真空預壓法處理軟基的施工流程與控制要點

陳楊 楊帥東 程興

隨著我國國民經濟的高速發展,公路、鐵路、市政等基礎設施建設也得到飛速發展。在這種未處理的地基上修建各種基礎設施主要存在以下問題：1)軟土路基的沉降和差異沉降過大的問題,嚴重影響基礎設施的正常使用;2)在路基填筑過程中出現的穩定問題。為了解決這些問題,建設者們嘗試和使用了多種軟基處理方法。20世紀50年代初,瑞典皇家地質學院杰爾曼教授提出了真空預壓法,并先后在許多工程中進行了應用。我國研究人員和學者在80年代初解決了密封閉氣技術,并在天津港的軟基處理中首次加以應用[1]。為了使真空預壓施工單位能夠正確熟練的掌握真空預壓這門新的加固軟土技術,本文對施工工藝、施工中出現的問題進行總結,為真空預壓現場施工提供參考。

1 真空預壓施工流程

真空預壓加固軟基施工中,一般工序主要包括：場地交接及清理、鋪設粗砂墊層、打設塑料排水板、鋪設中粗砂層、埋設主管和濾管、鋪設一層土工布、鋪設兩層密封膜、密封溝開挖、抽真空設備安裝、抽真空等工序,一般為了滿足設計要求和保證加固效果,加固面積即砂墊層鋪設范圍略大于設計加固面積。

2 真空預壓施工要點

2.1 場地交接及清理

2.1.1 場地交接

場地交接應包括場地長度交接、寬度交接以及高程交接。真空預壓施工單位可根據施工需要提出增加臨時用地計劃,并對增加用地部分進行測量,繪制用地平面圖及用地劃界表,送交有關單位辦理拆遷及臨時占用土地手續。加固場地范圍內的有房屋、道路、河溝、通訊、電力設施、上下水道、墳墓及其他建筑物,協助有關部門事先拆遷或改造;對于路基附近的危險建筑應予以適當加固;對文物古跡應妥善保護。

2.1.2 清表

加固場地基底是指基礎填料與原地面的接觸部分。為使兩者結合緊密,避免基礎沿基底發生滑動,防止因草皮、樹根腐爛而引起基礎沉陷,需視基底的土質、水文、坡度和植被等情況及填方高度采取相應的處理措施,具體包括伐樹除根、耕田和水田的處理等措施：1)加固場地范圍內的樹木、灌木叢等均應在施工前砍伐或移植清理,砍伐的樹木應移置于路基用地之外,進行妥善處理。2)在含有地表水、淤泥、雜草、垃圾和腐殖土等的原地面應進行排除清理,清理深度應根據上述雜土厚度決定,清出的土應集中堆放。在清表過程中,要特別注意對于暗塘的處理,須將暗塘淤泥清除干凈,直至露出新土為止。

2.1.3 場地回填

加固場地經過清表后,應回填一部分土,減小上填土料的用量,降低工程造價。路基填料原則上應具有良好的級配和一定的粘結能力,易于壓實穩定;具有基本上不受水浸軟化和凍害影響等性質。對于透水性良好的石塊、砂(礫)石土、粗砂、中砂和濕度未超過所設計規定極限值的亞砂土、輕亞黏土和黏土等,均可作為填料用于加固場地加固前填筑。

2.1.4 場地平整

一般根據主管與濾管的布置來決定,與水平排水的方向相關,一般預先找平的填土厚度大約有30 cm～50 cm,形成1%～2%的路拱,便于排水。在路基施工場地兩側挖利于排水的排水溝,排水溝有一定縱向的排水坡度,水排向就近的河流或水溝處。

2.1.5 場地壓實

壓實的目的在于使路基表層土粒重新組合,彼此擠緊,孔隙減小,土的單位體積重量提高,形成密實整體,從而提高強度和穩定性,一般要求壓實度要達到85%以上。根據土的含水量及土質條件選擇壓實機具類型和選定壓實遍數,壓實操作先輕后重,先慢后快,先邊緣后中間,先低后高,相鄰輪跡應重疊輪寬的 2/3,對于壓不到的邊角,應輔以人力或者小型機具夯實。

2.2 水平向排水系統施工

2.2.1 砂墊層鋪設

砂墊層一般分兩次鋪設,在打設排水板之前鋪設粗砂墊層,除起排水作用外,還有增加地基承載力的作用,確保插板機能夠正常作業;在打設排水板之后,再鋪設中粗砂層,厚度以保證覆蓋排水管道10 cm以上為宜。

在場地清表、平整完成以后根據加固場地范圍定位放樣,按照真空預壓施工設計要求先鋪墊砂墊層的一部分粗砂層,可采用鵝卵石或者碎石作墊層材料,一般要求粒徑不大于5 cm,含泥量不大于3%,滲透系數在10-3cm/s～10-2cm/s之間;排水板打設完成后,再鋪設砂墊層的另一部分中粗砂層,要求與第一部分砂墊層要求基本相同,但要求粒徑小于粗砂層,以不戳破土工布為宜。

2.2.2 排水管道布置

排水管道埋設在砂墊層中,分為主管和濾管。在真空預壓施工中使用的主管和濾管大部分為PVC材料。濾管上分布均勻布置的孔洞,外用無紡土工布制成布套包裹。主管和濾管可根據加固場地情況在廠家進行加工,一般現場使用主管直徑為82 mm,濾管直徑為55 mm,長度均為5.5 m。

主管和濾管之間采用變徑三通、四通連接,同管徑的對接采用鋼絲吸水膠管連接,并通過出膜器及吸水管與真空泵連接。各排水管道互相連通,組成一個循環系統,使排水和真空度傳遞能夠在整個水平管道中形成循環,最大程度上節約能源。每個出水主管對應一臺真空泵,增強抽真空效果。

2.3 垂直排水系統施工

真空預壓中的垂直排水系統主要是指現在施工中常用的塑料排水板,在軟基加固過程中它起到豎向排水和傳遞真空度的作用,一般厚度在4 mm左右,寬度在10 cm左右,根據1996年4月由交通部頒布的《塑料排水板施工規程》與《塑料排水板質量檢驗標準》作為現場施工指導標準。排水板布置分為梅花形和正方形兩種布置形式,一般說來,梅花形布置單根排水板影響范圍較大,排列比較緊湊有效,故在實際工程中常被采用[3]。在排水板打設施工前,用石灰或其他材料標識塑料排水板孔位,方便插板機施工。真空預壓塑料排水板打設施工隱蔽性強,且主要靠人力去監督,這就不可避免地造成了工程質量問題。根據對塑料排水板的打設質量有關調查統計,排水板孔位偏差達15%,排水板回帶長度約占排水板總打設長度的20%及排水板的平面偏差等均與規范要求有較大出入[4]。

2.4 土工布和密封膜鋪設

土工布的主要作用是防止砂墊層中的尖銳顆粒刺破真空密封膜,一般在施工中主要使用針刺無紡布,水平排水管道在砂墊層中布置完成以后,將砂覆蓋在管道上以后再鋪設一層,質量標準在250 g/m2～300 g/m2即可。真空預壓中密封是成功與否的關鍵。密封膜是真空預壓加固中關鍵因素之一,密封膜要求使用密封性好,抗老化能力強,韌性好,抗穿刺能力強的專用土工膜,材料參數符合材料檢測要求[5]：厚度不小于0.14 mm;抗拉強度不小于100 N/cm;伸長率不小于 240%;滲透系數不大于 10-10cm/s。現場使用密封膜一般由廠家根據加固場地范圍預先加工,到現場后可立即覆蓋在場地上。

2.5 密封溝開挖

真空預壓密封方式有兩種,一種是密封溝,另一種是長距離平鋪密封膜。后者造成材料浪費,而且密封效果不好,僅在密封溝開挖難度較大時采用。一般絕大部分工程均采用開挖密封溝方法。一般密封溝示意圖如圖1所示。

密封溝開挖深度根據表層土性質決定。當粘粒含量較高、滲透系數較小時,可開挖淺一點,反之要開挖至粘粒含量較高土層。密封溝一般采用機械開挖,人工配合將膜邊垂直插入軟土中,開挖深度要在1.5 m以上,寬度以機械斗寬1 m即可,密封溝內必須用黏土或淤泥等粘粒含量大的土進行回填,用機械斗夯實。

2.6 抽真空過程中維護和管理

2.6.1 抽真空設備調試和密封檢查

真空泵及抽真空設備與每個出水主管連接,一般為了方便管理,將所有設備放在場地一側,但有時也可以兩側布置,這樣可以減小能源的損耗以及真空度沿程損失,由施工現場指揮人員根據場地實際情況靈活安排。當抽真空設備、真空泵與出膜裝置安裝成抽真空系統以后,即可開泵試抽真空,一般在開泵3 d～4 d內即可達到80 kPa以上并處于穩定狀態。

2.6.2 加固場地外深層密封

當加固場地表面密封膜檢查完好后真空度仍然沒有達到設計要求時,要檢查一下加固土層中是否存在粉砂層等透水層。若存在,應對該層進行密封處理。一般采用鋼板樁法和水泥攪拌樁法等,具體處理方法由施工單位進行性價比分析。抽真空一段時間后,由于真空預壓的球壓力導致加固區內的土體向加固區中間壓縮,在加固場地周邊地表會產生若干裂縫。若不及時密封,會發展成為漏氣通道,致使真空度降低,因此有必要采用措施加以密封。一般采用膨脹土漿或黏土漿灌入裂縫中,以達到密封的效果。

2.7 卸載標準

卸載標準一般由沉降控制。最新的真空預壓卸載標準為[6]：當連續5晝夜實測地面沉降值小于0.5 mm/d,地基固結度達到設計值的80%時,經驗收,即可終止抽真空。而按照以前使用的JTJ 250-98港口工程地基規范第7.4.6條規定[7]：真空預壓的沉降穩定標準為：實測地面沉降速率連續5 d～10 d平均沉降量不大于2 mm/d。顯然,真空預壓的卸載標準更加嚴格,工后沉降也會更小,這樣更能保證工程的質量,體現真空預壓加固軟基的效果。

3 結語

我國沿海和內陸沿江、沿河及沿湖地區大量分布著軟弱黏土層,真空預壓應用的前景非常廣泛。筆者針對真空預壓現場施工中的一些施工要點和出現的問題進行總結,為真空預壓施工單位現場施工時提供一些參考。

[1]李洪安,馬海春,唐彤芝.真空預壓處理軟基技術及其發展[J].山西建筑,2008,34(16)：124-126.

[2]婁 炎.真空排水預壓法加固軟土技術[M].北京：人民交通出版社,2002.

[3]錢家歡,殷宗澤.土工原理與計算[M].北京：中國水利水電出版社,1996.

[4]許建瑞,劉 俊.塑料排水板處理軟基的研究現狀[J].科技情報開發與經濟,2001,11(1)：59-61.

[5]GB-T 17688-1999,土工合成材料聚氯乙烯土工膜[S].

[6]JTG F10-2006,公路路基施工技術規范[S].

[7]JTJ 250-98,港口工程地基規范[S].