基于高速公路軟基加固中真空聯合堆載預壓技術的研究

楊紅霞

摘要 作為真空預壓技術與堆載預壓技術基礎上聯合發展的軟基加固技術，真空聯合堆載預壓法的優勢主要集中在施工便捷、工期短、安全性強及無需材料堆載等。本文通過分析堆載預壓、真空預壓與真空聯合堆載預壓法的加固機理，闡明了真空聯合堆載預壓法的設計方法，并與試驗區具體情況相結合，對加固工藝進行了探究。

關鍵詞 高速公路；軟基加固；真空聯合堆載預壓技術；加固機理；設計；工藝流程

中圖分類號 U4 文獻標識碼 A 文章編號2095—6363（2016）04—0111—02

高速公路如修建于深厚軟土地基上，為符合施工穩定、沉降需求，應對地基進行有效處理。作為一種通過真空抽取加固軟基的地基處理方式，真空預壓法在1952年美國麻省理工大學召開的加固土會議上，被瑞典皇家地質學院杰爾曼（W.Kjellman）教授發表的論文首次提出。經過近50年理論研究與工程探究，真空預壓技術在港口、公路等工程建設中得到了廣泛地應用。并按照高速公路施工特性，形成了一種新型軟基加固技術一真空堆載聯合預壓技術，該技術具有良好地加固效果與經濟效益，本文與工程實例相結合，在現場試驗中對真空堆載預壓加固機理、加固地基變形情況有了更清晰的了解與掌握。

1真空聯合堆載預壓加固機理

1.1堆載預壓加固軟基原理

預壓與排水為堆載預壓加固軟基技術的重要組成部分。其原理為將大于或等于設計使用荷載施加給軟基表面，通過一定預壓完成80%到95%沉降，卸載在預壓后進行，如部分回彈情況出現在地基，需利用合作進行再次沉降，以此對設計規定進行最大限度滿足，并對地基承載力進行有效提升。

1.2真空預壓加固軟基原理

真空預壓是將塑料排水板與砂井等豎向排水通道設置到軟土地基，并將砂墊層、水平抽水通道鋪設到表面，隨后將密封膜覆蓋到其上方，隨后利用真空泵抽出膜內氣體與水，在膜內將有氣壓差（80kPa）的產生，以此排出軟土內的水分，達到軟基加固的作用。

1.3真空聯合堆載預壓原理

軟基選取真空聯合堆載預壓法加固，可利用真空壓力與堆載使土體內的孔隙水壓力出現不平衡的水壓力，在這種不平衡力的作用下可利用豎向排水體將孔隙水排除，進而達到土體固結變形的目的。真空聯合堆載預壓法具備以上兩種方式的施工效果，其中聯合預壓過程中將產生有效應力改變，如圖1所示。

通過滲透規律對其加固效果進一步分析，由此得出：

式中：孔隙水滲透速度由V表示；土的滲透系數由K表示；水頭差由Ah表示；滲透距離由L表示。

2軟基加固真空聯合堆載預壓法設計

地質勘探與土工試驗、理論計算、塑料排水板打設深度、間距、布置形式等都屬于真空聯合預壓法設計內容。現階段主要選取工程實用設計方式與數值計算方法作為設計計算方法。根據《公路路基設計規范》相關規定設計容許工后沉降標準，其中30cm為高速公路與一等公路路段路堤容許工后沉降，50cm為二等公路。

2.1排水系統設計

排水系統設計包括3個方面：確定處理區域面積；設計水平向排水系統與分塊；垂向排水系統設計。整個工程加固范圍為真空預壓法的加固范圍，為確保具備良好的氣密性與真空度，要求加大單塊加固面積，按照目前所選材料與技術，如工程加固范圍極大，需分區加固。為確保路基填筑質量，要求加固寬度必須在路基以外2m，以此達到路堤中心、路肩沉降差異降低的目的。通過合理地排水系統設計，可及時排除土顆粒間自由水，并達到地基固結的作用。

2.2密封系統設計

選擇密封膜、壓膜溝與補漏等都為密封系統設計的內容，如地基較淺，表層具有砂夾層，必須做好防漏設計。一般選取專用聚聚氯乙烯薄膜作為密封膜，其特點為抗老化能力強等。熱合粘結密封薄膜時，可選取2條膜熱合粘結縫平搭接，15cm為搭接最小寬度。選取挖深溝埋膜作為密封措施時，需將溝槽2m～3m開挖到加固區附近，并把塑料薄膜鋪設到其上方，隨后將淤泥（1m）填入，最后在溝內埋入密封膜，回填溝槽時一般選用粘性土。

2.3真空系統設計

出膜裝置設計、膜下真空度等都為真空系統設計的內容。一般選取高真空度、便于操作的抽空設備，要求施工作業時真空吸力大于95kPa。按照加固面積進行真空泵數量確定，據相關研究顯示，一臺真空泵（7.5kW）能夠處理的軟基面積為1000m²～1500m²。要求膜下真空度需控制在600mnHg以上，真空預壓固結度需在80%以上。

3高速公路軟基加固中真空堆載聯合預壓技術的工藝流程

3.1試驗區概況

某高速公路選取長度101m、寬57m路段作為真空堆載聯合預壓試驗區，5757m²為單塊面積，為滿足施工要求，本試驗區必須進行砂墊層鋪設，并做好排水處理等工作。

3.2施工準備

勘查施工現場、對設計文件、設計交底等進行全面了解等都是施工前的技術準備。公路路基施工前，施工單位必須詳細勘察施工現場及附近環境，并進行工程相關材料的全面采集，為編制施工方案、控制成樁質量等提供便利。施工現場勘察中，應對施工場地地質勘察報告進行分析，并充分掌握施工現場的具體情況，如地質、水文及附近建筑物等。

3.3鋪設砂墊層

選取良好透水性能的砂料作為墊層材料，砂礫墊層厚度應大于50cm，并將細砂（10cm）鋪設到其上方。每立方厘米干密度應控制在1.5g，含泥量為3%以下。當墊層厚度在50cm以上時，要求平面尺寸必須向加固區外進行1m延長，以此沿砂墊層將滲出水排出。如砂料較少，砂墊層可由砂溝代替，與砂井直徑相比，砂溝寬度為其2到3倍，其中40cm～60cm為一般深度。如地基表層具備相應厚度硬殼層，可選取機械分堆攤鋪法進行施工。當硬殼層具有較低承載能力，則可選取順序推進攤鋪法。

在軟土地基表面含水量過大時，可將塑料、尼龍編織網鋪設到軟基表面。為避免擾動軟土表層，在砂墊層鋪設前，一個將砂井頂面雜物清理干凈，為砂井排水提供便利。一般選取輕型車輛進行施工，在攤鋪作業中應做到連續、均勻，并以此形成雙向橫坡。

3.4豎向塑料排水板施工

真空度傳遞與確保排水通暢是真空堆載聯合預壓法內豎向排水體的主要作用。塑料排水板作為高速公路軟基加固中豎向排水體的重要材料，其各項指標如表1所示。

其施工順序包含以下幾點：

1）利用導管將塑料帶由管靴內穿過，連接塑料帶和樁尖，并與管靴緊貼；

2）靜壓沉入導管與設計深度相符；

3）拔管，軟基內預留錨固塑料排水板，并與軟土粘結；

4）30cm預留砂墊層內，將塑料排水板剪斷；

5）連接塑料排水板和樁尖，移位再次打設。

3.5真空預壓施工

布設射流泵、沉降標后，應對各項觀測儀器初讀數進行調整，以此起到射流泵進行抽氣作業，通常時間定為5到10天，如真空度為60kPa，屬抽氣正常，即可開始真空預壓作業。當施工區內水位比薄膜高出10cm，70kPa為真空度時，在穩定真空度后即可停止施工。在施工過程中，應對各個裝置接頭連接狀況進行檢查，避免漏氣等情況的產生。

70kPa為膜下真空度時，需進行堆載施工，為避免填料擠壓損壞密封膜，需將一層無紡布鋪設到密封膜內，隨后由近到遠機械施工，并進行多次壓實，施工中應對沉降標等設施加以保護，確保其符合設計預壓高度。

4結論

綜上所述，隨著科學技術的不斷進步，大量新技術、新結構、新工藝、新材料等涌入公路工程建設，在將其廣泛用于生產實踐的同時，也推動了我國道路交通事業的快速發展。在高速公路工程快速發展的同時，還存在諸多病害問題，如軟土地基等，為有效避免該現象的出現，施工單位必須重視軟基加固技術的應用，有效提升施工技術水平，規范施工流程，才能確保高速公路工程施工的質量，才能推動公路工程的快速發展。