淺議真空聯合堆載預壓法在珠三角沿海地區道路工程軟基處理中的應用

【摘 要】 改革開放以來，道路工程建設蓬勃發展，由原來的低起點發展到現在的高起點、高標準，因而對道路建設的要求也越來越高，在珠江三角沿海地區，對軟土地基的處理就擺在重要的位置。地基處理方法是否選擇適當對工程的質量、工期、維修保養及經濟效益均有很重大的影響。

【關鍵詞】 真空聯合堆載預壓 軟基處理 設計方案 原理 施工工藝

前言

珠三角地區以往最常采用的是堆載預壓法，經過多年的試驗研究和工程實踐，是行之有效的軟基加固方法。但由于軟粘土的抗剪強度低，限制了加載速度，以免發生側向擠出變形甚至發生地基土破壞，危及路基穩定。同時，工程中為了減少工后沉降，以滿足規范要求往往采用超載預壓或增加預壓時間的方法，這樣一方面增加了成本，另一方面又影響了工程進度，如果工期要求緊，該軟基加固方法已顯力不從心了。真空預壓法的誕生正好解決了該問題，而且隨著該技術的推廣應用它將在我省珠三角地區道路建設中發揮重要作用。本文分析了珠三角某沿海地區道路工程地質概況，探討了真空聯合堆載預壓法在珠三角地區道路工程建設中的應用，對該工程處理過程出現的各種情況及處理效果進行了詳細論證，得出了具體的結論，積累了市政工程路基處理經驗。

1 工程地質概況

本工程所處地域為珠江三角洲沖積平原地區，一面臨海，三面被水道包圍。道路工程路線長度約4.9km，其中約1.7km長路段為舊路擴建段，道路的左半幅為現有道路，路幅寬度為10m，右幅為新建。其中約360m長路段道路中央綠化帶有一條110kV的高壓輸電走廊（電塔間距150m～200m不等）。

工程表層主要為新填筑土，層厚變化較大，介于2m～18m之間，沿線的主要為海陸交互相沉積層軟土，即淤泥及淤泥質粘土，其中淤泥埋藏較淺、厚度較大，其層頂埋深為1.50～12.80m，揭露厚度2.10～23.20m；同樣，淤泥質粘土在場地內分布也較普遍，埋藏較深、厚度較大，其層頂埋深為18.10～29.70m，揭露厚度最小2.5m，最大15m以上，部分淤泥層及淤泥質土層直接相連，部分層間夾一層粗砂或粉質粘土，夾層厚度一般1m～3m。軟土的主要特征是天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、強度低和滲透系數小。由于該軟土工程性質差，易引起路面、路基沉降變形，應進行地基處理。

2 真空聯合堆載預壓設計方案及原理

2.1 設計原理

真空聯合堆載預壓原理是在需要加固的軟土地基內設置砂井或塑料排水板等豎向排水通道，然后在地面上鋪設砂礫墊層作為水平排水層，并在其上覆蓋不透氣的土工密封膜與大氣隔絕。通過埋設于砂礫墊層中的吸水通道，用真空裝置進行抽氣，將密封膜內空氣排出，使膜內外產生一個氣壓差，這部分氣壓差即相當于填筑在地基上一定高度的路堤荷載。隨著膜內空氣的不斷排出，氣壓差逐漸增大，地基中的水、氣不斷排出而發生固結。真空預壓結合路基堆載處理軟土地基，在堆載過程中，地基土也會產生側向擠出變形，但由于有真空荷載作用，真空產生的側向收縮變形與堆載產生的側向擠出變形相抵消，另一方面，真空荷載作用下地基土已發生固結，強度有所增長，從而可以使堆載速度很快且不發生失穩破壞。

2.2 設計參數及要求

工程對道路右幅新建段路基采用真空聯合堆載預壓，要求工期8個月，同時滿足路基工后沉降在30cm以內，差異沉降宜在4‰左右。地基采用打設塑料排水板處理方式，塑料排水按等邊三角形布置，間距1.1m～1.2m不等，排水板應穿透軟土層并進入砂層至少50cm。

2.3 真空泵預壓的設計計算

沉降計算采用e—p曲線分層總和法，地基固結計算采用井阻和涂抹作用的砂井（塑料排水板）固結理論，密封膜膜下真空度要求達到-80kPa。同時通過埋設儀器儀表對真空預壓的每個施工階段進行必要的觀測分折，以觀測數據來指導施工。

3 真空聯合堆載預壓的施工工藝

真空聯合堆載預壓的施工工藝主要包括以下部分：

（1）設置排水通道

首先在需加固的軟基表面鋪設砂墊層0.8m高，再在土體中打設袋裝砂井或塑料排水板，按等邊三角形布置，間距1.3m～1.5m左右，深度需要根據計算確定，一般為10～20m分別作為橫向及豎向排水通道。所用之砂料應采用滲水率較高的潔凈中粗砂，含泥量不應大于30%，細度模數不小于3.0，有機質含量不大于1%，滲透系數不小于5×10-3cm/s砂井灌砂率應大于95%。

（2）用PVC管作為真空濾管埋入軟基表面的砂墊層中，PVC管可用Φ90mm作主管，Φ50mm～75mm作支管，全部吸水管埋入砂墊層中，并通過出膜器及吸水管與真空泵連接。然后在砂墊層面鋪設密封膜，密封膜材料抗拉強度不小50N/cm，滲透系數戒10-10cm/s圓球頂破不小于28N，梯形撕裂不小于40N。為保證密封膜的完好無損，確保真空度免受損失在其（如圖1）

上再鋪一層土工布，在加固區四周開挖1m深、1m寬的溝槽，并將薄膜周邊放入溝槽，再將挖出的土體回填溝槽，將薄膜周邊壓緊密封。土工布雙向抗拉強度均應大于30KN/m，伸長率不超過20%，延伸率、圓球頂破強度和滲透系數均應符合國標。

（3）檢查真空設備及各連接口，保證密封，確保氣密性，根據工程地質條件及抽真空設備能力，真空度應保持在800mmHg或以上。所選用的真空泵功率應不小于7.5KN ，每個真空泵的有效處理范圍不大于800m2。當地表下10m范圍內出現夾砂層，可對加固區周邊用淤泥攪拌封堵，封堵厚度為60cm。真空預壓法加固地基過程中，土體中有效應力不斷增加，地基產生沉降，同時產生向著加固區中心方向的水平位移所以地基不存在失穩問題，真空預壓可以持續不斷地進行，因而大大地縮短了工期。

（4）在真空度達到80kPa以上并正常預壓半個月后，在土工布上實施堆載預壓，利用本身路堤填筑用的材料實施預壓，分層填筑路基，在填筑第一層土時，特別要注意密封膜的保護。所以第一層最好填砂或砂性土，且厚度不宜小于60cm2以保證其下真空預壓繼續順利進行，在真空預壓加固區膜下真空度達80kPa己以上的條件下連續抽真空三個月，即可逐段減壓直至停止抽真空，路基填筑工期應不小于90天。

4 真空聯合堆載預壓的影響及效果

4.1 施工效果除了約220m長路段右幅沉降相對較小外，其他路段的沉降都達到設計值，效果如下表1、表2所示，真空預壓效果較為理想。施工持續平均約為150d，工期滿足設計要求。現道路已經通車約3年，道路工后沉降滿足設計及規范要求。（如表1表2 ）

4.2 對高壓電線桿的影響

根據電力部門要求，高壓塔的最大傾角應小于1.5%，如果超過該值應啟動應急方案，即停止抽真空，并在真空聯合堆載一側進行堆載。

在實際抽真空過程中，對傾角超過1.5%的高壓電塔增加觀測次數，如果超過該限制不大于0.5%并且沒有再增大的趨勢，則不需啟動應急方案，繼續進行真空聯合堆載預壓軟基處理。

真空聯合堆載預壓對高壓塔影響，8個電塔的傾角滿足設計要求，31號電塔雖然超出了規定要求，但并沒有影響真空聯合堆載預壓的實施。該項目表明真空預壓對高聳結構物的影響有限，采取一定的加固措施可滿足規定要求。

4.3 真空預壓對周邊環境的影響

真空聯合堆載預壓地基處理施工過程中會對沿線周圍環境造成一定的影響，主要表現在周圍農田出現局部下沉、靠近道路的結構物出現微裂、抽出地表以下咸水漫流到農田等破壞現象。對農田的影響，真空預壓對農田的影響范圍約為10m～40m，農田沉降約為10cm～40cm。真空聯合堆載預壓對四周農田影響，靠近真空一側范圍真空預壓對田地的影響較大，而位于真空預壓對遠離真空預壓處理范圍的舊路一側影響較小。

4.4 對工程造價的影響由于真空聯合堆載預壓對農田及結構的影響較大，需要對受影響區域的進行房屋鑒定以及對部分農田進行補償。同時考慮到工期，對有結構物的路段進行調整，把真空聯合堆載預壓變更為水泥攪拌樁復合地基。該變更的實施，增加了工程造價。

5 結語

通過以上分析，可以得到以下幾點結論：①經施工實踐證明，持續在一定水平的真空荷載確實能大大加快固結的過程，施工周期短，路基沉降能滿足設計及工后沉降要求。②真空聯合堆載預壓對高聳結構物電塔有一定影響，采取一定措施后可滿足規定要求。③真空聯合堆載預壓對周邊環境影響較大，造成農田下沉、莊稼枯萎，會與當地居民產生矛盾，造成施工中斷，拖延工期，增加管理難度和工程成本。④真空聯合堆載預壓對工程造價產生一定影響。