真空堆載預(yù)壓加固軟基法在公路建設(shè)中的應(yīng)用

◎ 浙江省臺州公路管理處 金國福 浙江省仙居縣交通局 許建新

1、工程概況

某高速公路互通C匝道DK0+312—DK0+500段路基軟土深厚，采用真空堆載聯(lián)合預(yù)壓地基處理，處理寬度約20m。地層分布情況如下：①素填土，雜色，主要由塊石、碎石、砂等組成，厚0.6m左右。②粘土，灰黃色，可塑—硬塑狀態(tài)，厚2.0m左右。③淤泥，青灰色，飽和，流塑狀，含水量69.0%，孔隙比eo=1.993，壓縮模量Es=1.40MPa，夾少量貝殼，厚22.4m左右，為主要壓縮層。④卵石、礫石，灰—灰黃色，稍密—中密狀，粘性土含量小于20%，厚度為3m，埋深在24.4～27.6，為天然的排水層，塑料排水板應(yīng)避免進(jìn)入此層。⑤淤泥質(zhì)粘土，深灰色，飽和，軟塑，局部為粘土，厚度為5m。⑥卵石，稍密—中密狀，粘性土含量小于20%，埋深在32.8～35.3，為天然的排水層。

2、真空堆載預(yù)壓法工藝流程

真空堆載預(yù)壓法是一項(xiàng)比較新的加固軟土技術(shù)，既能加固超軟土地基，又能較高地提高地基承載力。其施工工藝比成熟的堆載預(yù)壓法要復(fù)雜，其工藝流程為：

(1)先鋪設(shè)50cm厚砂墊層，并打設(shè)塑料排水板；

(2)在砂墊層中埋設(shè)濾管；

(3)回填10cm厚細(xì)砂墊層；

(4)在加固區(qū)邊緣挖溝；

(5)鋪設(shè)復(fù)合土工布和密封膜、填溝、安裝并聯(lián)接抽氣管道和射流泵；

(6)檢驗(yàn)土工膜密封情況；

(7)土工膜上鋪設(shè)15～20cm厚細(xì)砂層，以保護(hù)密封膜；

(8)開始抽氣，密切注意膜下真空度的變化，發(fā)現(xiàn)漏氣，及時處理，當(dāng)膜下真空度達(dá)到設(shè)計值后，連續(xù)抽氣15天左右，同時進(jìn)行上部堆載填筑。

3、關(guān)鍵工序施工質(zhì)量控制

3.1 砂墊層的鋪設(shè)

砂墊層的作用是在真空及堆載預(yù)壓過程中，使土體通過豎向排水體進(jìn)入墊層的滲流水迅速地排出，使土層的固結(jié)能正常進(jìn)行，防止土顆粒堵塞排水系統(tǒng)，同時也起向豎向排水體傳遞真空度的作用。因而墊層的質(zhì)量將直接關(guān)系到加固效果和預(yù)壓時間的長短。

3.1.1 墊層材料

墊層材料應(yīng)采用透水性好的砂料(中粗砂)，采用50cm以上厚的砂礫墊層，并在其上鋪設(shè)10cm細(xì)砂。砂礫墊層滲透系數(shù)大于10-2cm/s，干密度應(yīng)大于1.59/cm3，含泥量不大于3%。

3.1.2 墊層尺寸

墊層厚度為≥50cm，平面尺寸為加固區(qū)周圍向外各延伸1m，以保證滲出的水能夠沿砂墊層排出。砂料不足時，可用砂溝代替砂墊層；砂溝的寬度為2～3倍砂井直徑，一般深度為40～60cm。

3.1.3 水平排水墊層施工

施工時避免對軟土表層的過大擾動，以免造成砂和淤泥混合，影響墊層的排水效果。

鋪設(shè)砂墊層前，應(yīng)清除干凈砂井頂面的淤泥或其他雜物，以利于砂井排水；由于地表較軟弱，運(yùn)輸車輛宜用輕型車輛，且盡量減少對地基的擾動；最好將砂堆于處理地段以外，然后用小型運(yùn)輸工具運(yùn)入施工地段；攤鋪?zhàn)龅骄鶆颉⑵秸纬呻p向橫坡；同時注意避免泥土、雜物混入砂層；壓實(shí)應(yīng)用靜壓式壓路機(jī)進(jìn)行，不得振碾。

3.2 垂向塑料排水板施工

豎向排水體在真空一堆載聯(lián)合預(yù)壓法中非常重要，它起到傳遞真空度和排水通道的作用。豎向排水體常用的有砂井、袋裝砂井、塑料排水板三種，本工程采用的是塑料排水板。

塑料排水板的打設(shè)工藝順序包括：

(1)將塑料帶通過導(dǎo)管從管靴穿出；將塑料帶與樁尖連接貼緊管靴并對準(zhǔn)樁位；

(2)靜壓沉入導(dǎo)管達(dá)設(shè)計深度；

(3)拔管，塑料排水板與軟土粘接錨固留在軟基內(nèi)；

(4)在砂墊層中預(yù)留30cm，剪斷塑料排水板；

(5)將塑料排水板與樁尖再連接，移位重新打設(shè)。

3.3 真空預(yù)壓施工工藝

3.3.1 主、濾管及其布置

埋于砂墊層中的管道分主管和濾管兩種，其作用是傳遞真空壓力和將從土中己排至砂墊層中的水，通過這兩種管道輸送到膜外抽真空裝置的水箱內(nèi)。它們的區(qū)別在于主管上沒有孔洞和反濾材料的包裹；而濾管上分布有均勻間距的孔洞，并在管子外面包裹反濾作用的材料。主管和濾管布置的好壞直接影響到抽真空的效率和地基加固效果，布置中應(yīng)考慮加固區(qū)的形狀和大小，特別是主管、濾管的排列和布置形狀，阻力的存在會消耗“真空度”。

主管和濾管的管材可以是自來水管或PVC管，目前使用較多的為后者，PVC材料在水中不會銹蝕，重量輕，價格便宜，容易清洗，可重復(fù)使用，外包無紡布后不會粘連。

主、濾管的平面布置一般采用條形或魚刺形排列，本工程中的主、濾管布置形式為雙排魚刺形。各管之間的連接采用橡膠軟管軟連接，以適應(yīng)場地的不均勻沉降。濾水管布置最好能形成回路，濾水管埋設(shè)在水平排水砂墊層的中部，其上有0.15～0.20m砂覆蓋層，防止濾水管上尖利物體刺破密封膜。

3.3.2 抽真空設(shè)備的施工

抽真空設(shè)備的好壞直接決定真空預(yù)壓的成敗和效果，通常采用射流真空泵，因其真空度高、設(shè)備輕便、易于操作。空抽時必須達(dá)到95kPa以上的真空吸力，本工程達(dá)到98kPa。采用功率為8.0kw的射流泵，每臺加固面積控制在8000m2。

抽真空設(shè)備主要包括出膜裝置和真空射流泵。

出膜裝置是指膜下的主管與膜外的抽真空裝置相聯(lián)接的一種裝置。該裝置使整個膜內(nèi)、膜外抽真空系統(tǒng)形成一個有機(jī)的整體，使管路系統(tǒng)連續(xù)、通暢，同時又使薄膜不漏氣。該裝置是在主管的出口部位聯(lián)接一個帶有法蘭盤的彎曲鋼管，該法蘭盤上焊有4個固定的螺桿，實(shí)施時先在膜內(nèi)法蘭盤上放置一個密封橡膠墊圈，將密封膜穿過固定的螺桿置于法蘭盤上，再將膜外的墊圈和有4孔的膜外法蘭盤置于膜上，將彎管與法蘭盤聯(lián)接，就形成了出膜裝置，再通過鋼絲螺紋橡膠軟管就把抽真空裝置和膜下的管路系統(tǒng)聯(lián)系起來，形成一個抽氣系統(tǒng)。

真空射流泵包括離心泵、射流噴嘴和循環(huán)水箱。其工作原理是:現(xiàn)將水箱裝滿水，開動離心泵，則水箱中的水通過軟管被泵打入噴嘴，這時水的壓力、流速都很大，在噴射水流的帶動下，在噴嘴周圍的真空吸管內(nèi)形成負(fù)壓區(qū)，在橡膠管內(nèi)的氣體隨之被射流吸走，形成一定的真空，而此真空會逐步延伸到加固區(qū)內(nèi)。

3.4 路堤碾壓和填筑

由于試驗(yàn)段穿越平原稻田區(qū)，土源較缺，因此只能開采路線附近的山地作為填料。路堤的壓實(shí)視材料及粒徑而確定，最大粒徑不大于12cm。在攤鋪過程中注意粒度的均勻性，避免集中出現(xiàn)粗塊區(qū)和細(xì)塊區(qū)，影響路基的密度和強(qiáng)度。

路堤填筑壓實(shí)的具體做法是，對于最大粒徑不超過4cm或大于4cm的含量不超過30%的碎石土，其壓實(shí)度采用重型擊實(shí)試驗(yàn)法求得的最大干密度的壓實(shí)度，填方路基路槽底面以下0～80cm≥95%，80～150cm范圍內(nèi)≥93%，150cm以下≥90%。對于粒徑大于4cm的含量在30%以上的碎石土，采用固體體積率控制壓實(shí)密度，填方路基0～80cm范圍內(nèi)填料的固體體積率≥83%，80cm以下≥80%。

在真空預(yù)壓加固膜下真空度達(dá)80kPa以上的條件下持續(xù)15d，可開始填筑路基。第一層土必須經(jīng)過嚴(yán)格篩選，不能有堅硬礫石，以防戳破真空膜，填土厚度≥0.5m，土層上部機(jī)械行走應(yīng)盡量保持直進(jìn)直退，嚴(yán)禁做大角度拐彎。從填第2層開始，采用“薄層輪加法”施工，第2層厚度為0.3m，填土速率控制在10cm/d左右。若在雨季施工，可在砂墊層頂面以上2m厚度內(nèi)路堤采用填砂，邊坡采用包邊土。在路堤填筑時，相鄰填方作業(yè)若非同時填筑，則先填地段按1：1坡度分層留好臺階；若同時填筑，則應(yīng)分層相互交迭銜接，搭接長度須≥2m。真空預(yù)壓期，側(cè)向位移指向路基中心，孔壓持續(xù)下降，不存在失穩(wěn)問題，對沉降不做嚴(yán)格限制；填土后，為了控制好路基填土速率，了解和驗(yàn)證地基加固程度和處理效果，設(shè)置主監(jiān)控斷面和副監(jiān)控斷面。觀測穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)可按中心沉降〈2cm/d、側(cè)向位移〈0.5cm/d、孔壓系數(shù)(B=du/dp)〈0.6來控制。

4、結(jié)束語

抽真空僅3d，膜下平均真空度己達(dá)80kPa左右，抽真空總歷時達(dá)120d，膜下平均真空度均保持在85kPa以上，外加0.5～1.0m的覆水，即真空加覆水荷重平均達(dá)90KPa。抽真空結(jié)束后，排干膜上覆水，鋪設(shè)土工布和褥墊層、過渡層，并開始正常的路基填筑。填筑歷時近135d，實(shí)際填高達(dá)6.lm(設(shè)計填高為4.7m，填筑速率為每月1m)。觀測結(jié)果顯示，真空一堆載聯(lián)合預(yù)壓法的加固效果是很顯著的，在真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓期間，觀測斷面中心及邊緣處的沉降分別為142.0cm、98.1cm、103.3cm，均達(dá)到了設(shè)計要求。工程取得了良好的社會經(jīng)濟(jì)效益。