氣壓劈裂真空預壓法加固軟土地基設計方法

李寶柱

【摘要】本文通過對影響氣壓劈裂的主要因素的理論分析，結合工程實際對比，探索氣壓劈裂完成后對軟土地基加固的效果。

【關鍵詞】真空預壓、排水固結、氣壓劈裂、設計方法、滲透性

1 引言

真空預壓法作為一種近年來興起的軟土地基處理方法，在國內外得到了大力的推廣應用。目前國內對于15m以內的軟土處理技術已經比較成熟，如排水固結法、粉體噴射攪拌法、漿體深層攪拌法、真空預壓法、真空聯合堆載預壓法等已經成功應用于工程實踐，但是這些軟基處理方法其加固深度有限，對于深厚軟土加固效果較差，工后沉降難以滿足工程要求。而且這些方法對軟土地基的加固效果不理想，處理深度有限。針對上述問題，劉松玉在分析現有粉噴樁技術的基礎上，提出了氣壓劈裂的概念，章定文等進行了氣壓劈裂的室內模型實驗的理論分析，驗證了這一新技術的可行性。

本文在回顧真空預壓法的研究現狀的基礎上，結合某高速公路段工程提出氣壓劈裂真空預壓法加固軟土地基設計方法。基于常規真空預法的氣壓劈裂真空預壓是在常規真空預壓的基礎上增加了一套氣壓劈裂系統，這套裝置就是通過向土體注入高壓氣體來增加土層的裂隙，從而改變土體的滲透性。那么，氣壓劈裂系統的相關參數（噴氣深度、噴氣壓力、噴氣管布置方式、噴氣管間距）能在多大程度上改變土層的裂隙進而改變其滲透性以及這些參數的確定方法，都是本文將要研究的內容。

2 氣壓劈裂真空預壓法設計方法

氣壓劈裂真空預壓的設計，就是合理安排氣壓劈裂裝置以及常規真空預壓裝置（排水系統和加壓系統）關系的一個過程，使軟弱土層的滲透性增大，從而使軟弱地基在真空荷載的作用下發生排水固結、產生固結沉降，同時在這一過程中地基土的強度得到增長，以滿足建筑物在使用期間地基變形和穩定性的要求；也可以縮短固結沉降發生的時間，以滿足建筑物的施工工期的要求。

氣壓劈裂真空預壓法相對常規真空預壓法設計內容增加的一部分內容。氣壓劈裂真空預壓法的設計內容詳見表2-1。

2.2 氣壓劈裂裂隙對土體滲透性的影響

巖土體對氣壓劈裂的響應及氣壓劈裂裂隙的作用與巖土體的性質相關，對細粒土而言，氣壓劈裂形成的裂隙提供了排水或排氣通道，縮短排水或排氣距離，因此提高土體的滲透性；對粗粒土而言，其原有的滲透性較高，氣壓劈裂對其滲透性的提高幅度有限，但是氣壓劈裂能改善粗粒土層的通氣條件；對于巖體而言，氣壓劈裂可以進一步擴展原生裂隙或形成新的裂隙，并清理原生裂隙中的填充物，提供良好的排水排氣通道，提高其滲透性。

3 工程實例

3.1 工程概況

某高速公路施工標段CK0+810～CK0+849段落，采用氣壓劈裂真空預壓；CK0+849～CK0+887為對比試驗段，采用常規的真空預壓法進行處理。CK0+810～CK0+849處理長寬分別為39m、40m，總面積1560m2，CK0+849～CK0+887處理長寬分別為38m、47m，總面積1786m2。

3.3 施工工藝

1、平整場地，調拱（1%～2%）；

2、埋設沉降板、測斜管；

3、高壓旋噴帷幕施工；

4、鋪設砂墊層20cm（CK0+810～ CK0+849）、15cm（CK0+849～ CK0+887）；

5、打設塑料排水板。按正三角形布置，間距1.2m，板長23m，塑料排水板在砂墊層面上外露20cm；

6、打設噴氣管，注氣塑料管選用直徑25.4mm，壁厚3mm，壓力1MPa。按正三角形布置，間距4.8，管長14m、16m、18m、和20m，外露60cm；

7、埋設深層沉降儀、取土樣、埋設水位管、孔隙水壓力探頭、真空度側頭、現場CPT試驗等；

8、鋪設真空管路和抽真空管路；

9、安裝噴氣設備，試噴、檢查，進行抽真空前的氣壓劈裂試施工；

10、鋪設剩余20cm、15cm砂墊層，在砂墊層頂部鋪設一層無紡土工布；

11、挖密封溝、鋪設封膜、回填密封溝、安裝噴氣和抽真空設備；

12、地表沉降標移至膜上，試抽氣、檢查、正式抽氣和抽真空；

13、真空度達到80kpa負壓，起算預壓時間，達80kpa負壓后7天進行聯合堆載，堆載前在真空膜上鋪一層無紡土工布。維持80kpa至滿足卸載時要求的固結度條件為止。

14、根據監測數據進行加固后效果檢驗。

在氣壓劈裂真空預壓區域（CK0+810～ CK0+849），在抽真空前期時注氣，注氣壓力位0.5MPa，注氣的順序為：深度為20m的注氣管進行噴氣，噴氣時間為10min。然后開始抽真空，并將該區域的出水量與常規真空預壓進行比較，同時對兩個區域的真空度進行比較。在抽真空的后期，每一輪的噴氣時間、時就間隔要根據現場測得監測結果，特別是砂墊層表面出氣和出水情況、孔壓變化和真空度等進行調整。

3.4 測試結果

3.4.1 實測沉降曲線

本試驗段CK0+810～ CK0+849為氣壓劈裂真空預壓段，CK0+849～ CK0+887為常規真空預壓真空段。下圖圖3-1為兩塊實驗場地的沉降標的布置圖。

下圖圖3-2為S1區（氣壓劈裂真空預壓區）和S2區（常規真空預壓區）沉降標的的最大沉降曲線和平均曲線。S1區的填土加載時間是第48天，真空度的卸載時間是第154天，S2區的填土加荷時間是從第48天開始，真空度的卸載時間是第183天

3.4.2預測最終沉降曲線

利用實測曲線來預測最終的沉降量，繪出其各自的相關曲線圖為：

4、研究工作的總結

本文采用理論分析和現場實驗相結合的方法，探討了氣壓劈裂真空預壓的設計方法，得到以下結論：

1、氣壓劈裂真空預壓法是在常規真空預壓法的基礎上發展起來的一種新型的軟基處理新方法。設計氣壓劈裂參數（噴氣管深度、噴氣壓力、噴氣管布置方式、噴氣管間距）以及其對沉降速率的的影響是本文的重點。

2、利用實測的數據預測最終的沉降量，并由實測沉降計算固結度，比較得到經氣壓劈裂后的土層S1區的固結度比未經氣壓劈裂的S2區的固結度大，用工程實例驗證氣壓劈裂后能提高土體的滲透系數從而加速土層的固結的現象。

3、工程實踐均表明，高壓氣體劈裂后的土體能顯著提高土體滲透性，從而加速土體固結。

4、通過向土體中施加高壓氣體可使土體產生劈裂。氣壓劈裂后土層的滲透性提高，較沒有氣壓劈裂情況下大約提高了1.4倍。

參考文獻

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