真空加堆載預(yù)壓在高速公路中的應(yīng)用

裴璐璐

摘要：在軟土地基上修建高速公路，容易產(chǎn)生較大的不均勻沉降，并且在填筑路基的過(guò)程中容易出現(xiàn)路基失穩(wěn)的現(xiàn)象。近年來(lái)，隨著我國(guó)高速公路的迅速發(fā)展，軟土路基的固結(jié)沉降、變形及強(qiáng)度問(wèn)題成為國(guó)內(nèi)建筑和道路工程學(xué)者研究的重要問(wèn)題之一。本文結(jié)合真空加堆載預(yù)壓在浙江高速公路中的應(yīng)用，分析了加固機(jī)理及其優(yōu)越性，提出了現(xiàn)場(chǎng)施工控制要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：真空預(yù)壓;高速公路;施工

前 ?言

在深厚軟基的加固處理中，將真空預(yù)壓法與堆載預(yù)壓相結(jié)合的真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓法，既能滿足施工工藝的要求，又不耗費(fèi)工期，而且造價(jià)比較合理，能大幅提高軟基加固的效果。因此，在我國(guó)部分沿海地區(qū)的高速公路的軟基處理中，真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法已有較多的應(yīng)用，并且已取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。本文分析了真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法的加固機(jī)理，并對(duì)浙江省內(nèi)某高速公路試驗(yàn)段現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的監(jiān)測(cè)結(jié)果做出了具體分析。

一、加固機(jī)理及其優(yōu)越性

真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法在工程建設(shè)中運(yùn)用成熟的一種技術(shù)，近幾年逐步在高速公路推廣的處理軟土路基的一種新方法，它主要包括排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)。排水系統(tǒng)是由豎向和水平向兩部分組成，豎向排水系統(tǒng)是由塑料排水板（或砂井、袋裝砂井）組成;水平排水系統(tǒng)是由砂墊層及埋入其中的PVC管組成;加壓系統(tǒng)是借助覆蓋在砂墊層上的不透氣薄膜用真空泵來(lái)形成的負(fù)壓，膜上堆載及地下水位降低使土體由飽和重度變?yōu)闈裰囟榷黾油夂伞５叵滤谏鲜龊奢d作用下發(fā)生由地基向排水板的徑向滲流，匯集到砂墊層中并由真空排水系統(tǒng)攜走，使土體有效應(yīng)力增加，同時(shí)發(fā)生固結(jié)。真空2堆載聯(lián)合預(yù)壓往往是利用工程需要堆載（如路堤填土），并在真空預(yù)壓的基礎(chǔ)上利用堆載施加外載，增加總應(yīng)力，增加軟土中孔隙水壓力，加大軟土與砂井中的孔隙水壓力差，加快軟土排水固結(jié)。

真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法主要有以下優(yōu)點(diǎn)：①保證填筑過(guò)程中路堤的穩(wěn)定。對(duì)處理范圍內(nèi)的軟基而言，真空預(yù)壓期間的軟土受真空的約束，不會(huì)向路堤外側(cè)移動(dòng)，相反還有向路線中心線方向收縮的趨勢(shì)。②在真空和填土堆載的聯(lián)合作用下，軟土地基的排水固結(jié)得以加速進(jìn)行，軟土很快達(dá)到一定的固結(jié)度，強(qiáng)度得到迅速提高，能防止橋臺(tái)及相鄰臺(tái)墩遭受推移作用，從而使橋臺(tái)施工得以提早進(jìn)行，為路、橋同步建成交工提供寶貴的時(shí)間。③被處理軟土有較高的固結(jié)度。從所有真空聯(lián)合堆載預(yù)壓與相鄰堆載（超載）預(yù)壓處理后的沉降觀測(cè)結(jié)果看，前者的總沉降值均大于后者;加上真空預(yù)壓處理的路段兩側(cè)的地面略微下沉，而普通堆載預(yù)壓路基兩側(cè)地面略微隆起的現(xiàn)象，表明被真空預(yù)壓處理后的軟土體積收縮率較大，即排水后固結(jié)度較大。④對(duì)環(huán)境影響較小。由于真空預(yù)壓處理路段一般不再需要超載，因而可以少挖土方，少棄土方，對(duì)沿線的植被破壞也比較小，土方施工產(chǎn)生的污染也小。

二、施工情況

塑料排水板按五角星狀布置，間距1.4m，打設(shè)深度為22m。2000年4月25日正式抽空，由于薄膜出廠時(shí)搭接處密封性不好，剛開始十天左右真空度不穩(wěn)，在65kPa左右。后來(lái)真空度基本均維持在80KPa以上，滿足設(shè)計(jì)要求。近8000平方米的加固區(qū)，只用四臺(tái)真空泵，就可以保證膜下真空度維持在80kPa以上。在開始抽真空后，沉降速率增加迅速，幾天內(nèi)即達(dá)到10.8mm/天，僅15天的時(shí)間，地基的沉降量就達(dá)到了10.05cm，盡管沉降速率和沉降量比較大，地基沒(méi)有出現(xiàn)失穩(wěn)。然后，真空度維持不變，沉降速率開始減慢，這說(shuō)明地基的滲流并不是穩(wěn)定的。

三、現(xiàn)場(chǎng)施工控制要點(diǎn)

1.排水系統(tǒng)

豎向排水通道采用塑料排水板在插入時(shí)按照?qǐng)D紙要求，距離淤泥層底面50cm，不能穿過(guò)淤泥層進(jìn)入砂層，一旦豎向排水通道的排水板與細(xì)砂層連通，砂層中的水會(huì)不斷地被抽至表層，降低真空度。另一方面，排水板必須達(dá)到設(shè)計(jì)深度，達(dá)不到規(guī)定深度的豎井會(huì)改變?cè)O(shè)計(jì)計(jì)算模型，豎井范圍以外部分的固結(jié)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，整個(gè)軟上層的固結(jié)度降低，工后沉降加大。施工采用的塑料排水板插板機(jī)適應(yīng)軟上行走的要求，重量輕，壓入力小，在遇到夾砂層阻力壓不到標(biāo)高位置的，應(yīng)在旁邊位置補(bǔ)插。

水平排水通道包括砂墊層及埋設(shè)于砂墊層中的排水濾管，砂墊層連接豎向排水板和橫向布置的濾管，采用潔凈的中粗砂，水平滲透系數(shù)大于1X10-2cm/s。排水濾管與主管在現(xiàn)場(chǎng)連接，濾管外可用1～2層上工布包裹，并且考慮地基沉降過(guò)程中的不均勻變形的影響，對(duì)濾管的接頭和連接處采用外包膠帶紙，適當(dāng)預(yù)留一定的變形量。真空排水濾管均勻分布，呈魚刺狀連接布置，可以使真空壓力分布均勻。

2.密封系統(tǒng)

密封膜的鋪設(shè)和密封措施是施工的關(guān)鍵，密封膜在工廠加工，熱合成型，各項(xiàng)性能指標(biāo)需滿足要求。現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)密封膜分兩層進(jìn)行，鋪好后在膜上仔細(xì)檢查有無(wú)可見的破裂口，一般的破裂口多出現(xiàn)在密封接縫處，補(bǔ)好破裂處再鋪設(shè)上層薄膜。四周及出膜口要留有可收縮富余的密封膜密封溝是真空預(yù)壓成功的關(guān)鍵，需掌握好2個(gè)環(huán)節(jié)：一是膜的四周密封處與軟土接觸要有足夠長(zhǎng)度;二是膜周邊密封處應(yīng)用一定壓力將薄膜壓入淤泥中，并用粘土回填至密封溝中壓實(shí)密封膜的厚度一般只有0.14mm左右，施工中防止被銳物刺破，膜的上、下層均采用保護(hù)措施。

3.開始抽真空的速率控制

開始階段控制真空加壓的速率，以抽出砂墊層中的空氣，真空壓力從200mmHg，逐級(jí)增加，隨著膜下空氣的排出及上層開始排水固結(jié)程度的提高，膜內(nèi)真空度逐漸增大并穩(wěn)定在80kPa之上。在開始抽真空階段，隨著空氣及水的排出，全面檢查密封膜及密封溝的密封狀態(tài)，如有漏氣，對(duì)漏氣部分應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)和密封，防止影響真空效果，這是開始階段的一項(xiàng)重要的檢查工作。

四、應(yīng)用創(chuàng)新

在探討真空預(yù)壓與堆載預(yù)壓相結(jié)合、地基土體在正負(fù)壓共同作用下的固結(jié)特性和變形特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，改進(jìn)了真空聯(lián)合堆載預(yù)壓下地基的抗滑移穩(wěn)定計(jì)算模型，分析其沉降變形機(jī)理，并將其應(yīng)用到試驗(yàn)段工程中，獲得了較好的效果。采用有向別于傳統(tǒng)的豎向排水、抽真空軟土地基加同技術(shù)，并將之運(yùn)用于浙江沿海高速公路軟基加固試驗(yàn)段工程中，其后的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)證實(shí)了該技術(shù)的可行性，并取得較好的加固效果。

五、結(jié)束語(yǔ)

在軟基處理中，首先應(yīng)該考慮地質(zhì)情況，真空堆載聯(lián)合預(yù)壓最大的優(yōu)點(diǎn)在于能處理深層軟基，效果明顯。對(duì)于工期不緊，地質(zhì)情況較好的地區(qū)，建議使用排水堆載預(yù)壓或一般堆載預(yù)壓，能節(jié)約資金。

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