真空聯合堆載預壓在高速公路施工中的技術分析

丁凱

（南平高速咨詢監理有限公司，福建南平 354299）

0 引言

對高速公路施工過程中遇到的軟土路基問題，應該配套選擇相對符合軟土路基的對應施工技術，再根據施工地的其他條件，對施工的方案進行優化、改良和調整，進一步加大路基的承載能力，確保在高速路面行駛車的輛是安全穩定的，從而在技術層面打造兼顧質量與安全的高標準高速公路工程項目。

1 高速公路軟土路基的主要特點

1.1 含水量較高

軟土的結構組成部分主要為黏土顆粒、淤泥，所以這就導致了軟土路基具備了兩大特點：一個是間隙大，另一個是含水量較高。在這中間，因為不同的地質環境，導致了有少量有機物，會在沉淀作用下形成絮狀結構，導致小孔隙的形成。據悉，軟土的含水量一般情況下維持在36%～80%左右，通過剪力的作用，軟土極易產生剪切變形等嚴重的情況，在固結沉降后，軟土或將出現范圍性的固結沉降的問題，這是影響交通安全、行駛安全、路面安全的一大隱患[1]。

1.2 土壤強度低

軟土土壤的結構特點是非常明顯的，土壤強度低的原因是在其原本的結構中，因為擠壓或震動，對原狀土的絮狀結構造成很大的影響，從而使得土壤強度大幅度下降，更甚者會嚴重到出現土壤流動的狀態，而當這些土壤受到了外力的影響和擾動后，其強度又可以緩慢進行回彈與恢復。除此之外，軟土土壤還具有兩個典型的特征，一個是壓縮性高，另一個是滲透性差。軟土一般情況下的壓縮模量在4MPa 以下甚至更低，而且與液限指數成正比的關系。另外，因為軟土本身就存在滲透性小的特征，處于垂直方向時，滲透系數大約在10-8～10-6cm/s，根據這類特征可以分析，想要土壤的重量以及土壤的負荷得到進一步的鞏固，達到一定的鞏固效果，還是需要一定的時間的[2]。

1.3 抗剪強度較低

軟土土壤還有一個明顯的特征，就是其抗剪強度較低.經研究，在我國范圍內，從天然軟土的結構上來看，其不排水的情況下，抗剪強度在20MPa 以下，其內摩擦角一般都維持在20～35o左右，那么何種情況下，軟土路基強度會發生較大變化呢？根據研究調查了解，載荷作用會導致其抗剪強度發生變化，而且排水固結的狀況、抗剪強度也會同樣發生變化，尤其當排水固結持續加速的狀態下，會更加明顯感覺到抗剪強度的強烈變化。

2 工程概況

以福建南平為例，在南平市的某高速公路上，在沖填土段中，分布著大量的軟土路基，總長度大約在389m。根據地勘報告的內容顯示，這條路段的土層從上至下可以分為以下幾部分：

一是填土與耕植土層，這類土層的厚度大約在0.3～1.1m 內，土層色屬深灰色，濕度偏濕且有一定的壓縮性，土質不均，有部分植物殘骸以及根系存在。

二是淤泥粉砂土層，土層的厚度在0.15～8.2m內，土層飽和，土質松軟不均，黏粒是其含量的組成部分，但石英是砂質的主要成分，還有少量云母存在其中，云母主要是為地基加固處理的。

三是淤泥層，這類土層的厚度大約在3.6～15.5m內，土質比較差，而且處于飽和狀態與軟塑+流塑并存的狀態。

四是淤泥質黏土層，土層的厚度在2.6～18.7m內，屬飽和與軟塑疊加狀態，整體土質的濕度偏大，且土質不均勻，含量中有些許細砂，起到了地基加固的作用。通過研究調查以及測定可以得出結論，該路段的軟基土體濕潤，其含水量在70%～93%內，呈深厚軟基型。最終通過一系列的研究討論，決定在對該路段進行軟基處理時，采取真空聯合堆載預壓的方式。

3 施工方法

3.1 工藝流程

所謂的真空聯合堆載預壓，其主要意思是指，針對一些待處理段落，可以通過優先在豎向排水方面進行設施的方式，先將為土壤中的水分提供通暢的排水體系，然后在對其抽真空時，適當的加入堆載預。在此情況下，就可以使得目標土層通過渠道將水分及時排出，同時還可以進一步加快固結速度，從而達到目標的固結程度，這也是路基施工主要要求之一。簡述施工過程中的工藝流程可以表現為，從表面清理與排水，到墊層鋪設，再到設置豎向排水結構，此時可以設置真空管網，然后密封，進行抽氣、堆載，最后到達真空卸壓，以至驗收。

3.2 表面清理與排水

在處理地面的紅線范圍中，先將地表上面的一些淤泥、石塊還有部分植物進行清理，再通過中粗砂換填，要注意的是需要做好平整工作，然后等待晾曬后再重新填在地表工作面。另外要注意的是，還需要挖圍堰，圍堰的位置可以設置在邊樁外側大約2m 的距離，與此同時在圍堰外部，設置一些可以排水的通道，便于把圍堰里面的水抽干，通過這樣的方式來將地表積水以及淺層的地下水進行排出，以免在施工過程中發生意外造成不良后果。

3.3 墊層鋪設與豎向排水結構設置

排水通道可以采取墊層鋪設與豎向排水相結合的設置模式，它的質量可以直接影響到預壓排水的結果與效果。在鋪墊前，首先要做的就是嚴格檢驗墊層的材料，確保材料的質量符合應用標準。規定要求是，材料的含泥量要低于3.0%，細度模2.9，滲透系數0.012cm/s，且材料必須要完全符合技術要求以及工程設計規范[3]。

塑料排水板俗稱豎向排水結構，在施工前嚴格進行檢查，確保各項指標都達到技術要求與規范。墊層在壓實的狀態下，其厚度必須達到50cm，在此情況下，在進行鋪設時要分為兩個層次，一是先按20cm 的厚度來進行鋪設，二是按30cm 的厚度來進行鋪設。但需要強調的是，在進行第二層鋪設之前，要先設置好塑料排水板，接下來在完成鋪設后需要進行檢測；要保證在適當碾壓的壓力情況下，其壓力度要在93%以上。另外，在設置墊層時，要處于邊樁外側約1.5m的位置，同時在頂部配套設置一個橫坡，大約在2%左右，這樣更加便于排水能力。

例如，該施工所使用的是SPB-C 型排水板，按照正方形來進行鋪設，距離為1.5m 間隔，在完成了第一層鋪設以后就進行打設，采用了套管法。而且確保了打設的深度要求，同時套管垂直度也都符合規定，在打設時要注意的是，一定要避免排水板出現破裂現象，也要注意防止濾膜撕裂；打設完成以后，對墊層的排水板要求是長度在25cm。根據實際情況，再縱向設置出便于觀測的中樁及邊樁，可以按照40m 的間隔設置，并分別設置水壓力儀，要求的距離是分別在地表下層的4m、8m、12m 和16m 的距離，與此同時，還需要設置沉降板，配套完成測斜儀的設置，這類設置的距離要求是在地表下8m 和18m 進行，通過上述設置，可以加固土層應力，還可以實時監測到位移情況以及水壓變化等情況。

3.4 真空管網設置與密封

通常情況下選擇PVC 管作為真空排水管，因為需要考慮到路基的整體結構，例如當路基整體呈現為長條形時，需將排水管進行區分，一共有兩個類型，一類是主管、另一類是濾管，管徑分別是75mm 與60mm。主管縱向埋設，間隔控制在25m 的距離，在管頭采用變徑三通和濾管相連，另一端與射流泵相連，可穿過密封溝；而濾管沿橫向埋設，距離間隔在5m，以魚骨形與主管相連，可以以鋼絲軟管作為相連材料，再使用接頭相連。根據實際情況，選擇出最適宜的方案將管道的接口處相連，從而形成管網。要注意的是，為更好地進行土工布鋪設，需要在對應的位置預留出膜口，然后開挖密封溝，密封溝可以設置在場地外邊緣，密封膜一般采用聚氯乙烯薄膜。

在鋪設密封膜時，尤其要注意的是，密封膜插入的深度需要在溝底100mm 左右，通過翻轉錨固定后填實，最后需要再次對密封膜進行嚴格檢查，確保不會出現破裂等問題。如果存在破裂問題，應立即采取補救措施；如果遇到破裂面積大的問題，應該立即采取整體更換的方式。鋪好密封膜以后，還需要在上面再鋪設一層土工布，這樣不僅保護密封膜還能起到一定的鞏固作用，以免上部填料將密封膜破壞。

3.5 抽真空和堆載

在表面上的土工布鋪好后，可以采用真空射流泵進行抽真空處理，其抽真空的范圍可以達到900m2左右，在此過程中應該要避免漏氣的問題產生，尤其要注意接頭部位，這里是最容易產生漏氣的位置，應該重點注意。此時可以觀察真空度，當其連續5d 以上且處于恒定狀態時，就可以進行堆載。堆載前，還需將一層素土建在密封膜的表面，一般情況下，要求素土厚度在15cm 即可，因為這樣可以對密封膜起到一個保護作用，從而避免密封膜產生漏氣、破損等問題，避免因漏氣的原因導致卸壓問題的產生，然后再進行分層堆載，這里的堆載高度應按照4.0m 來實施，同時進行適當碾壓。

3.6 真空卸壓

堆載標的高度要與路床頂部標高處于相符合的狀態，同時注意對沉降結果進行觀測，確認沉降的速率是否達標，一般要求是在最近7d 以內，速率要始終不得高于2mm/d，在此情況下才可以停止抽真空。在進行施工中，停止抽真空也是有一定要求的，需要對數據進行監測，且要保證堆載后仍然達到80d 持續抽真空；通過數據監測及核算，固結度在90%以上時，且沉降不超過30cm 時，即可進行下一步施工[4]。

3.7 現場測試

通過數據監測，在K21+454 段沉降量將達到最大，達到188.2cm，平均148.4cm。沉降速率在堆載前、抽真空初始時，處于較快狀態。沉降在抽真空第5d 時，速率可以達到最大范圍，約為6.8cm/d；過程中通過監測發現，路床始終處于平穩狀態，結束后能確保固結度在90%以上，沉降能夠確保在30cm 以內，這是一個成功的案例。

為進一步確保土體狀態是固結的，就需要實時監測孔隙水壓，通過監測的數據還可以計算出固結度，從而能夠更加清晰明了地反映出土體抗剪強度變化的具體情況，同時還可以作為數據參考對施工的加荷速率進行調整與安排。

在施工過程中，抽真空與之伴隨的是孔隙水壓會變小；當開始加載后，孔隙水壓加大，在達到數值高峰時，就會開始下降；當再次實施施加荷載后，水壓又會回升再逐步下降。循環往復，不斷加大地基土強度。由此可以得出結論，抽真空直接影響孔隙水壓，使超靜水壓產生；經研究可知，下降速率最高的空隙水壓處于地表下12m 深；堆載填土時，伴隨著一次次荷載的施加，堆載相繼變化，因此可以在監測中發現孔隙水壓會增幅明顯，但持續時間是比較短暫的，之后便開始趨于持續穩定的狀態。堆載路床時，在地表下大約16m 的位置，設置測點來監測，數值達到28kPa 是其孔隙水壓的最大變化量，而處在10～20kPa 范圍內的其他測點[5]，依然保持穩定的狀態，這是由于真空壓力產生的結果，故堆載時數值小于孔壓初始值是避免失穩產生的影響，在大堆載效率以及速度的同時，讓其始終保持穩定的狀態，順利的完成了軟基處理，不僅達到縮短工期的效果，還進一步提高了施工效率。經數據觀察，該方式達到了預期效果，方案可行可推廣。

4 結論

通過上述內容可以得到以下三個方面的結論：一是經上述處理過程，該段路基平穩穩定，且所在路床同樣狀態平穩，無失穩現象的產生，且工后沉降滿足相關要求。想要從根本上解決路基下沉問題，尤其是在軟基分布造成的情況下，可以采取對真空聯合堆載預壓的方法，通過科學的判定，合理的運用，從根本上進行施工的部署安排，使路基在施工以后仍然保持穩定的狀態。二是雖然真空聯合堆載預壓的整體施工工藝程序相對簡單，從施工的技術層面上來看沒有很高的要求，但要為了達到更加滿意的預期效果，在施工的過程中仍然需要進行布局和控制、比對和監測，例如在對排水板進行插入時，對其間距、深度要嚴格控制，同時通過科學的密封過程，在真空抽取的過程中，依然控制好時間與速率。三是經過相關的施工案例分析研究，進一步對真空聯合堆載預壓的可行性進行了驗證，明確了其合理性，不僅操作方便、工藝簡單，更能夠降低成本，是一項值得推廣應用的高速工程優秀經驗。