城市道路軟土地基真空預壓試驗研究

【摘要】對軟土深厚的地基進行了真空預壓試驗研究，試驗表明真空預壓法處理蘇州地區(qū)軟土地基可行。

【關鍵詞】軟土地基；真空預壓；孔隙水壓力；靜力觸探試驗

蘇州地區(qū)的軟土大多為河川、湖沼沉積而成的淤泥或淤泥質粘土，主要特點為：流塑狀，含腐植物和有機質，含水量高（一般在40%～60%），空隙比大（一般均超過1.0），壓縮性高，土層強度低（一般在40～50KPa），層厚較厚。蘇州地區(qū)城市道路的特點是：路面縱坡較小，路面標高主要按防洪要求設計，因此路基大多為低填方，路基普遍處于潮濕狀態(tài)；道路用地現狀河塘密布，河塘段路基較多；施工工期短，雨量較多，路基施工受氣候影響大；路基內管線較多；地基富含軟土，軟土地基的處理效果是整個道路工程質量的關鍵。

蘇州地區(qū)常用淺層處理（石灰土改良、開挖換填、拋石擠淤）、排水固結（堆載預壓+豎向排水體、真空—堆載預壓+豎向排水體）、復合地基（水泥加固土樁）等軟土地基的處理方法，但是，從近十幾年城市道路總體建設情況來看，軟土地基的處理效果不盡如人意，許多道路出現了大于50cm的工后沉降，道路開裂、坑洼、破碎、局部位移等道路病害比較普遍發(fā)生。為提高軟土地基的處理效果，2009年采用真空預壓法進行試驗，試驗選擇在某路的K1+916～K2+420路段，地基處理范圍為道路紅線兩側各外擴2米，地基處理寬度48m。

1、試驗段工程條件

1.1試驗段工程地質條件

該段道路沿線多為民房及農田、魚塘，地面高程在2.0～4.76m（黃海高程）之間。沿線的軟弱土層主要包括①1淤泥、①2素填土、②亞粘土、③淤泥質亞粘土。主要的土層由上而下為：

①1淤泥：灰黑色，流塑，夾腐植物及有機質，有淤臭味，為近代河道淤積浮泥，層厚0.5～0.8m。該土層僅河道及魚塘底部有分布。系極高壓縮性，極低強度土層，工程性質極差。

①2素填土：灰褐～灰黃色，松軟，以粘性土為主，夾有植物根莖，厚度0.5～1.6m。該土層除沿線河道及魚塘部分其余均有分布，該土層壓縮性不均且偏高，強度低，工程性質極差，承載力60kPa。

②亞粘土：灰黃色，軟塑為主，局部粉質含量較高，流塑。含鐵錳質氧化斑點。層頂標高0.82～2.31m，厚度0.8～2.2m。該土層除沿線河道及魚塘部分其余均有分布，中等偏高壓縮性，中低強度土層，工程性能偏差，承載力80kPa

③淤泥質亞粘土：灰色，流塑。含少量有機質（含量1.09～1.25%，平均為1.17%），局部夾有薄層泥炭。層頂標高-0.40～0.44m，厚度9.0～14.2m，沿線均有分布，系高壓縮性，中等～高靈敏度（St平均為3.81），低強度土層，工程性能差，承載力60kPa。

④亞砂土：灰黃色，中密，飽和，薄層理發(fā)育，夾有薄層狀亞粘土，層頂標高-12.74～-12.26m，厚度0.9～1.00m。該土層局部分布。系中等壓縮性，中低強度土層，工程性能一般。

各土層物理力學性能指標見表1。沿線有影響的地下水主要為孔隙潛水、潛水賦存于淺部粘性土層中，富水性差，主要受大氣降水入滲和周圍河流側向補給，以地面蒸發(fā)及向周邊河流側向徑流為主要排泄方式；潛水穩(wěn)定水位標高約為1.08～1.10m，基本同當地河水位。

淺部土層的滲透系數如下：①2素填土K=1.0×10-5cm/s；②亞粘土K=2.0×10-6cm/s；③淤泥質亞粘土K=5.0×10-6cm/s。

根據地質條件分析，K1+916～K2+235路段原始地面較高，平均標高約為2.250m，軟土頂面平均標高約為0.17m，軟土底部平均標高約為-11.22m，軟土埋深約13.47m，軟土平均厚度約11.39m；K2+235～K2+420段原始地面較低，平均標高約1.123m，軟土頂面平均標高約為-0.22m，軟土底部平均標高約為-12.38m，軟土埋深約13.50m，軟土平均厚度約為12.16m。根據場地標高情況，將試驗區(qū)劃分為2個小區(qū)，K1+916～K2+235為試驗1區(qū)，K2+235～K2+420為試驗2區(qū)。

2、試驗方案

2.1 場地整理

對現有場地進行清淤回填。在道路兩側處理邊線外開挖排水明溝，并及時將排水溝內的水排出。

2.2 水平排水通道

在試驗區(qū)域內鋪設40cm厚砂墊層作為水平排水通道。砂墊層采用中粗砂，含泥量小于3%，滲透系數大于1×10-2cm/s。

2.3 豎向排水通道

在試驗區(qū)域內插設塑料排水板作為豎向排水通道。塑料排水板采用SPD-100B型板，間距0.9m×0.9m，呈正方形布置，插設深度以到達③淤泥質亞粘土底部以上1m左右為準，不能進入到以下的④亞砂土中，防止漏氣。塑料排水板上端高出砂墊層20cm，并將該20cm的塑料排水板沿水平方向擺放并埋入砂墊層中。

2.4 平面排水系統(tǒng)安裝

平面排水系統(tǒng)由主干管和濾水管組成。主干管和濾水管均采用Φ75mmPVC管。主干管不打眼，起連接作用；在濾水管上四周打孔，孔徑為6mm，孔間距5cm，正三角形布置，管外包裹過濾材料防止細砂進入濾水管。塑料排水板纏繞在濾水管上。濾水管和主干管、主干管和主干管由二通、三通、四通用軟接頭連接，以適應處理場地沉降的要求。管道鋪設完成后，在其上覆蓋200mm厚中粗砂。

2.5 鋪設密封膜

鋪設密封膜之前，要確保沒有貝殼、帶棱角石子等雜物，并將露出砂墊層的塑料排水板插入砂墊層中。先鋪設一層無紡土工布作為保護層，然后鋪設2層PVC密封膜。鋪膜過程中，隨鋪隨用砂袋進行壓膜，防止起風將膜卷走或撕裂，禁止施工人員著硬底鞋在膜上作業(yè)或行走，以防止將膜刮破。在鋪膜完成的同時，安裝少量的真空泵進行工作，將鋪設好的膜吸住。在預壓區(qū)邊界處，將真空膜埋入淤泥中，并用粘土壓實，防止漏氣。

2.6 修筑圍堤

在真空預壓區(qū)域邊界處修筑圍堤，圍堤高度1.5～2.0m。

2.7 真空預壓

每700～800m2設置一臺射流泵，進行真空預壓。穩(wěn)壓后向真空膜上覆水，覆水高度1.0～1.5m，繼續(xù)預壓。預壓時間不少于90天或當沉降量連續(xù)3天小于3mm/d時可停止預壓。

3、現場測試

為測試真空預壓對地基加固的效果和變形特征，需要對試驗過程中和試驗后的地表沉降和土體物理力學參數進行測試分析，主要進行的測試項目有：

① 地表沉降測試 測試點布置見圖1，在進行試驗前在各測試點位埋設沉降板，定期進行沉降觀測，繪制沉降、加載與時間關系曲線和變化曲線，計算固結度，確定揭膜卸載的時間標準。根據地表沉降量數據預測沉降趨勢，確定預壓卸載時間和面層施工時間，控制施工速率，確保施工安全，為施工期間的沉降量的計算提供依據。

圖1 沉降觀測點位平面布置圖

②孔隙水壓力觀測 孔隙水壓力觀測的目的是觀測孔隙水壓力的變化，以便了解下臥軟土層的排水情況，掌握地基處理期間孔隙水壓力的增長和消散，推測土體的固結度，為確定卸載時間提供依據。

③靜力觸探試驗 地基處理前后，在同一位置處進行靜力觸探試驗，了解各土層的強度變化情況，為分析加固效果和設計計算提供資料和依據。

4、真空預壓試驗結果

4.1試驗點沉降

試驗過程中，對各測試點沉降進行了觀測，繪制了各點的沉降-時間曲線，其中測試點2-3，2-14的沉降曲線見圖2、圖3，1區(qū)和2區(qū)的沉降平均值-時間曲線見圖4和圖5。在經過約70天的低位預壓后，1區(qū)完成沉降為488～743mm，平均約570mm，2區(qū)完成沉降為700～770mm，平均約750mm。且到后期沉降速率較小（滿足連續(xù)5天沉降小于2mm/天的要求），沉降曲線趨于平穩(wěn)，已經達到了卸載的標準，可以卸載。

圖2 K2+330中（2-3）沉降-時間曲線

圖3 K1+980中（2-14）沉降-時間曲線

圖4 1區(qū)沉降-時間曲線

圖5 2區(qū)沉降-時間曲線

4.2孔隙水壓力變化

試驗前分別在K2+145和K2+325處埋設了2組孔隙水壓力計，K2+145處的2組孔壓計深度分別為3m，5m，7m，9m和4m，6m，8m。K2+325處2組孔壓計深度分別為5.5m，7.5m，和6m，8m。繪制了各點的孔隙水壓力隨時間變化曲線，其中測試點K2+145處3m，K2+145處6m，K2+325處8m的孔隙水壓力隨時間變化曲線見圖6、圖7、圖8。

圖6 K2+145處3m深度孔隙水壓力變化-時間曲線

圖7 K2+145處6m深度孔隙水壓力變化-時間曲線

圖8 K2+325處8m深度孔隙水壓力變化-時間曲線

各孔壓計的孔隙水壓力變化累計值統(tǒng)計見表2。

根據孔隙水壓力—時間曲線，經過約70天的低位預壓，各點的孔壓消散基本都大于80kPa，平均達到87 kPa。到后期，孔壓消散比較小，基本達到穩(wěn)定，從孔隙水壓力消散情況來看，此時也已經達到了卸載標準。

另外，從不同深度處的孔隙水壓力變化值可以看出，對于深層的軟弱土層，孔隙水壓力變化值也較大，真空度衰減較小，處理效果良好。

4.3靜力觸探試驗

預壓結束后，在預壓過的場地和鄰近未處理過的場地分別進行靜力觸探試驗并進行對比，檢驗地基處理的效果。分別在試驗區(qū)域內和試驗區(qū)外進行了6組靜力觸探對比試驗，根據靜力觸探Ps值，處理前后的軟土層對比情況見表3。

根據Ps值的對比，處理前后軟土層的提高幅度達85%～316%，加固前軟土層的Ps平均值為0.208MPs，加固后軟土層的Ps平均值達0.494Mpa，平均提高138%，處理后土層的強度有明顯的改善。

5、初步結論

通過對試驗道路K1+916～K2+420路段真空預壓試驗， 1區(qū)平均完成沉降約570mm，2區(qū)平均完成沉降約750mm，軟土層的沉降得到消除；孔隙水壓力消散值平均達到87kPa，真空效果良好；試驗前軟土層的Ps平均值為0.208Mpa，試驗后的Ps平均值達0.494Mpa，提高幅度達138%，處理后土層的強度有明顯的改善。在蘇州地區(qū)，針對類似的軟土層深厚的地基處理工程，可采用真空預壓法進行處理。

作者簡介：

王和平（1967——），男，安徽馬鞍山市人，畢業(yè)于馬鞍山聯合大學，工民建專業(yè)，工程師。