市政道路軟土地基真空預壓效應研究

鄭海建

(上海兩港市政工程有限公司，上海 201300)

1 概述

隨著我國經濟的發展，市政道路建設發展迅速，對道路交通有著較大的需求。東南沿海地帶，廣泛分布著軟土、浸水土、彈性土，如處理不當會造成路基的滑移、開裂、路面不平等病害，給以后的道路交通帶來不同程度的影響。因此，在城市相關市政道路的建設時，不僅首先要對道路的路基有詳細的地質情況勘察，并且對軟弱性土基要有針對性的符合規范要求的處理措施，做到經濟、合理和適用。

2 軟土地基的特性以及處理方法

軟弱地基主要有以下三個顯著的特點:變形量相對比較大;壓縮密實和達到穩定所需要的時間相對較長;側向變形大、破壞性比一般的土體要明顯得多。

2.1 土體的變形量相對比較大

軟弱的土體主要就是指淤泥土或者淤質土，土體含水豐富，水分不易從土體中自流出來，含水的土體容易產生變形，并且變形的幅度比干實土體要大得多，變形的形狀不規則、不穩定。

2.2 土體壓縮密實及達到穩定所需要的時間相對較長

軟土一般含有大量的粘性土粒，雖然孔隙率比較大，但是單個土體孔隙比較細，孔隙中的水分很難自由流動，水體通透率很低，飽和的土體受較大的荷載作用后，水分不能很快從土體排出，變形也只能緩慢發展，有的軟土其變形過程甚至要持續發展數年或者達數十年之久。

2.3 側向變形、破壞力比一般土體大

軟土的側向變形也稱橫向變形，與豎向變形之比在相同的工程環境條件下比一般土體要大得多，破壞也更加明顯。

在路基施工中，針對軟土地基的特點，現有的施工處理措施大致有以下幾種:將軟土挖除，換填符合規范要求的好土，然后進行夯實;當換填土受到條件限制時，可采用深層水泥攪拌樁、噴粉樁和碎石樁進行處理;對軟土進行加筋處理［1］的方法多用于明暗浜回填，主要使用的材料為土工布，土工布布置于礫石砂層與粉煤灰層之間。不同的技術處理均對土質與施工操作有著不同的規范要求，在施工中要嚴格按照操作規范要求進行，以免操作不當造成質量事故。本篇論文簡述的真空預壓排水并對地基土表面固化的處理方法在當前市政道路工程建設中使用得還不太多，然而對于長期處于飽和狀態下的淤泥質軟土、浸水土等加固效果較為顯著。路基經此方法處理的道路在投入使用以后，近幾年時間內還未發生明顯的沉陷、塌方、橫向側移破壞、龜裂等病害事故。

3 真空排水預壓固結處理方法

軟弱土體的排水固結法顧名思義就是排水與固結兩方面，一方面想辦法采取措施將土中的水分排走，減少土體中的水分，另一方面是要對排水后的土體進行固化，減少土體的孔隙率，提高土體密實度和強度。這種土體固化處理技術是目前相對比較經濟的一種施工方法。

土體排水的原理非常簡單，排水時先使用表層密封膜對土體和空氣進行隔絕形成封閉層，封閉層下鋪設有水平排水砂層。然后向原有土體中打入塑料排水帶或者采取沙井的方式，形成由下而上的排水通道與封閉層下的排水砂層相連，在所需要處理的土體表層周圍設有封閉式排水溝，這樣就形成了一個完整的封閉式真空排水系統(如圖1所示)。在地表用水泵進行抽水排水后，地下土體中的水便會產生負壓，在負壓的作用下水分通過排水通道向外排水。在土體中的多余水分被排出后，土體的承載應力便會增加，從而達到承載能力的明顯提升，后期的沉降情況可以得到較好的改善。

圖1 真空排水示意圖

經過排水后的軟土地基往往達不到理想的工程效果，土體孔隙比較大，依然有很大的沉降過程沒有完成。如果按照自然條件進行土體沉降將是一個非常緩慢的過程，而且容易受到外界條件干擾。這時需要想辦法使土體加速沉降，快速完成固結，以便于后續工程施工。平時我們通過壓路機重復碾壓泥土使其形成良好的土路基，同理，我們可以通過人工增加荷載使排水后的土體加快沉降，短時間里提高土體密實度和強度。這樣，預壓土基的處理技術應用而生。預壓技術就是對土體施加不小于工程設計所需要的荷載進行前期壓縮沉降，土體固結沉降后，再按規范要求對沉降下去的部分進行回填到設計標高，然后再進行后續施工。雖然經過預壓技術后，土體的總沉降量沒有改變(見圖2)，但是可以人為有效地控制沉降時間，避免后期土體沉降時對已建構筑物的影響，甚至是破壞。

圖2 真空排水預壓固結施工中所產生的總沉降量

土體的真空排水與荷載預壓有機相結合便是本文所主要論述的真空排水預壓固結技術。

就以前所有的施工實踐表明，排水固結法能夠減少非砂性軟土地基的固結等待時間，效果明顯。一般的工程地質情況下，軟土路基在預壓后固結度可達到85%～95%，是比較經濟有效的地基處理方法。

真空排水預壓固結法的施工要點主要有:

1)正確選擇和使用真空排水預壓固結法。此施工方法并非適用于任何軟土地基，例如，砂質土中無法形成有效的真空封閉排水系統，便難以有效使用此施工方法進行處理。

2)合理、正確布置排水通道，必要時可進行探孔操作。成孔操作必須符合設計與規范要求。

3)布置排水帶(排水板)時，應當注意插入土中的情況，避免排水通道不暢。可以通過監測裝置進行監控排水板帶入土深度(見圖3)。

圖3 排水沉降觀測示意圖

4)預壓過程中，注意土體沉降的均勻性以及分級加壓的荷載大小。

4 地層表面固化及回填處理

在軟弱土基處理過程中，除了需要將土體水分排放，有時還要對土基的表層進行固化處理。固化方法主要是對不良的土體表層摻合固化材料，使其固結達到施工設計要求的承壓程度。

固化材料的使用需要參照材料的使用說明，結合工程現場的土體情況，正確選擇固化材料品種，經過試驗驗算得出原位土體與固化材料的配合比。經驗表明固化材料自身固化強度越高，單位原土體所需要配比的物料量越少;原位軟土的顆粒越粗，土質越純凈，所需要的摻入固化物料的量就越少;土體土層含水量越小，所需要摻入的物料量就越少;原位土的承載能力就越大，摻入的量越少。

表層地基的處理方法一般是在真空預壓完成以后，分層逐步回填級配相適均勻的素填土，回填土中不得含有植物根莖，腐殖質以及生活垃圾等。回填時應當分層碾壓，每層回填厚度不超過30 cm，回填土層的壓實系數不小于0.9。分層回填完成后，要考慮到道路比周邊建筑的標高要低一些，且地下土層富含地下水分，為了防止路基在地下水的浸泡下再次變得松軟，應在回填土中摻入適當的水泥、石灰等添加物，以使其形成復合地基。表層回填土的回填深度不應小于0.5 m，以保證結構層的車輛荷載的應力能夠消散，從而避免局部土層的沉降凹陷。

5 真空排水固結對環境的影響

從大量的工程實踐來看，由于在排水過程中，需要在土體中形成真空負壓，使土中水體得以吸出排走，真空抽水后會使加固區域周圍的土體向加固區產生橫向的位移，對周圍的建筑、構筑物有較大的影響。所以在施工之前必須重視施工中對周圍土體環境的影響，制定完備的應急預案。在施工過程中必須對周圍的土體、建(構)筑物(尤其是管線密集區域)進行嚴密的監測，一旦周圍土體、構筑物出現沉降、位移、裂縫等，可以及時采取必要的處理措施。

6 結語

一般性軟土地基經該施工方法處理后，道路正常通車數年未發生明顯的軟土基處理不良類道路病害，路基情況相對平衡穩定，路面沒有較大沉降、裂縫、坑洼起伏等影響交通的情況出現。根據有關的工程資料表明:塑料排水板真空預壓施工技術目前較合適的處理有效深度可達20 m。通過真空預壓固結處理，能夠明顯改善軟土基的沉降情況，可較好地控制軟土路基的沉降影響，以使其達到設計規范要求。

由于此處理方法施工工序較多、施工時間亦較長，軟土路基需要較長的預壓期(一般約需至少3個月～5個月)，在對工期要求相對緊張的道路工程中，其使用會受到一定的時間限制。但是在時間允許的施工條件下，此軟土地基的處理方法有著自身的獨特優勢，相對于其他施工處理方法而言，經濟合理，適用范圍較廣泛，原理簡單易理解，施工操作方面沒有很高的技術門檻。雖然此施工方法還有些缺陷與不足，但是可以在以后不斷的工程實踐中逐步完善，以達到更好的施工效益。

［1］ JGJ 79-2002，建筑地基處理技術規范［S］.