采用加壓真空預壓技術加固深厚軟土地基施工工藝

唐 紅，余 江，劉 輝

(中鐵六局集團有限公司，北京 100036)

真空預壓固結法是處理軟土地基的有效方法之一，通常是在需要加固的軟土層內，設置砂井或塑料排水板等豎向排水系統，然后在地面鋪設砂墊層橫向排水層，再在砂墊層頂部覆蓋一層不透氣的密封薄膜，使之與大氣隔絕，通過埋設于砂層中的吸水管道，用真空裝置進行抽氣，將膜內空氣排出，在膜的內外產生一個氣壓差-μs，這部分氣壓差即成為作用于地基上的荷載，軟土層隨著等向應力 -μs的增加而固結［1］。對于飽和土的滲流固結來說，是土中孔隙水壓力消散、逐漸轉移為有效應力的過程，孔隙水壓消散越快，土體固結越快［2］。采用常規真空預壓固結法處理軟土地基，由于抽真空系統的開放性和氣壓在土體中傳遞的減弱，造成孔隙水后期滲流速度慢，土體固結時間較長，不能滿足當前鐵路工程建設工期的需要。在廣珠鐵路珠海西站軟基處理的實踐中，通過采用手型接頭將抽真空系統連接成一個封閉系統，并增加一套加壓系統，加快了土體排水固結速度，縮短了土體固結時間，取得了良好的社會和經濟效益。

1 加壓真空預壓法的原理

1.1 加壓真空預壓系統的組成

加壓真空預壓系統主要由抽真空系統和加壓系統組成。抽真空系統由豎向塑料排水板、手型接頭、橫向排水通道、密封體系和抽真空設備組成。加壓系統由加壓管、橫向管網和空壓機組成(見圖1)。

1.2 加壓真空預壓法的原理

圖1 加壓真空預壓系統示意

根據固結理論，黏性土固結所需時間與排水距離的平方成正比，土層越厚，固結延續的時間越長［2］。加壓真空預壓法依據這一理論，一方面，充分利用傳統真空預壓技術，在地基土內部均布多個塑料排水板，增加土層的排水途徑，縮短排水距離，通過抽真空形成的負壓加快排水固結速度，另一方面，在塑料排水板間的土體中均勻插打加壓管，通過對塑料排水板間土體進行加壓，使土體中水分子在正壓作用下向塑料排水板流動，從而達到加快孔隙水滲流速度和土體固結速度的目的。

2 加壓真空預壓主要工藝

2.1 工藝流程

場地平整→塑料排水板施工→加壓管施工→手型接頭、真空排水管網連接→加壓管網連接→密封墻施工→鋪設密封膜→抽真空→抽至真空度≥80 kPa→真空恒載→(滿足開始加壓條件后)加壓系統加壓0～4 kN壓力，使真空度由80 kPa降至40 kPa→停止加壓，使真空度由40 kPa升至80 kPa，并繼續抽水→繼續加壓、抽真空，使真空度往復增減，并繼續抽水→滿足加固要求后停泵終止抽水→施工完成。

2.2 加壓管施工方法

2.2.1 加壓管結構

加壓管分為透氣段和不透氣段兩部分。不透氣段設在臨近地面一端，可采用PVC管或塑料管。透氣段設在遠離地面一端，由若干節依次相連的透氣軟管組成。透氣軟管內設有螺旋形彈性支撐架，每節透氣軟管之間采用螺紋接頭連接。透氣段的設置長度可根據加固深度確定。不透氣段一般設為2 m。設置不透氣段的目的是防止加壓施工過程中加壓管臨近地表層部分漏氣。

2.2.2 加壓管布設

加壓管布置在塑料排水板組成的平面幾何圖形中心(如圖2所示)，其長度以短于塑料排水板長度0.5～1.0 m為宜。

圖2 加壓管布置示意

2.2.3 加壓管施工方法

加壓管的插打施工采用特制設備進行。該設備插打加壓管的基本原理是利用高速高壓水流在地基土體中沖孔，然后利用設備的導向裝置將加壓管插打入地基土體中。由于高壓水沖擊成孔所形成的孔洞較加壓管管體大，為保證在加壓施工過程中高壓空氣通過空壓機和加壓管直接進入地基土中發揮加壓作用，而不會通過加壓管四周的孔洞漏氣，在將加壓管插入地下后，將加壓管周邊的孔洞用土回填，防止孔洞漏氣。

2.3 抽真空施工方法

1)安裝好真空泵系統(將水泵、水箱、閘閥、截止閥、出膜口連接好)，接通電源，空載調試真空射流泵，當真空射流泵上真空度達到80 kPa時，試抽真空。

2)為防止真空預壓對加固區周圍土體造成瞬間破壞，在開始階段，必須嚴格控制抽真空速率，可先開啟半數真空泵，然后逐漸增加真空泵工作臺數。當真空度達到60 kPa，經檢查無漏氣現象后，開足所有泵，將膜下真空度提高到80 kPa，并保持恒載抽真空。

3)隨著抽真空的進行，地基將發生連續變形，需派人24 h進行觀察，對真空度表、沉降、真空泵的變化做好記錄。當發現漏氣、泵損壞等問題時，要及時維修，以保證真空泵、密封系統正常工作。

2.4 加壓施工方法

當土體固結度達到一定程度后，開始進行加壓施工。首先利用空壓機及加壓管網系統向有一定固結度的土體中打氣加壓，加速土體中孔隙水進入塑料排水板。此時，隨著打氣加壓作業的進行，膜下真空度將會降低，待膜下真空度降低至40 kPa后，停止打氣加壓作業。同時，在真空泵抽真空的作用下，膜下真空度又會逐漸由40 kPa增加到80 kPa。如此重復，直到預壓結束。在打氣加壓過程中，真空泵不停止工作(見圖3)。

圖3 加壓真空預壓工作運行示意

3 討論

1)采用手型接頭將塑料排水板與橫向排水通道連接起來，組成一個密閉的真空排水系統，代替常規真空預壓采用的開放式真空排水系統，既保證了真空排水系統的暢通，又能使真空直達塑料排水板內部，有利于將軟基土體中孔隙水快速排出。

2)通過增加一套加壓系統，對塑料排水板間土體進行加壓，使土體中孔隙水在正壓力作用下定向流動，加快了孔隙水的滲流速度和土體的固結速度。

3)研制了一套加壓管插管裝置，解決了加壓管插打困難、不易密封的施工難題，并申請了國家專利(專利受理號:201010273719.4及201020519383.0)。

4 結語

廣珠鐵路珠海西站地處圍海造塘而成的海塘中，表層為第四系人工填土、海相沉積的淤泥、淤泥質粉質黏土、粉質黏土等。軟土厚度近50 m。其中，流塑狀淤泥層厚為15～18 m，具有含水量高、孔隙比大、壓縮性高、承載力低、觸變性等特點。珠海西站采用加壓真空預壓技術輔以堆載預壓進行施工，歷時半年，成功完成了對廣珠鐵路珠海西站軟土地基的加固處理，解決了海相沉積深厚軟土地區鐵路站場工后沉降要求高、工期緊的難題，收到了顯著的社會和經濟效益。

［1］李彰明.軟土地基加固的理論、設計與施工(第一版)［M］.北京:中國電力出版社，2006:324-329.

［2］陳希哲.土力學地基基礎(第二版)［M］.北京:清華大學出版社，1989:82-83.

［3］馮守中.公路軟基處理新技術(第一版)［M］.北京:人民交通出版社，2008:143-146.