基于低位真空預壓技術的城市道路軟土地基加固方法

李國權

廣東瑞迅建設集團有限公司，廣東 佛山 528200

軟土地基加固處理對于城市道路工程建設效果影響重大，前期加固是否可靠有效，直接關系著后期工程結構的整體性能，決定了工程運營后是否會出現沉降、開裂等質量病害。軟土地基加固技術的選擇需要考慮的因素諸多，而低位真空預壓技術應用具有較強的適應性，對于城市道路軟土地基工程具有良好的應用效果。但是要想達到與預期一致的施工質量，就必須把握好每一個施工細節，保證各個環節執行的規范性與專業性。

1 軟土地基特性

軟土地基指由淤泥、淤泥質土、雜填土、吹填土及其他高壓縮性土層構成的地基，具有較高的含水量，一般可以達到35%～80%，孔隙比為1∶2，剪切強度比較小，大多數情況下在20kPa左右，最多不會超過25kPa，主要表現為絮狀結構，滲透性具有一定的流變性。軟土地基的穩定性比較差，在進行城市道路施工時，會有多處地基處于浸泡在水中的狀態，如果前期未進行加固處理或者處理不當，在建成運營后受車輛荷載影響，便會出現沉降問題，影響車輛運行安全。但是城市道路工程在規劃建設時，為了滿足整體規劃要求，很多情況下無法完全避免在特殊地質條件下施工，尤其是目前建設用地越發緊張，難免會遇到一些軟土地質環境[1]。地基條件直接影響城市道路工程的建設效果，當遇到軟土地基時，需要綜合考慮現場實際條件，選擇最佳的處理方法改善地基條件，滿足工程建設要求。

2 低位真空預壓技術的特點

低位真空預壓技術原理與真空降水法有部分相同，采用水平及豎直相互結合的方式來布置排水通道，建成一個整體的排水通道網，且水平向排水系統與豎向排水體緊密連接，需要將水平排水通道埋設在吹填土的下部，通過吹填土來對管網進行密封處理，保證水平管網內部保持真空狀態。在真空負壓及吹填土附加預壓荷載的共同作用下，使軟土地基達到壓縮固結的效果，同時吹填層也會在此過程中逐漸固結[2]。通過碎石碾壓，吹填土密封層還可以結成碎石基層，減少礦渣的填筑量。結合低位真空預壓技術的應用經驗，可以確定其所具有的特點如下。

（1）對人工作業的需求量較低，無須通過大量人工堆載，這樣便能夠在一定程度上省略堆載、荷載及運輸材料等工序，在地基處理環節節省了更多時間，更利于工期的控制。

（2）采用低壓真空預壓技術處理軟土地基時，可有效排出受負壓影響地基土的孔隙水，使地基固結的時間更短。土層孔隙水排出后，滲流速度增大，地下水位降低，使地基附加壓力增大，進一步提高了地基加固效果。

（3）孔隙滲流水的流向及滲流力引起的附加壓力全部作用于需要加固的土體，在加固的過程中土體側向變形非常小，完全可以一次將真空抽足，這樣不會因剪切破壞造成地基失穩，也可以縮短地基排水固結的時間。

（4）對于黏性土、邊坡、碼頭等工程，選用低壓真空預壓技術的優勢更為明顯，并且地基土越軟最終的加固效果越好。

（5）低壓真空預壓施工對機械設備的需求量更小，前期設備方面的成本投入較小，且所用大型設備的數量少，可滿足更多現場條件的施工。在正式進入施工環節后，噪聲、振動問題比較小，對周邊環境產生的影響也較低。

3 工程案例

3.1 工程概述

文章以某城市道路工程為例，對低壓真空預壓技術的實際應用要點進行分析。該工程總長度為1423m，寬度為38m。該工程所處區域為亞熱帶海洋季風氣候，每年降水量充沛，平均降水量可以達到1700mm，四季分明，全年無嚴寒酷暑，并且城市地處沿海地區，受臺風影響比較大，5—6月梅雨季節及7—9月的臺風暴雨期為集中降雨時間。

3.2 地質條件

工程建設規劃地地勢平坦，地面高程為2.7～3.3m，經過現場勘查確定地基土層條件：黏土厚度為2.0m，壓縮模量為2.65MPa；淤泥質黏土厚度為4.5m，壓縮模量為1.40MPa；淤泥含粉細砂層厚度為0.5m，壓縮模量為1.90MPa[3]。其中，在淤泥質黏土層中，埋深為3.6～4.5m及5.5～6.2m的位置，土層含砂量增加，兩層分布不均勻，呈透鏡狀與薄層狀。

3.3 地基加固方案

在設計低壓真空預壓加固施工方案時，需要結合工程現場地質條件特征進行分析，合理確定每一項參數，包括塑料排水板打設深度及間距、水平管網間距、達到某一固結程度的預壓時間及密封泥層厚度等。綜合分析地質土層特點后，最終確定排水板平均打設深度為6.0m，采用正三角形的方式布置，兩個排水板之間間隔保持1.0m，選用規格為100mm×4mm的材料作業[4]。水平管網選用直徑為60mm的農用PVC排水暗管，間距控制在0.87m。密封層下真空度設定為80kPa，按照三維固結原理，確定水平固結系數與垂直固結系數相同。基于各項參數進行計算，確認地基土層達到80%設定固結度，整個過程需要84d。以基礎沉降計算理論為依據，對加固區最終沉降量進行計算，可得到結果為37.8cm，預壓后地基固結度達到設定值80%時，沉降量為30.2cm，剩余沉降量為7.6cm。

4 加固施工措施

4.1 打插塑料排水板

根據施工方案內設計的排水板種類和技術指標來選擇合適的塑料排水板作為施工材料，然后重點控制打設間距、深度等參數。如果插板深度小于5.0m，同時設計深度內全部為新吹填的泥漿，可選擇應用人工作業的方式，工序依次為排水板板位放線、現場定位、人工插板、割板、拔桿、移位[5]。如果插板深度大于5.0m，則需要靈活選擇機械設備進行施工，保證施工效率和質量。

4.2 水平管網鋪設

水平真空管網系統施工可分為水平支管與水平干管兩種，主要負責真空壓力的傳遞，并且對經過塑料排水板排出的水進行導流，使其排入真空集水井。正式施工時，水平支管要按照平行板寬度方向鋪設，每排排水板均要與支管進行復式搭接，控制好搭接長度，并要求進行可靠固定。水平干管則可以選擇應用直徑為200cm的PVC材質雙壁波紋管，選擇承插口的方式對干管進行連接，并用土工布來對連接處進行包裹，最后在外部用鉛絲捆扎。干管可通過膠管連接真空集水井，將排水板排出的水引入其中。另外，需要通過所用支管的數量來確定干管需要設置的孔洞數量，要求每根支管均與干管上的一個孔洞對應，并且要插入其中，利用土工布包裹，確保能夠完全覆蓋支管與干管間縫隙，最后在外部利用細扎絲固定。

4.3 安裝抽真空系統

系統包括往復式真空泵、潛水泵及附屬設備。真空泵必須安裝在固定的平臺上，潛水泵設置在真空集水井內，利用耐壓軟管來連接真空泵與緩沖罐，緩沖罐與真空井之間同樣利用耐壓軟管進行連接。

4.4 吹填泥封層

在水平真空管網上部吹填淤泥或粉質黏土漿液等，確保可以形成真空預壓系統的頂部密封層。在泥封層吹填完畢后，便可以對各加固分區的抽真空系統進行真空操作，真空泵排氣后可以產生負壓，促使軟土地基中的孔隙水匯集，并將其引入真空集水井內，最后通過潛水泵將其排出。

5 加固效果

5.1 地基沉降量

地基沉降觀測的對象為打設塑料排水板及真空泵預壓加固兩個作業環節中產生的沉降量。確定前者平均沉降量為3.5cm，主要是因為加固深度內土體在打設排水板后，地基土層排水距離縮小，改善了排水條件，受自重及設備影響，土體排水固結產生沉降。詳細分析后可知，施加真空60d后地基土平均固結度達到94%，加固到90d后，平均固結度已經超過96%，隨著時間的推移，沉降量在逐漸減小。

5.2 地基孔隙水壓力

選擇其中一個單元為對象進行觀測，孔隙水壓力計與排水板的水平間距控制在0.2m，埋深分別為1.0m、3.0m與5.0mm。觀測后發現三個不同位置的孔壓計的孔隙水壓力在加固過程中存在相同的消散規律，孔壓計埋深越小，孔隙水壓力與真空度變化表現越同步；在孔壓計埋深較大的情況下，孔隙水壓力變化值較小，即隨著埋深的增大，真空度損失增大。

6 結束語

低壓真空預壓加固技術在城市道路軟土地基處理中的應用效果良好，可以更好地適應不同的施工條件，并且施工操作方便，可確保地基土層達到良好的固結效果。因此，應在軟土地基處理中充分應用低壓真空預壓加固技術，掌握相關技術應用要點，從而提升施工質量，強化加固效果，延長道路使用年限。