真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法在高速公路建設(shè)中的應(yīng)用

徐 哲

我國(guó)沿海及長(zhǎng)江中下游、珠江三角洲等地區(qū)廣泛分布著大量近代沉積的軟土地層，這種軟土地層具有含水量高、孔隙比大、滲透性差、強(qiáng)度及承載力低等特點(diǎn)，具有明顯流變性和一定的結(jié)構(gòu)性。隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，近年來(lái)我國(guó)高速公路建設(shè)的發(fā)展迅速，將不可避免地要在軟土地基上修建越來(lái)越多的高速公路。要在軟土地基上修建公路，必須解決好兩個(gè)方面的問(wèn)題:1)路基要有足夠的穩(wěn)定性;2)工程完工后，路基沉降穩(wěn)定。否則會(huì)直接影響路基填筑和路面工程的質(zhì)量，出現(xiàn)路基滑轉(zhuǎn)、路面沉陷、橋頭跳車(chē)等質(zhì)量病害。近年來(lái)，真空預(yù)壓被逐漸應(yīng)用于高速公路軟基處理中，真空預(yù)壓與路基堆載相結(jié)合后，便形成了真空堆載聯(lián)合預(yù)壓。此方法造價(jià)低、工期短、節(jié)省土方、加固效果有保證。

1 真空聯(lián)合堆載預(yù)壓加固機(jī)理

真空聯(lián)合堆載預(yù)壓實(shí)際上是真空預(yù)壓法和堆載預(yù)壓法的聯(lián)合。通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)和有限單元法分析，表明地基在負(fù)壓條件下進(jìn)行堆載，正負(fù)壓共同作用下效果是可以疊加的。真空聯(lián)合堆載預(yù)壓是在真空預(yù)壓的基礎(chǔ)上利用路基填筑施加外載，增加總應(yīng)力，增加軟土中孔隙水壓力，加大軟土與排水通道中的孔隙水壓力差，在此壓力差和堆土荷載的聯(lián)合作用下，土體中的孔隙水不斷排出，加快軟土排水固結(jié)，直至達(dá)到預(yù)期目的。同時(shí)由抽真空引起的負(fù)超靜孔隙水壓力和堆載引起的超靜孔隙水壓力可以產(chǎn)生部分抵消應(yīng)力，使土體在快速堆載時(shí)不致產(chǎn)生過(guò)高的超靜水壓力，從而也保證了工程施工時(shí)土體的穩(wěn)定，提高地基的承載力。

2 施工工藝及方法

1)鋪設(shè)砂墊層和打設(shè)塑料排水板。在原地面清表壓實(shí)后攤鋪厚30 cm砂墊層，在施工前要對(duì)砂料進(jìn)行嚴(yán)格檢測(cè)，要求含泥量不大于5%;豎向排水體采用寬10 cm、厚4mm B型板，芯板不容許采用再生塑料。呈梅花形布置，間距為 1.0 m，打入深度為20m，施工時(shí)要注意控制回帶長(zhǎng)度，回帶長(zhǎng)度不得大于 50 cm。

2)安設(shè)濾管和真空泵。真空濾管采用φ76 mm硬質(zhì)透水管(硬聚氯乙烯或聚丙烯管)壁厚2.9mm，打孔加工后包土工織物濾水管層，并捆扎結(jié)實(shí)，濾水層應(yīng)只透水氣不透砂。全部濾管均埋入砂墊層內(nèi)，施工時(shí)要注意濾管的間距和連接的緊密性。真空泵功率為7.5 kW，約1 000m2布設(shè)一臺(tái)。

3)鋪設(shè)密封膜。應(yīng)先清除砂墊層表面雜物，并人工細(xì)平砂墊層。待埋完真空表測(cè)頭及其他觀測(cè)儀器后，人工鋪設(shè)密封膜。密封膜采用三層聚乙烯或聚氯乙烯薄膜，密封膜質(zhì)量必須符合設(shè)計(jì)要求，密封膜要求在工廠熱合一次成型，若現(xiàn)場(chǎng)搭接，搭接寬度不得小于 2m。封膜采用兩層土工膜，人工鋪設(shè)第一層土工膜，認(rèn)真檢查是否有漏洞并進(jìn)行及時(shí)修補(bǔ)，再鋪設(shè)第二層土工膜，最后用黏土回填密封溝。鋪密封膜是本工程的關(guān)鍵工序，質(zhì)量好壞直接影響加固效果，防止密封膜的損壞。

4)抽真空、進(jìn)行膜上堆載。把濾水管通過(guò)出膜器與真空泵連接后，就開(kāi)始抽真空。抽真空后，加固區(qū)膜下真空度會(huì)持續(xù)上升，當(dāng)真空度達(dá)到并維持在80 kPa以上時(shí)，即進(jìn)入了正常真空預(yù)壓階段。在進(jìn)行堆載前應(yīng)在密封膜上鋪設(shè)無(wú)紡?fù)凉げ己蜕皦|層，防止填料刺破密封膜。正常抽真空 10 d后，可進(jìn)行路基填筑施工;第一層填料應(yīng)采用細(xì)料，路基填筑速度不應(yīng)過(guò)快，嚴(yán)格按照沉降情況進(jìn)行堆載施工，防止加荷速率過(guò)快發(fā)生路基失穩(wěn)現(xiàn)象。

3 工程概況

某濱海高速 K17+040～K17+374路段由于受工期的嚴(yán)重制約，經(jīng)變更改為真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法處理軟基，處理面積約2萬(wàn)m2。

1)設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)。a.路基橫斷面:計(jì)算行車(chē)速度100 km/h，路基頂寬26m，行車(chē)道和硬路肩橫坡為2%，土路肩為3%，邊坡坡率為1∶1.5，路堤邊坡坡腳寬1.0m護(hù)道，其外側(cè)設(shè)置邊溝。b.路基的重度，平均取20 kN/m3，路段填土高度5.0m。c.固結(jié)度取值為70%。

2)監(jiān)測(cè)內(nèi)容。施工監(jiān)測(cè)主要包括真空度，地下水位，地表沉降量，水平位移，孔隙水壓力等觀測(cè)。

3)荷載情況。整個(gè)加固區(qū)的預(yù)壓荷載包括真空荷載和堆載荷載。真空預(yù)壓區(qū)于 2009年 6月 30日正式抽真空，2009年 7月11日膜下真空度達(dá)到 80 kPa，并開(kāi)始進(jìn)行堆載聯(lián)合預(yù)壓，2009年8月 30日堆載施工全部結(jié)束，堆載厚度約為 5m為等載預(yù)壓，至2009年 11月 11日，真空預(yù)壓歷時(shí)為 135 d。

4 加固效果分析

1)水平位移分析。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察量測(cè)結(jié)果最大水平位移發(fā)生在地表處，最大水平位移量為 42.04mm，影響深度約為 8m。在抽真空初期，由于真空負(fù)壓的作用，土體的水平位移均向區(qū)內(nèi)變化，對(duì)地基的穩(wěn)定來(lái)說(shuō)，是處于安全狀態(tài)。在進(jìn)行堆載施工時(shí)，土體位移在荷載厚度不斷增加的過(guò)程中，有向區(qū)外變化的趨勢(shì)，但變化速率較小。在堆載高度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，雖然最大水平位移仍向區(qū)內(nèi)變化，但深度 2 m以上的土體位移已完全向區(qū)外變化，而深度 2m以下的土體位移雖仍向區(qū)內(nèi)變化，但其數(shù)量明顯減小。

2)孔隙水壓力。在抽真空的初期，孔隙水壓力數(shù)值迅速減小，孔壓的消散速率很大。在進(jìn)行堆載施工期間，隨著荷載厚度的不斷增加，孔隙水壓力也隨著增大。以后在真空聯(lián)合堆載預(yù)壓期間，隨著時(shí)間的推移，孔隙水壓力漸漸減小，但消散速率不大。

3)沉降量及固結(jié)度。a.沉降量。地表沉降觀測(cè)，在抽真空初期，沉降率很大，曲線較陡，地基土固結(jié)效果明顯，期間最大速率達(dá)到43mm/d。在進(jìn)行堆載施工期間，隨著荷載厚度的不斷增加，地表沉降測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)一個(gè)沉降速率較大的過(guò)程，最大沉降速率為28.0mm/d，但加荷結(jié)束后沉降速率很快變小。b.固結(jié)度。利用地表沉降量，從實(shí)測(cè)沉降曲線上可以推算最終沉降量，從而求得地基土的固結(jié)度，見(jiàn)表1。

表1 各測(cè)點(diǎn)的沉降量與固結(jié)度

4)指標(biāo)評(píng)價(jià)。a.抽真空初期，真空度上升較快，后期變慢，基本趨于平穩(wěn)，說(shuō)明在整個(gè)真空聯(lián)合堆載預(yù)壓過(guò)程中，地基是穩(wěn)定的。b.抽真空效果是非常明顯的，自 2009年 6月 30日正式抽真空起，至2009年11月11日歷時(shí)135 d，地表沉降296mm～799mm，平均沉降489mm。c.根據(jù)沉降曲線推算平均固結(jié)度均為73%，均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的停止抽真空的條件。d.采用真空聯(lián)合堆載施工方法，比僅堆載預(yù)壓施工工期提前 4個(gè)月。

5 結(jié)語(yǔ)

真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法在本工程的應(yīng)用中，各項(xiàng)指標(biāo)均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，說(shuō)明在高速公路建設(shè)中采用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法是切實(shí)可行的，并能取得很好的加固效果。采用此法來(lái)處理深厚軟土地基相對(duì)于等超載預(yù)壓、粉噴樁等加固軟基的傳統(tǒng)方法而言，具有加固效果明顯、造價(jià)低、縮短工期等優(yōu)點(diǎn)。

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