談堆載與真空聯合堆載法加固濕軟土路基

鄭 丹 林 嬌 梁栓柱 孫璟玥

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

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談堆載與真空聯合堆載法加固濕軟土路基

鄭 丹 林 嬌 梁栓柱 孫璟玥

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

在介紹堆載預壓法的原理與施工的基礎上，對真空—堆載聯合預壓法的原理作了分析，闡述了其具體的施工過程，并結合工程實例進行了說明，得出了一些有參考價值的結論。

堆載預壓法，真空—堆載聯合預壓法，原理，路基

0 引言

瑞典皇家地質學家W.Kjellman教授于1952年首次提出真空預壓法加固地基的模型，目前真空堆載加固軟基模型與其原理基本相同，當時此方法的提出引起很大的轟動。1957年美國費城國際機場跑道工程首次采用真空堆載預壓法，并取得了成功。1982年日本大阪南港在第二階段加固也采用真空預壓法，取得了較好的加固效果。其后芬蘭，法國，前蘇聯相繼開展了真空預壓法的研究。真空預壓法國內起步較晚，前期只是理論研究未能應用于工程實例。直到20世紀80年代，以交通部第一航務工程局為主，天津大學、南京水利科學院土工所參加的聯合公關小組，成功的解決了水氣分離問題，使膜下真空度穩定530 mm汞柱。同時章丹峰和孫蓮美對真空聯合堆載預壓法加固軟基的工程效果和施工特點進行了分析和研究；周斌的軟土地基的沉降特征分析及MMF模型的應用等都為堆載與真空—堆載聯合預壓法提供了很好的研究基礎。使堆載預壓法與真空—堆載聯合預壓法在國內取得了很大的進步，如今我國在這一領域處于世界領先地位。

1 堆載預壓法的原理與施工

堆載和真空—堆載聯合預壓法都屬于排水固結法。排水固結法和其他濕軟土路基處理方法如深層攪拌樁等相比，是從根本上解決濕軟土路基不穩的方法，因此應用也最廣泛。排水固結法基本原理是去除三相體土中的孔隙水壓力和孔隙氣體壓力，增加豎向有效應力，從而提高軟土路基的抗剪強度，保證濕軟土路基的穩定性。

堆載預壓法常用的預壓力材料有土料，塊石，砂料，水等填料。為保證濕軟土有較強的結構穩定性，需施加較大的預壓力，常達到超載預加，由于施加預壓力過程會產生附加剪應力，導致路基土變形，產生側向位移，擠壓兩旁濕軟土，導致路基失穩破壞。

為了防止超載預壓力壓壞路基，常采用分級加載。同時為了保證濕軟土徹底排除孔隙水，充分提升濕軟土強度，分級加載施工時間不宜過短，通常為6個月～12個月。

施加預壓力時濕軟土路基會排除大量孔隙水，其力學機理可用Terzaghi有效應力原理和固結理論進行解釋：堆載預壓荷載起初由孔隙水承擔，使土體內產生超孔隙水壓，促使孔隙水流出。隨著孔隙水的流出，土體間的有效應力會增大，為了使孔隙水能快速排出，加快濕軟土的固結，需在路基中埋設一定的砂井和塑料排水板。排水的工程效果由堆載預壓力大小和砂井、塑料排水板的多少決定(見圖1)。

2 真空—堆載聯合預壓法的原理與施工

真空—堆載聯合預壓法的堆載原理與堆載預壓法相同，唯一不同之處就在于真空預壓，實則就是利用真空泵把密封薄膜內的孔隙水和孔隙氣體抽出，從而具有真空預壓和堆載預壓的雙重功效。

真空—堆載聯合預壓法常用的材料與堆載預壓法除了真空泵和塑料薄膜外基本相同。真空預壓利用砂墊層和密封薄膜內的負壓強差排除孔隙水，負壓差引導孔隙水滲流，減小孔隙水壓力，從而增大路基的有效應力。薄膜中土體不會產生側向位移，相反會向薄膜內土體集聚縮小。因為與堆載預壓法相比，真空—堆載預壓法在此過程不產生剪應力，濕軟土抗剪強度為定值，抗剪強度由孔隙水壓力和土的有效應力組成，孔隙水壓力減小，相應的土的有效應力增大，由此提高土的抗剪強度，不產生剪切應力，也就不會引起側向向外位移。

真空—堆載預壓的施工過程：在濕軟土路基中預埋設好橫向和豎向排水裝置，然后在路基上鋪設一層砂墊層，用厚塑料薄膜把濕軟土和砂墊層密封好，在密封薄膜上進行重物堆載，堆載完成后真空泵進行密封土體空氣抽空。施工流程中要注意四步：

1)設置排水裝置，鋪設砂墊層橫向PVC濾水管和軟基內豎向排水通道；

2)塑料薄膜要密封且抗扎，抗老化能力強；

3)通常真空泵在塑料薄膜內產生的壓強差為80 kPa左右；

4)設置一套保證能按設計要求進行施工的檢測系統。但總體研究理論計算仍落后于工程實際施工，部分問題尚未解決，仍需進一步研究(見圖2)。

3 堆載預壓法和真空一堆載聯合預壓法應用事例

廣賀高速公路某標段修筑在深厚軟弱土層上，進行真空—堆載聯合預壓法施工。首先對軟弱土層的土質參數進行測量。主要物理參數見表1。

表1 真空—堆載聯合預壓法試驗段土層主要物理力學性質指標

由表1得出此路段淤泥厚度達到24 m之厚，其次是粉土夾細砂，耕植土。所以該路段主要的病害土是淤泥，而淤泥的壓縮系數很大固結系數卻很小，據此確定真空—堆載聯合預壓的時間和真空負壓的大小。在此實驗中采用100 kPa,聯合堆載預壓時間為24 h，對實驗路段進行跟蹤調查，各項沉降參數見表2。通過水平位移深度變化曲線可知隨著深度的增加，向內位移也越來越小，地基不可能失穩破壞。路基工后沉降量很小，路面的平整度高，不會影響行車。

位于廈門港海滄港區泊位后方陸域，陸域地區的吹泥區表層主要是浮泥，淤泥，層厚度為0 m～12 m不等，含水率70%～167%，屬于超軟弱土，壓縮性大，強度和承載能力低。施工共分為四個施工區域，均采用真空堆載預壓法。場地的設計指標：控制承載力130 kPa，殘余變形30 cm。根據兩項數據設計真空壓力值和相關堆載壓力值。

表2 真空—堆載聯合預壓法施工期和工后分類沉降

真空預壓堆載施工工藝：

1)真空預壓：砂石路面鋪設無紡布，無紡布上方鋪設密封的一次熱合成的塑料薄膜，真空度測量表放在無紡布和塑料薄膜之間，進行真空度的測量直到表上數值達到80 kPa停止真空。

2)堆載預壓：真空測量表達到80 kPa數值10 d后，開始在膜上堆載2 m厚的砂石或開山礦石，進行真空聯合堆載預壓軟土地基。

4 結語

1)堆載預壓法在加固過程產生剪應力，有側向向外的位移。真空—堆載聯合預壓法無附加剪應力產生，側向土體向內集聚壓縮，但二者加固效果是相近的。

2)堆載預壓法和真空—堆載聯合預壓法施工都需進行堆載的分級加載，以免導致濕軟土路基失穩。

3)堆載預壓法和真空—堆載聯合預壓法與樁基相比，費用低廉，施工設備簡單，充分利用天然材料；與攪拌樁等復合樁相比，施工質量容易檢測，路基均勻性好，處理深度大，對環境幾乎沒有影響。

4)堆載預壓法和真空—堆載聯合預壓法都存在不等厚濕軟土路基應用中的不足，比如不等厚(楔形)路基容易發生刺入破壞，工后處理手段值得進一步分析。

[1]章丹峰,鄧 浩,楊 彬.堆載預壓法加固軟基效果評價與測試分析[J].地下空間與工程學報，2006，2(8)：1399-1402.

[2]孫蓮美，劉吉福.對真空聯合堆載預壓法的若干認識[J].西部探礦工程，2004，92(1)：51-53.

[3]周 斌.軟土地基沉降特征分析及MMF模型的應用[J].路基工程,2012(164)：177-179.

[4]熊 熙.真空聯合堆載預壓與堆載預壓軟土地基加固對比研究[J].路基工程,2012(162):53-56.

[5]黃偉達.大面積堆載下不等厚(楔形)軟基的變形性狀分析[J].路基工程,2012(164)：64-66.

[6]韓 柞.軟土地基處理中深層攪拌樁影響因素研究.路基工程,2012(164)：108-110.

Discussion on the preloading and vacuum-surcharge preloading method consolidation of wet and soft sub-grade

Zheng Dan Lin Jiao Liang Shuanzhu Sun Jingyue

(CivilEngineeringCollege,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

Based on introduction of principle and construction of preloading method, this paper analyzed the principle of vacuum-surcharge preloading method, elaborated its specific construction process, and combining with the engineering examples, obtained some valuable conclusions.

preloading method, vacuum-surcharge preloading method, principle, sub-grade

1009-6825(2015)18-0085-02

2015-04-12

鄭 丹(1993- )，女，在讀本科生； 林 嬌(1995- )，女，在讀本科生； 梁栓柱(1993- )，男，在讀本科生； 孫璟玥(1994- )，女，在讀本科生

U416.1

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