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摘 要：笔者介绍了真空排水在城市道路软基处理中的应用，并从加固区面积形状的设计、竖向排水系统设计、水平排水系统设计、抽真空设备设计几个方面介绍工程的设计。可供同类工程参考。
关键词：城市道路 软基处理 真空排水加固法 设计
中图分类号：U416 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2011)03(c)-0086-01
1 工程概况
某城市次干道全长6.8公里,建设工期一年,概算总投资1.32亿元。该项目按平原微丘区城市次干道标准设计,道路红线40米,断面为一块板形式,路宽23米,路面结构为沥青混凝土路面,桥梁荷载采用城—B级标准,计算行车速度50km/h。
经地质勘察,该工程在桩号K3+050-K3+110处存在较厚的淤泥质黏土层(约13m厚),而该桩号处正处于路基高填方路段,填筑高度在4.0m左右,设计边坡比为1∶1.5,考虑路基稳定性,设计要求在此处对天然地基进行加固处理,加固面积为60m×70m,处理方法为真空排水预压法。塑料排水板间距采用1.2m×1.2m,平均打设深度12m,横向排水采用中粗砂,厚度50cm。
2 加固设计
2.1 加固区面积、形状的设计
大量真空预压的工程实践可知,在同一场地,相同土质条件下,真空预压场地面积大小和形状对真空预压最终效果产生影响。虽然场地面积与形状对真空预压加固效果的影响已得到工程界的普遍认同,但到目前为止对此仍没有一个统一的认识,有一些专家对定义了几种真空预压加固地基场地的形状系数,进而研究场地面积与形状对真空预压加固效果的影响。
上海市《地基基础设计规范》提出的场地形状系数:
娄炎(1990)提出的场地形状系数:
式中:F 为加固区面积(m2);S为加固区的周长(m);n为加固区长宽比。
该城市次干道K3+050—K3+110段的加固范围为,沿公路轴线长度为70m,软基范围扩大10m;加固宽度为60m,软基范围扩大10m。按照公式2算得:
=(60×70)/(70/60)=3600m
2.2 竖向排水系统设计
该路竖向排水采用南京产SPB-1型排水板,结构尺寸为100mm×4mm,按正方向布置,间距为1.2m;打设深度平均深12mm,塑料排水板的测试结果见表1。
（1）等效排水直径。
对于带状塑料排水板,其等效排水直径(dw)采用考虑角边效应的修正计算方法,可用下式3计算:
Dw=2(w+h)/
式中:w为塑料排水板的宽度(mm);h为塑料排水板的厚度(mm)。
按公式3算得等效排水直径为:
Dw=66.2mm
（2）影响直径。
目前塑料排水板基本上按照等边三角形(梅花形)或正方形布置打设。
塑料排水板影响圆的直径D计算和砂井相同,当塑料排水板为正方形排列时:
式中:L为排水板间距(m)。
排水板间距为1.2m,算得工程中塑料排水板影响直径为:
de=1.357m
（3）塑料板的排水能力。
本工程塑料排水板的排水能力
qw=90cm3/s。
2.3 水平排水系统设计
2.3.1 砂垫层
砂垫层是水平排水和传递真空度的载体,故要求严格控制质量,并要求如下。
（1）砂垫层的砂料应选取中粗砂,含泥量要小于3%,排水效果好,其渗透数宜大于1×10-2cm/S。(2)铺设厚度大于500mm,铺设时要厚度均匀。(3)砂垫层在铺设时,应将其中混有的钢丝、玻璃、其它锋利物等清除净且砂要求无石砾。
在铺设砂垫层过程中,对高出砂垫层的塑料排水板应予剪断或埋入砂垫层中。铺设时要厚度均匀,把滤管盖住,将主管、滤管及竖向排水系统联结起来,形成一个通畅的排水排气通道。本工程设计考虑采用50cm厚的砂垫层。
2.3.2 主、滤管及其布置
主管和滤管基本采用PVC管,埋设于砂垫层200mm以下。PVC管一般直径76mm,管壁厚度3.5～4.0mm,要求能承受400kPa的压力。主管与滤管一般直径相同,便于连接。主管与滤管之间应用软胶管联接,可以使整个管路系统能较好地适应地面的不均匀沉降。主管上不开孔。滤管设置圆孔或狭长条形孔,滤管外包一层土工布,渗透系數k>5×10-3cm/s。
主管、滤管的布置方式可以有很多,一般根据真空泵数量、加固区形状及大小等工程实际情况。滤管孔眼的密度和主管、滤管的布置方式能够影响真空能量的分配,在抽真空的初期可以调控真空度的分布,但是渗透性好的砂垫层可以认为是自由排水的通道,所以随着时间进行,真空度基本分布均匀。故设计基本按照传统均匀布置,并尽量减少管路联接处以减少能量损失。
2.4 抽真空设备设计
抽真空设备是真空预压的动力的来源,真空预压所需抽真空设备的数量,按加固面积的大小和形状、土层结构特点,以一套设备可抽真空的面积1000～1500m2确定。实际工程中一般按此原则实施。
真空预压加固区是一个立体土层,无论从空间还是从能量角度看,抽真空设备的配置应该由加固地基土的体积来确定:
N=V/V’
其中:V为加固土体体积(耐),V=F×H;F为加固区面积(m2),H为插板处理地层的深度(m);N为真空射流泵数量;V’为单台真空泵加固土体体积(耐),可根据工程实践逐渐总结。
根据本工程加固的规模,设计采用四台射流真空泵,该泵山直径48射流箱和3BA-9型离心泵组成。每台泵的功率为7.5kW。
3 结语
真空排水预压法在该高速公路软基处理中的运用,保证了软基在加固过程中的稳定性,处理后的路基效果得到明显改善。此外,在施工时间上突出了快速高效,加快了后期路堤填筑施工速度,满足了合同工期。这些表明真空排水预压法在高速公路软基处理上有着更广泛的推广性。
参考文献
[1] 娄炎.真空排水预压法加固软图技术[M].北京:人民交通出版社,2004.
[2] 姜弘,沈水龙,蔡丰锡,等.塑料排水板处理的软土地基的分析[J].岩土力学,2006(9).
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
关键词：城市道路 软基处理 真空排水加固法 设计
中图分类号：U416 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2011)03(c)-0086-01
1 工程概况
某城市次干道全长6.8公里,建设工期一年,概算总投资1.32亿元。该项目按平原微丘区城市次干道标准设计,道路红线40米,断面为一块板形式,路宽23米,路面结构为沥青混凝土路面,桥梁荷载采用城—B级标准,计算行车速度50km/h。
经地质勘察,该工程在桩号K3+050-K3+110处存在较厚的淤泥质黏土层(约13m厚),而该桩号处正处于路基高填方路段,填筑高度在4.0m左右,设计边坡比为1∶1.5,考虑路基稳定性,设计要求在此处对天然地基进行加固处理,加固面积为60m×70m,处理方法为真空排水预压法。塑料排水板间距采用1.2m×1.2m,平均打设深度12m,横向排水采用中粗砂,厚度50cm。
2 加固设计
2.1 加固区面积、形状的设计
大量真空预压的工程实践可知,在同一场地,相同土质条件下,真空预压场地面积大小和形状对真空预压最终效果产生影响。虽然场地面积与形状对真空预压加固效果的影响已得到工程界的普遍认同,但到目前为止对此仍没有一个统一的认识,有一些专家对定义了几种真空预压加固地基场地的形状系数,进而研究场地面积与形状对真空预压加固效果的影响。
上海市《地基基础设计规范》提出的场地形状系数:
娄炎(1990)提出的场地形状系数:
式中:F 为加固区面积(m2);S为加固区的周长(m);n为加固区长宽比。
该城市次干道K3+050—K3+110段的加固范围为,沿公路轴线长度为70m,软基范围扩大10m;加固宽度为60m,软基范围扩大10m。按照公式2算得:
=(60×70)/(70/60)=3600m
2.2 竖向排水系统设计
该路竖向排水采用南京产SPB-1型排水板,结构尺寸为100mm×4mm,按正方向布置,间距为1.2m;打设深度平均深12mm,塑料排水板的测试结果见表1。
（1）等效排水直径。
对于带状塑料排水板,其等效排水直径(dw)采用考虑角边效应的修正计算方法,可用下式3计算:
Dw=2(w+h)/
式中:w为塑料排水板的宽度(mm);h为塑料排水板的厚度(mm)。
按公式3算得等效排水直径为:
Dw=66.2mm
（2）影响直径。
目前塑料排水板基本上按照等边三角形(梅花形)或正方形布置打设。
塑料排水板影响圆的直径D计算和砂井相同,当塑料排水板为正方形排列时:
式中:L为排水板间距(m)。
排水板间距为1.2m,算得工程中塑料排水板影响直径为:
de=1.357m
（3）塑料板的排水能力。
本工程塑料排水板的排水能力
qw=90cm3/s。
2.3 水平排水系统设计
2.3.1 砂垫层
砂垫层是水平排水和传递真空度的载体,故要求严格控制质量,并要求如下。
（1）砂垫层的砂料应选取中粗砂,含泥量要小于3%,排水效果好,其渗透数宜大于1×10-2cm/S。(2)铺设厚度大于500mm,铺设时要厚度均匀。(3)砂垫层在铺设时,应将其中混有的钢丝、玻璃、其它锋利物等清除净且砂要求无石砾。
在铺设砂垫层过程中,对高出砂垫层的塑料排水板应予剪断或埋入砂垫层中。铺设时要厚度均匀,把滤管盖住,将主管、滤管及竖向排水系统联结起来,形成一个通畅的排水排气通道。本工程设计考虑采用50cm厚的砂垫层。
2.3.2 主、滤管及其布置
主管和滤管基本采用PVC管,埋设于砂垫层200mm以下。PVC管一般直径76mm,管壁厚度3.5～4.0mm,要求能承受400kPa的压力。主管与滤管一般直径相同,便于连接。主管与滤管之间应用软胶管联接,可以使整个管路系统能较好地适应地面的不均匀沉降。主管上不开孔。滤管设置圆孔或狭长条形孔,滤管外包一层土工布,渗透系數k>5×10-3cm/s。
主管、滤管的布置方式可以有很多,一般根据真空泵数量、加固区形状及大小等工程实际情况。滤管孔眼的密度和主管、滤管的布置方式能够影响真空能量的分配,在抽真空的初期可以调控真空度的分布,但是渗透性好的砂垫层可以认为是自由排水的通道,所以随着时间进行,真空度基本分布均匀。故设计基本按照传统均匀布置,并尽量减少管路联接处以减少能量损失。
2.4 抽真空设备设计
抽真空设备是真空预压的动力的来源,真空预压所需抽真空设备的数量,按加固面积的大小和形状、土层结构特点,以一套设备可抽真空的面积1000～1500m2确定。实际工程中一般按此原则实施。
真空预压加固区是一个立体土层,无论从空间还是从能量角度看,抽真空设备的配置应该由加固地基土的体积来确定:
N=V/V’
其中:V为加固土体体积(耐),V=F×H;F为加固区面积(m2),H为插板处理地层的深度(m);N为真空射流泵数量;V’为单台真空泵加固土体体积(耐),可根据工程实践逐渐总结。
根据本工程加固的规模,设计采用四台射流真空泵,该泵山直径48射流箱和3BA-9型离心泵组成。每台泵的功率为7.5kW。
3 结语
真空排水预压法在该高速公路软基处理中的运用,保证了软基在加固过程中的稳定性,处理后的路基效果得到明显改善。此外,在施工时间上突出了快速高效,加快了后期路堤填筑施工速度,满足了合同工期。这些表明真空排水预压法在高速公路软基处理上有着更广泛的推广性。
参考文献
[1] 娄炎.真空排水预压法加固软图技术[M].北京:人民交通出版社,2004.
[2] 姜弘,沈水龙,蔡丰锡,等.塑料排水板处理的软土地基的分析[J].岩土力学,2006(9).
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文