉降imiiiisheeeS10101U1SS工后工后沉降Hr裂隙rersrw砂井涂抹区土层1土层2……土层l土层l+1……土层m-1土层mz1z2zl设计计算设计计算劈裂真空法计算程序施工立面示意图塑料排水板、注气管相对位置平面布置图注气管布置示意图塑料排水板、注气管相对位置平面布置图(局部)0.60.36CK0+810.0CK0+849.0注气管深度：14m注气管深度：20md=4.8d=4.8d=4.8d=4.8d=4.8d=4.8注气管深度：16md=4.8d=4.8注气管深度：18md=1.2d=1.2PVD布置示意图真空度测头平面布置示意图注气系统平面布置图注气系统与注气管对应关系平面布置图注气系统与注气管对应关系平面布置图注气系统平面布置图抽真空系统平面布置图序单位指标备注1g/m2240参考指标经向kN/m≥50规格指标，必须满足纬向kN/m≥50必须满足3%≤25必须满足4kN≥0.41必须满足5kN≥4.0必须满足6mm0.07~0.57cm/s10-1~10-4项目单位面积质量CBR顶破强力等效孔径O902断裂强力断裂伸长率撕破强力垂直渗透系数随机抽样，每5000m2一个，每供货批抽样不少于1个。砂垫层上铺设无纺布技术要求密封沟断面图沉降标平面布置示意图沉降标示意图（1）间歇性喷气对真空荷载和最终加固效果之影响方法：依据孔压消散速率进行喷气间隙的动态优化（2）气压劈裂裂隙增加现场宏观渗透系数的验证方法：现场施工过程中CPTU孔压消散测试补充研究重点：汇报内容1、工程概况2、工程地质条件3、劈裂真空法简介4、劈裂真空法设计5、劈裂真空法施工3.气压劈裂真空预压法现场试验1.平整场地2.地质补勘3.铺设砂垫层4.打设塑料排水板5.打设喷气管6.埋设监测仪器7.铺设喷抽真空管路系统8.铺设喷气管路系统9.喷气管路系统试喷10.开挖密封沟铺设密封膜11.安装出膜装置12.回填密封沟13.真空泵、空气压缩机等安装调试14.试喷气、试抽真空15.布设沉降标16.气压劈裂与抽真空17.施工结束施工工艺3.气压劈裂真空预压法现场试验5.打设塑料排水板、喷气管施工工艺——3.气压劈裂真空预压法现场试验5.打设塑料排水板、喷气管施工工艺——3.气压劈裂真空预压法现场试验5.打设塑料排水板、喷气管施工工艺——3.气压劈裂真空预压法现场试验施工工艺——7.铺设喷气管路和抽真空管路3.气压劈裂真空预压法现场试验施工工艺——7.铺设喷气管路和抽真空管路3.气压劈裂真空预压法现场试验施工工艺——7.铺设喷气管路和抽真空管路3.气压劈裂真空预压法现场试验3.气压劈裂真空预压法现场试验施工工艺——10.开挖密封沟铺设密封膜3.气压劈裂真空预压法现场试验施工工艺——路基填土3.气压劈裂真空预压法现场试验施工工艺——路基填土3.气压劈裂真空预压法现场试验施工工艺——路基填土3.气压劈裂真空预压法现场试验施工工艺——路基填土3.气压劈裂真空预压法现场试验施工工艺——路基填土上旬中旬下旬上旬中旬