真空預(yù)壓加固橋頭軟基的施工方法及應(yīng)用

陳小勇 洪桂堂

在沿海和內(nèi)陸地區(qū)廣泛分布著海相沉積、湖相沉積和河相沉積的軟弱粘土層。這種土的特點(diǎn)是含水量高，壓縮性大，強(qiáng)度低，透水性差。由于其壓縮性高，透水性差，在上部荷載作用下會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的沉降和沉降差，而且沉降過程延續(xù)的時(shí)間可能很長(zhǎng)，有可能影響路基的正常使用。另外，由于其強(qiáng)度低，地基承載力和穩(wěn)定性往往不夠，不能滿足工程要求。因此，這種地基通常需要采取加固處理措施，真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法就是處理軟粘土地基的有效方法之一。下面就筆者所在的浙江省某市一級(jí)公路部分橋頭軟土路基采取真空預(yù)壓的施工方法及成果作簡(jiǎn)要介紹。

1 工程概況

本工程位于浙江省某市境內(nèi)的一級(jí)公路，根據(jù)設(shè)計(jì)要求橋頭進(jìn)行塑料排水板結(jié)合真空堆載預(yù)壓法。

2 真空預(yù)壓原理

真空預(yù)壓法是在需要加固的軟土地基內(nèi)設(shè)置垂直排水通道(如塑料排水板)，然后在地面鋪設(shè)水平排水層(如砂礫墊層)，再用不透氣的封閉膜使其與大氣隔絕，利用薄膜密封技術(shù)，通過水平排水層內(nèi)埋設(shè)的管道用真空裝置抽氣，因而在膜內(nèi)外形成大氣壓差，地基在等向氣壓差作用下進(jìn)行排水固結(jié)。堆載可以使土體中的孔隙水加速排出，降低土中孔隙水壓力，增加有效應(yīng)力，加快土體固結(jié)。同時(shí)，由抽真空引起的負(fù)超靜孔隙水壓力和堆載引起的超靜孔隙水壓力可以形成部分抵消，使土體在快速堆載時(shí)不致產(chǎn)生過高的超靜水壓力，保證了路堤施工時(shí)的穩(wěn)定。

3 工程地質(zhì)條件

所處理的路段軟基深厚，而且軟土層含水量很大，滲透性能差，壓縮性高，承載力低。本工程地質(zhì)勘察報(bào)告，主要土層分布自上而下為:①亞粘土:灰黃色，軟～硬塑狀，埋深在0.3m～0.5m。②淤泥亞粘土:深灰色，飽和，軟塑，含少量粉細(xì)砂及碳化物，局部為粘土，含水量為41.0%，孔隙比e0=1.405，層厚約14.5m～18.0m。③粘土:灰黃色，軟～硬塑狀，埋深在 18.0m～36.0m處，含水量為 35%～40%。從以上地質(zhì)資料看，主要處理土層不存在透水層，適合做真空預(yù)壓。

4 施工方法及過程

真空預(yù)壓按如下工序進(jìn)行:施工準(zhǔn)備→清表后鋪設(shè)下層30 cm砂礫墊層→打設(shè)塑料排水板→主、支管定位和安裝→鋪設(shè)上層 20 cm砂礫墊層→鋪設(shè)第一層土工布，其上再鋪設(shè)兩層土工膜→開挖回填密封溝→抽氣管道和真空泵連接→預(yù)抽真空15 d→填 20 cm砂墊層→填筑第一級(jí)堆載→進(jìn)行真空預(yù)壓→真空預(yù)壓 15 d～30 d→進(jìn)行第二級(jí)堆載至路槽(有等超載繼續(xù)堆載)→路基穩(wěn)定后→真空預(yù)壓卸荷驗(yàn)收。

4.1 主、支濾器定位和安裝

根據(jù)設(shè)計(jì)圖并結(jié)合本工程施工特點(diǎn)，在保證真空度達(dá)到設(shè)計(jì)要求的條件下，施工時(shí)將主管布置形式在設(shè)計(jì)圖的基礎(chǔ)上做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。濾管間距 4.0m。主管與濾管之間采用變徑三通;濾管與濾管、主管之間多采用軟接頭。該種布置形式能保證整個(gè)加固區(qū)內(nèi)真空度均勻一致，而且個(gè)別泵停機(jī)檢修，對(duì)真空度幾乎無影響。

主管為89mm PVC管，支濾管為50mm PVC管，全部吸水管均需埋入砂礫墊層中，并通過出膜口及吸水管與真空泵連接。對(duì)應(yīng)每臺(tái)真空泵布設(shè) 1個(gè)真空側(cè)頭。

4.2 鋪設(shè)土工布及密封膜

采用專用密封膜和復(fù)合土工布。土工膜設(shè)計(jì)指標(biāo)如下:圓球頂破強(qiáng)度不小于500N，縱橫向抗拉強(qiáng)度不小于1 000 N/5 cm，單位克重不小于400g/m2，縱橫向梯形撕裂不小于140 N，滲透系數(shù)不大于5.0E-11 cm/s。復(fù)合土工布要求:圓球頂破強(qiáng)度不小于2 500N，縱橫向抗拉強(qiáng)度不小于2 500 N/5 cm，單位克重不小于500 g/m2，縱橫向梯形撕裂不小于 1 500 N。

先鋪一層土工布，用手提縫紉機(jī)縫接，兩邊預(yù)留一定的長(zhǎng)度。再用人工將兩層密封膜分層鋪放覆蓋整個(gè)真空預(yù)壓區(qū)。注意在加固區(qū)四周，密封膜應(yīng)留有足夠的超寬余量。

在鋪密封膜前，要認(rèn)真清理平整砂礫墊層，填平打塑排板時(shí)留下的孔洞，應(yīng)將露出的排水板頭埋入砂墊層中。第一層膜鋪好后要認(rèn)真檢查及時(shí)補(bǔ)洞，再鋪設(shè)第二層密封膜。

4.3 開挖、回填密封溝

密封溝布置在施工區(qū)四周。密封溝施工采用人工結(jié)合機(jī)械開挖，開挖深度大于1.5m，并要進(jìn)入淤泥層，在鋪設(shè)密封膜后，密封溝須用粘土回填密實(shí)。

4.4 抽氣管道和真空泵連接

本加固區(qū)面積約 2 000m2，布置 3臺(tái)真空泵(2臺(tái)工作、1臺(tái)備用)。真空主管通過出膜器及吸水膠管與真空泵連接。

4.5 抽真空及真空維持

當(dāng)上述工作完成后，即可開始抽真空，射流真空泵、真空管和出膜口的連接必須嚴(yán)格密封。在抽真空過程中，特別是初期，應(yīng)采取連續(xù)補(bǔ)水措施，保持水箱滿、溫度正常;每天要做好真空度的記錄。

4.6 鋪第二層土工布

進(jìn)入正常的真空預(yù)壓期，即可在密封膜上鋪設(shè)第二層無紡?fù)凉げ?，鋪設(shè)時(shí)要注意清除表面密封膜上的因施工或人為原因產(chǎn)生的尖銳物體，同時(shí)查看是否有破洞，在填土施工前放置表面沉降板。

4.7 路基填筑施工

在真空預(yù)壓加固區(qū)膜下真空度達(dá)到85 kPa以上，15 d后可進(jìn)行路基填筑施工。填筑前人工在土工布上填筑 0.2m厚細(xì)砂和0.3m厚粘土，以確保真空膜不被破壞而引起真空度損失。

4.8 真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓

由于真空預(yù)壓產(chǎn)生負(fù)壓，使土體產(chǎn)生向內(nèi)性縮變形，可以抵消因堆載引起的向外擠出變形，地基不會(huì)因填土速率快而出現(xiàn)不穩(wěn)定問題。因此堆載速度可以不受限制。該橋頭路基于 2005年6月 15日開始填土，2005年 11月 20日即填筑到位，而如果沒有采取真空預(yù)壓措施，根據(jù)規(guī)范路基日沉降量不得超過 1 cm，則至少要 7個(gè)～8個(gè)月方可填筑到位。

4.9 真空預(yù)壓卸荷驗(yàn)收

自開始二級(jí)堆載 3.5個(gè)月后，路基沉降速率逐漸降低，當(dāng)沉降速率小于2mm/d(每隔7 d測(cè)一次，連續(xù)三次均達(dá)到該指標(biāo))時(shí)，即可認(rèn)為路基已處于較穩(wěn)定狀態(tài)，可以停止抽真空。

5 施工成果及意義

1)由于真空預(yù)壓產(chǎn)生負(fù)壓，使土體產(chǎn)生向內(nèi)性縮變形，可以抵消因堆載引起的向外擠出變形，地基不會(huì)因填土速率快而出現(xiàn)不穩(wěn)定問題，因此堆載速度可以不受限制。2)真空預(yù)壓根據(jù)設(shè)計(jì)要求，其膜內(nèi)負(fù)壓為85 kPa以上，這相當(dāng)于填土高度4m多對(duì)路基基底產(chǎn)生的壓力，再加上路堤設(shè)計(jì)部分高度(一般為3m～4m)的本身壓力，相當(dāng)于在軟基上直接作用 7m～8 m高的填土，其沉降速率必定會(huì)大為增加，地基強(qiáng)度可較快得到增大。卸荷后相當(dāng)于突然減少 4m多的填土，基底出現(xiàn)了反彈現(xiàn)象，日后車輛及路面荷載一般都不會(huì)超過 4m多的填土荷載，工后沉降也將會(huì)得到保證。比如該加固區(qū) 2005年4月15日～12月20日抽真空期間，我們利用沉降標(biāo)觀測(cè)，下沉量為 0.883m，至 2008年 8月份該橋頭通車兩年半無“跳車”現(xiàn)象。3)從經(jīng)濟(jì)因素考慮，真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓每平方米約需費(fèi)用 120元，而采用粉噴樁 +超載預(yù)壓每平方米約需費(fèi)用 200元，顯然真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓費(fèi)用相對(duì)較便宜，且資源(水泥、電)節(jié)約很多，達(dá)到經(jīng)濟(jì)環(huán)保，因此真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓以較少的投入取得了豐厚的成果。

6 結(jié)語

1)在解決軟土層較厚的地區(qū)，尤其是解決路基不均勻沉降與穩(wěn)定、橋頭跳車等質(zhì)量通病，真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法值得推廣和借鑒。

2)采用真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓加固高等級(jí)公路軟基，具有施工方便、排水固結(jié)快、路基填筑速度快、工期短、工后沉降小的優(yōu)點(diǎn)，且經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保十分明顯。

[1] 婁 炎.真空排水預(yù)壓法加固軟土技術(shù)[M].北京:人民交通出版社，2002.

[2] 尹 泉，彭振斌.真空預(yù)壓法在某軟基處理中的應(yīng)用[J].山西建筑，2010，36(11):95-96.