真空聯合堆載預壓法處理軟土路基實例

李強強

【摘 要】軟土地基壓縮性高、強度低，直接在軟土地基上進行市政道路建設難以滿足工后沉降的要求，須對軟土地基進行處理。真空聯合堆載預壓較堆載預壓大大節約了工期，同時疊加了單純的真空預壓和堆載預壓的優勢，真空―堆載聯合預壓能夠有效地減少工后沉降，使公路軟基達到建設要求，達到預壓和超載的目的，是一種比較理想的公路軟基處理方法。

【關鍵詞】真空聯合；堆載預壓法；處理軟土；路基

中圖分類號： U416.1 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）17-0151-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.17.075

【Abstract】Due to the high compressibility and low strength of soft soil foundation， it is difficult to meet the requirements for post-construction settlement of municipal road construction directly on soft soil foundation and soft soil foundation must be dealt with. Vacuum combined with surcharge preloading saves much more time than preloading. At the same time， it superposes the advantages of simple vacuum preloading and surcharge preloading. Vacuum-surcharge combined preloading can effectively reduce post-construction settlement and make roads softer. The foundation has reached the construction requirements and achieved the purpose of preloading and overloading. It is an ideal method for soft ground treatment of highways.

【Key words】Vacuum combined surcharge； Preloading method； Soft soil； Subgrade

1 工程概括

江門濱江大道五合同段起點樁號K7+600，終點樁號K10+400，沿西江大堤并行，從K9+867.11開始逐漸與西江大堤分離，共計軟基處治工程數量：塑料排水板182萬m（單根長度6～32米不等），無紡土工布24萬m2，真空預壓10萬m2，粘土密封墻8.5萬m，水泥攪拌樁9.2萬m。

2 工藝原理

2.1 真空預壓法

此法是利用抽真空來加固軟土路基的一種方法，屬于排水固結法的一種。真空預壓的原理是用插板機將塑料排水板插入到地層內，形成軟土層的豎向排水通道，再在地表鋪設砂墊層，形成水平方向排水通道，增加軟土層的排水途徑，縮短排水距離。再在砂墊層上覆蓋不透氣的密封薄膜，使軟土地層與大氣隔絕，形成一個密封系統，然后用膠皮管將埋設在砂墊層內的主管與抽真空設備連成一體，利用抽真空裝置將膜下空氣抽出形成真空從而使加固土體中的孔隙水在真空吸力作用下，通過塑料排水板、砂墊層、主、支慮管排除膜外，使土體固結密實。它對土體所產生的力是向內的，既球形應力。

根據太沙基有效應力原理：P=p+u

式中：P——總應力；

P——土體中的有效應力；

u——土體中的孔隙水壓力。

當總應力為常數時，dp=-du。它表明孔隙水壓力降低為有效應力增加值。

真空預壓過程中，地基土體的強度和穩定性不斷增長，不存在失穩的可能性。從應力路徑分析，設α'10和α'30分別表示加固前地基土體中的最大有效主應力和最小有效主應力，平均應力為P'0=（α'10+α'30）/2。加固過程中，地基土體增加的有效應力為△σ'?？紫端畨毫κ且粋€球壓力，所以在各個方向均增加△σ' ，因此：

式中α'1和α'3分別表示加固后地基土體中的最大有效應力和最小有效主應力。圖1中，其有效應力圓由D位置向右移到D'，平均應力由P'0增加到P'= P'0+△σ'。但是，應力圓的半徑沒有變化。當加固的荷載移除之后，地基土的強度沿著超固結包線退回到F點。從圖l中可看到，和原來強度相比增加了△r，即軟土土體強度提高了△r。

2.2 堆載

堆載是通過給土體一個正向力，在荷載作用下，圖層固結，即孔隙水壓力消散和有效應力增加?？倯υ隽繛椤鳓?，有效應力增量為△σ'，孔隙水壓力增量為△μ，則三者滿足：△σ'=△σ-△μ，堆載就是通過增加△σ并減小△μ而使△σ'增加，屬于正壓固結。它對土體所產生的力是向外的，既剪應力。

2.3 核心原理

初期階段通過抽真空裝置，使土體中形成負壓，將土體中的孔隙水抽出，從而降低孔隙水壓力，增加有效應力。后期隨著堆載的進行又增加一正壓力，在兩者的共同的作用下加快土體內孔隙水的排出，從而加快土體固結速度。

3 施工工藝及操作要點

真空預壓聯合堆載加固軟土地基施工工藝主要包括：橫向排水體（砂墊層）鋪筑；豎向排水體（塑料排水板）打設；真空管網鋪設：土工布和密封膜鋪設、密封溝開挖及回填、出膜連接與真空泵系統安裝；抽真空與堆載的填筑；聯合預壓期間的沉降和側向位移的觀測等。

3.1 橫向排水體（膜下砂墊層）鋪筑

首先，在已平整好的場地上，攤鋪整平第一層30cm厚的砂墊層，根據施工圖確定真空泵及用電線路的架設路徑，當塑料排水板打設完成后，再施工第二層砂墊層，第二層砂的厚度必須保證20cm，砂墊層的總厚度必須滿足50cm。

3.2 豎向排水體（塑料排水板）打設

施工順序如下：

（1）根據設計圖，用經緯儀和鋼尺在已驗收的砂墊層上，放出排水板的位置，并在上面標出明顯的標志。

（2）插板機進入現場就位，并在插板機上設置好進尺標志，控制塑料排水板打設深度，塔架高度必須保證最大插板深度的需要，然后安裝排水板插銷。

（3）垂直下插塑料排水板，打插深度宜根據設計要求動態控制，通過地層反力變化，以穿透軟弱地層為準。

（4）上拔樁管至樁管下端高出砂墊層50cm。

（5）切割排水板，控制排水板在砂墊層頂面以上的外露長度20～30cm。

（6）移機進行下一根排水板施工。

塑料排水板施工主要應從打設垂直度、平面位置誤差和打設深度三個方面來控制每根排水板的施工質量，其中打設垂直度、平面位置通過嚴格控制工序基本可以滿足要求，而打設深度直接影響加固效果，是質量控制的重點。

3.3 真空管網鋪設

3.3.1 真空管鋪設

按照主管、支濾管的平面設計圖，首先用經緯儀在砂墊層上放出主管、支濾管的正確位置，再開挖主管、支濾管的溝槽，溝深約20～25cm，然后在溝槽內安裝加工好的支濾管，主管支濾管間用變徑三通和四通連接，同管徑的對接采用鋼絲膠管連接，外用鐵絲捆緊。

管路系統均在第一層砂墊層上鋪設，先將第二層砂鋪筑完成后再反挖溝槽鋪設，管路安裝完成后回填覆蓋，以確保管網完全置于砂墊層中。

主支濾管選用優質PVC塑料管，主管壁厚大于2.7mm，支濾管壁厚大于2.4mm，確保其能承受足夠的徑向壓力。支濾管上打淺水孔，孔徑為8～10mm，孔徑為5cm，三角形排列。管外采用土工布包裹，作為濾水層，避免抽氣后，砂粒進入射流裝置。

3.3.2 第一層土工布及兩層密封膜

密封膜為聚錄乙烯薄膜，厚度為0.12～0.17mm。加工后的薄膜面積不小于設計面積，密封膜每邊長度大于加固區相應邊3～4m。

鋪設密封膜前，將砂墊層上的雜質、小石和尖刃物清除，整平砂墊層，首先在砂墊層上鋪設一層200g/m2的無紡土工布，土工布的搭接≥5cm。再分次逐層鋪設兩層密封薄膜，相鄰兩層膜的合縫需錯開50cm以上，嚴禁接縫重疊。將已鋪好的一布二膜攤鋪到密封溝底內，用黏性土回填密封溝。

3.3.3 出膜連接與真空泵系統安裝

按每800m2處治面積配置一臺真空泵（共設置125臺）。真空主管通過硬橡膠管與真空泵連接，連接必須牢固，密封可靠，以保證真空度在管內不受損失，并使排水通暢。

3.4 抽真空與堆載的填筑

抽真空設備安置就位，進行試抽，同時仔細檢查每臺真空泵的運轉情況及薄膜的密封性，發現問題及時處理。試抽真空為10天，膜下真空壓力應達到80KPa以上，若低于此值即屬不正常，應立即查找原因及時處理。試抽開始，即應進行真空壓力、沉降量等觀測。

試抽真空正常后，在膜上鋪設鋪設第二層土工布，鋪設要求同第一層。膜上20cm砂墊層采用“機械攤鋪和人工攤鋪相結合”的方法，在膜上砂墊層驗收合格后，鋪筑第一層堆載土方，土方最好采用細粒土，且厚度不宜小于50cm，采用靜壓或弱振方法壓實。堆載速度要控制，一般4m填土高度要求在2～3個月完成，以防止填土過快造成邊坡失穩。

累計抽真空2～5個月，當實測地面沉降速率連續5～10d平均沉降量不大于2mm/d后，可以停泵卸載。本合同段軟基處治整個施工過程路基、河堤是穩定的，路基沉降量由42～353cm不等。

4 結語

采用真空聯合堆載預壓處理軟土地基，可以大大縮短預壓期，縮短工期，使工程及早投入運營，提高社會經濟效益。

采用真空聯合堆載預壓處理軟土地基，路堤填筑不受穩定性控制，在較短時間內能滿足工后沉降要求，但要注意抽真空對周圍結構物的影響。

【參考文獻】

[1]高志義.真空預壓法的機理分析[J].巖土工程學報，1989，11（4）：45-56.

[2]董志良.真空預壓法加固軟基技術的理論和實踐[C].廣東省土力學與基礎工程學術交流大會論文集，1998.