市政道路軟土地基真空預(yù)壓效應(yīng)研究

鄭海建

(上海兩港市政工程有限公司，上海 201300)

1 概述

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，市政道路建設(shè)發(fā)展迅速，對(duì)道路交通有著較大的需求。東南沿海地帶，廣泛分布著軟土、浸水土、彈性土，如處理不當(dāng)會(huì)造成路基的滑移、開(kāi)裂、路面不平等病害，給以后的道路交通帶來(lái)不同程度的影響。因此，在城市相關(guān)市政道路的建設(shè)時(shí)，不僅首先要對(duì)道路的路基有詳細(xì)的地質(zhì)情況勘察，并且對(duì)軟弱性土基要有針對(duì)性的符合規(guī)范要求的處理措施，做到經(jīng)濟(jì)、合理和適用。

2 軟土地基的特性以及處理方法

軟弱地基主要有以下三個(gè)顯著的特點(diǎn):變形量相對(duì)比較大;壓縮密實(shí)和達(dá)到穩(wěn)定所需要的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng);側(cè)向變形大、破壞性比一般的土體要明顯得多。

2.1 土體的變形量相對(duì)比較大

軟弱的土體主要就是指淤泥土或者淤質(zhì)土，土體含水豐富，水分不易從土體中自流出來(lái)，含水的土體容易產(chǎn)生變形，并且變形的幅度比干實(shí)土體要大得多，變形的形狀不規(guī)則、不穩(wěn)定。

2.2 土體壓縮密實(shí)及達(dá)到穩(wěn)定所需要的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)

軟土一般含有大量的粘性土粒，雖然孔隙率比較大，但是單個(gè)土體孔隙比較細(xì)，孔隙中的水分很難自由流動(dòng)，水體通透率很低，飽和的土體受較大的荷載作用后，水分不能很快從土體排出，變形也只能緩慢發(fā)展，有的軟土其變形過(guò)程甚至要持續(xù)發(fā)展數(shù)年或者達(dá)數(shù)十年之久。

2.3 側(cè)向變形、破壞力比一般土體大

軟土的側(cè)向變形也稱(chēng)橫向變形，與豎向變形之比在相同的工程環(huán)境條件下比一般土體要大得多，破壞也更加明顯。

在路基施工中，針對(duì)軟土地基的特點(diǎn)，現(xiàn)有的施工處理措施大致有以下幾種:將軟土挖除，換填符合規(guī)范要求的好土，然后進(jìn)行夯實(shí);當(dāng)換填土受到條件限制時(shí)，可采用深層水泥攪拌樁、噴粉樁和碎石樁進(jìn)行處理;對(duì)軟土進(jìn)行加筋處理［1］的方法多用于明暗浜回填，主要使用的材料為土工布，土工布布置于礫石砂層與粉煤灰層之間。不同的技術(shù)處理均對(duì)土質(zhì)與施工操作有著不同的規(guī)范要求，在施工中要嚴(yán)格按照操作規(guī)范要求進(jìn)行，以免操作不當(dāng)造成質(zhì)量事故。本篇論文簡(jiǎn)述的真空預(yù)壓排水并對(duì)地基土表面固化的處理方法在當(dāng)前市政道路工程建設(shè)中使用得還不太多，然而對(duì)于長(zhǎng)期處于飽和狀態(tài)下的淤泥質(zhì)軟土、浸水土等加固效果較為顯著。路基經(jīng)此方法處理的道路在投入使用以后，近幾年時(shí)間內(nèi)還未發(fā)生明顯的沉陷、塌方、橫向側(cè)移破壞、龜裂等病害事故。

3 真空排水預(yù)壓固結(jié)處理方法

軟弱土體的排水固結(jié)法顧名思義就是排水與固結(jié)兩方面，一方面想辦法采取措施將土中的水分排走，減少土體中的水分，另一方面是要對(duì)排水后的土體進(jìn)行固化，減少土體的孔隙率，提高土體密實(shí)度和強(qiáng)度。這種土體固化處理技術(shù)是目前相對(duì)比較經(jīng)濟(jì)的一種施工方法。

土體排水的原理非常簡(jiǎn)單，排水時(shí)先使用表層密封膜對(duì)土體和空氣進(jìn)行隔絕形成封閉層，封閉層下鋪設(shè)有水平排水砂層。然后向原有土體中打入塑料排水帶或者采取沙井的方式，形成由下而上的排水通道與封閉層下的排水砂層相連，在所需要處理的土體表層周?chē)O(shè)有封閉式排水溝，這樣就形成了一個(gè)完整的封閉式真空排水系統(tǒng)(如圖1所示)。在地表用水泵進(jìn)行抽水排水后，地下土體中的水便會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓，在負(fù)壓的作用下水分通過(guò)排水通道向外排水。在土體中的多余水分被排出后，土體的承載應(yīng)力便會(huì)增加，從而達(dá)到承載能力的明顯提升，后期的沉降情況可以得到較好的改善。

圖1 真空排水示意圖

經(jīng)過(guò)排水后的軟土地基往往達(dá)不到理想的工程效果，土體孔隙比較大，依然有很大的沉降過(guò)程沒(méi)有完成。如果按照自然條件進(jìn)行土體沉降將是一個(gè)非常緩慢的過(guò)程，而且容易受到外界條件干擾。這時(shí)需要想辦法使土體加速沉降，快速完成固結(jié)，以便于后續(xù)工程施工。平時(shí)我們通過(guò)壓路機(jī)重復(fù)碾壓泥土使其形成良好的土路基，同理，我們可以通過(guò)人工增加荷載使排水后的土體加快沉降，短時(shí)間里提高土體密實(shí)度和強(qiáng)度。這樣，預(yù)壓土基的處理技術(shù)應(yīng)用而生。預(yù)壓技術(shù)就是對(duì)土體施加不小于工程設(shè)計(jì)所需要的荷載進(jìn)行前期壓縮沉降，土體固結(jié)沉降后，再按規(guī)范要求對(duì)沉降下去的部分進(jìn)行回填到設(shè)計(jì)標(biāo)高，然后再進(jìn)行后續(xù)施工。雖然經(jīng)過(guò)預(yù)壓技術(shù)后，土體的總沉降量沒(méi)有改變(見(jiàn)圖2)，但是可以人為有效地控制沉降時(shí)間，避免后期土體沉降時(shí)對(duì)已建構(gòu)筑物的影響，甚至是破壞。

圖2 真空排水預(yù)壓固結(jié)施工中所產(chǎn)生的總沉降量

土體的真空排水與荷載預(yù)壓有機(jī)相結(jié)合便是本文所主要論述的真空排水預(yù)壓固結(jié)技術(shù)。

就以前所有的施工實(shí)踐表明，排水固結(jié)法能夠減少非砂性軟土地基的固結(jié)等待時(shí)間，效果明顯。一般的工程地質(zhì)情況下，軟土路基在預(yù)壓后固結(jié)度可達(dá)到85%～95%，是比較經(jīng)濟(jì)有效的地基處理方法。

真空排水預(yù)壓固結(jié)法的施工要點(diǎn)主要有:

1)正確選擇和使用真空排水預(yù)壓固結(jié)法。此施工方法并非適用于任何軟土地基，例如，砂質(zhì)土中無(wú)法形成有效的真空封閉排水系統(tǒng)，便難以有效使用此施工方法進(jìn)行處理。

2)合理、正確布置排水通道，必要時(shí)可進(jìn)行探孔操作。成孔操作必須符合設(shè)計(jì)與規(guī)范要求。

3)布置排水帶(排水板)時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意插入土中的情況，避免排水通道不暢?？梢酝ㄟ^(guò)監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行監(jiān)控排水板帶入土深度(見(jiàn)圖3)。

圖3 排水沉降觀測(cè)示意圖

4)預(yù)壓過(guò)程中，注意土體沉降的均勻性以及分級(jí)加壓的荷載大小。

4 地層表面固化及回填處理

在軟弱土基處理過(guò)程中，除了需要將土體水分排放，有時(shí)還要對(duì)土基的表層進(jìn)行固化處理。固化方法主要是對(duì)不良的土體表層摻合固化材料，使其固結(jié)達(dá)到施工設(shè)計(jì)要求的承壓程度。

固化材料的使用需要參照材料的使用說(shuō)明，結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)的土體情況，正確選擇固化材料品種，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)算得出原位土體與固化材料的配合比。經(jīng)驗(yàn)表明固化材料自身固化強(qiáng)度越高，單位原土體所需要配比的物料量越少;原位軟土的顆粒越粗，土質(zhì)越純凈，所需要的摻入固化物料的量就越少;土體土層含水量越小，所需要摻入的物料量就越少;原位土的承載能力就越大，摻入的量越少。

表層地基的處理方法一般是在真空預(yù)壓完成以后，分層逐步回填級(jí)配相適均勻的素填土，回填土中不得含有植物根莖，腐殖質(zhì)以及生活垃圾等?；靥顣r(shí)應(yīng)當(dāng)分層碾壓，每層回填厚度不超過(guò)30 cm，回填土層的壓實(shí)系數(shù)不小于0.9。分層回填完成后，要考慮到道路比周邊建筑的標(biāo)高要低一些，且地下土層富含地下水分，為了防止路基在地下水的浸泡下再次變得松軟，應(yīng)在回填土中摻入適當(dāng)?shù)乃?、石灰等添加物，以使其形成?fù)合地基。表層回填土的回填深度不應(yīng)小于0.5 m，以保證結(jié)構(gòu)層的車(chē)輛荷載的應(yīng)力能夠消散，從而避免局部土層的沉降凹陷。

5 真空排水固結(jié)對(duì)環(huán)境的影響

從大量的工程實(shí)踐來(lái)看，由于在排水過(guò)程中，需要在土體中形成真空負(fù)壓，使土中水體得以吸出排走，真空抽水后會(huì)使加固區(qū)域周?chē)耐馏w向加固區(qū)產(chǎn)生橫向的位移，對(duì)周?chē)慕ㄖ?、?gòu)筑物有較大的影響。所以在施工之前必須重視施工中對(duì)周?chē)馏w環(huán)境的影響，制定完備的應(yīng)急預(yù)案。在施工過(guò)程中必須對(duì)周?chē)耐馏w、建(構(gòu))筑物(尤其是管線密集區(qū)域)進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)測(cè)，一旦周?chē)馏w、構(gòu)筑物出現(xiàn)沉降、位移、裂縫等，可以及時(shí)采取必要的處理措施。

6 結(jié)語(yǔ)

一般性軟土地基經(jīng)該施工方法處理后，道路正常通車(chē)數(shù)年未發(fā)生明顯的軟土基處理不良類(lèi)道路病害，路基情況相對(duì)平衡穩(wěn)定，路面沒(méi)有較大沉降、裂縫、坑洼起伏等影響交通的情況出現(xiàn)。根據(jù)有關(guān)的工程資料表明:塑料排水板真空預(yù)壓施工技術(shù)目前較合適的處理有效深度可達(dá)20 m。通過(guò)真空預(yù)壓固結(jié)處理，能夠明顯改善軟土基的沉降情況，可較好地控制軟土路基的沉降影響，以使其達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

由于此處理方法施工工序較多、施工時(shí)間亦較長(zhǎng)，軟土路基需要較長(zhǎng)的預(yù)壓期(一般約需至少3個(gè)月～5個(gè)月)，在對(duì)工期要求相對(duì)緊張的道路工程中，其使用會(huì)受到一定的時(shí)間限制。但是在時(shí)間允許的施工條件下，此軟土地基的處理方法有著自身的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，相對(duì)于其他施工處理方法而言，經(jīng)濟(jì)合理，適用范圍較廣泛，原理簡(jiǎn)單易理解，施工操作方面沒(méi)有很高的技術(shù)門(mén)檻。雖然此施工方法還有些缺陷與不足，但是可以在以后不斷的工程實(shí)踐中逐步完善，以達(dá)到更好的施工效益。

［1］ JGJ 79-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.