真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法加固軟基的應(yīng)用及施工工藝

吳敏

摘要：真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法是一種有效處理沿海地區(qū)修建高速公路工程軟弱地基處理的方法，具有加快固結(jié)、工期短、節(jié)省土方等優(yōu)點(diǎn)。本文對真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法在加固軟土地基的應(yīng)用發(fā)展及加固原理進(jìn)行了總結(jié)，對真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法在高速公路工程中的施工工藝進(jìn)行了闡述，并對其施工工藝中的不足給出了可行的解決方法，為真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法在高速公路上的施工及應(yīng)用提供了參考。

Abstract： Owing to the advantages of quickening consolidation， short construction terms and saving earthwork， the vacuum-load preloading method is applied to deal with soft foundation of motorways in the coastal areas. In this paper， the application condition， strengthening mechanism and construction technology of vacuum-load preloading method are summarized and expounded in detail， and a workable proposition is proposed to solve the insufficient of construction technology， which provides reference for the future construction and application of the vacuum-load preloading method.

關(guān)鍵詞：真空聯(lián)合堆載預(yù)壓;應(yīng)用發(fā)展;加固原理;施工工藝

Key words： vacuum-load preloading;application and development;strengthening mechanism;construction technology

中圖分類號：TU471.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）07-0143-03

0 引言

為了滿足國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的需求，國內(nèi)高速公路正在如火如荼的建設(shè)當(dāng)中。但是在我國沿海地區(qū)軟弱粘土分布廣泛，其壓縮性高、含水量大、滲透性差、抗剪強(qiáng)度低，不妥善處理會導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生失穩(wěn)破壞，是制約高速公路建設(shè)的關(guān)鍵性問題。目前國內(nèi)軟土地基處理方法相對較多，如復(fù)合地基法[1]、排水固結(jié)法[2-3]、強(qiáng)夯法[4]等。真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法屬于排水固結(jié)法，是結(jié)合了堆載預(yù)壓技術(shù)和真空預(yù)壓技術(shù)產(chǎn)生的一種新技術(shù)，具有工期短、加快固結(jié)、工后沉降減小、減少土方等優(yōu)勢，適用于沿海地區(qū)高速公路的建設(shè)[5-7]。真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法在我國已有較多的應(yīng)用，如廣東省一江高速公路路基加固工程[8]、天津橫琴新區(qū)市政道路工程[9]等，在施工技術(shù)上證明了真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法加固地基的可行性。

本文主要對真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法在國內(nèi)外的應(yīng)用和發(fā)展以及其加固軟基地基的原理進(jìn)行總結(jié)，進(jìn)一步說明該方法在軟土地基的可行性。然后針對其在蘇浙皖高速公路的應(yīng)用，概括其施工工藝，并對施工工藝中存在的問題提出有效的解決方法。

1 國內(nèi)外應(yīng)用及發(fā)展

真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法是真空預(yù)壓和堆載預(yù)壓的結(jié)合，其發(fā)展是建立在真空預(yù)壓法以及堆載預(yù)壓法的基礎(chǔ)上，下面先分別介紹真空預(yù)壓法和堆載預(yù)壓法的應(yīng)用與發(fā)展情況，在此基礎(chǔ)上再對真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法進(jìn)行介紹。

真空預(yù)壓法是采用抽真空的方式達(dá)到軟土地基加固的目的，該方法最早是由瑞典學(xué)家杰爾曼教授[10]于1952年提出，之后美國的P.J.Velent（1973）、前蘇聯(lián)Fer-Metirosyan（1983）和日本的小林正樹（1984）等學(xué)者分別采用理論分析及有限元模擬研究了該方法的處理效果。我國是于50年代開始從事該方法的研究。研究初期由于材料的密封性不高以及加固機(jī)理不完善，導(dǎo)致該方法無法在國內(nèi)外得到推廣。之后隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，密封材料的問題得以解決，很多學(xué)者又開始這方面的研究。目前，真空預(yù)壓的原理已經(jīng)被解釋清楚，即降低邊界孔隙水壓力使得土體固結(jié)。

堆載預(yù)壓法是軟土地基常見的處理方法之一。該方法最先在1943年應(yīng)用于美國處理沼澤地段的路基，由于結(jié)果較好而被推廣到世界各地。堆載預(yù)壓法在我國起步也較早，砂井堆載預(yù)壓法于1953年首次應(yīng)用于加固船臺地基，之后又在水利工程、鐵路以及工業(yè)民用建筑的軟基中進(jìn)行了應(yīng)用，并取得了較好的效果。到1981年，一種濾水性、延展性好、運(yùn)輸方便、施工快、工期短、排水效果好的塑料排水板的出現(xiàn)[11]，推動了塑料板—堆載預(yù)壓法的快速發(fā)展，堆載預(yù)壓法也因此被廣泛應(yīng)用起來。

真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法最早是在1958年應(yīng)用于美國費(fèi)城國際機(jī)場的跑道擴(kuò)建工程中，之后日本、法國、蘇聯(lián)、美國等國家對該工法進(jìn)行了報道。50年代初期，我國也開展了真空預(yù)壓技術(shù)方面的研究，哈爾濱軍事工程學(xué)院及天津大學(xué)在1959進(jìn)行了真空預(yù)壓室內(nèi)試驗研究，同濟(jì)大學(xué)和南京水利科學(xué)研究院在1960進(jìn)行了小型現(xiàn)場試驗研究，但是由于機(jī)械設(shè)備材料等方面的限制，早期試驗效果并不理想。到20世紀(jì)80年，交通部第一航務(wù)工程局聯(lián)合天津大學(xué)和南京水利科學(xué)院土工所采用射流泵提高了抽真空的效率，從而使該技術(shù)的施工工藝方法得到質(zhì)的飛躍?，F(xiàn)在真空聯(lián)合堆載預(yù)壓加固軟土地基技術(shù)已廣泛應(yīng)用于高蘇公路、港口、機(jī)場、堤壩邊坡等工程的軟基處理中，并具有良好的經(jīng)濟(jì)與社會效益。endprint

2 真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法原理介紹

堆載預(yù)壓法是以土料、塊石或者建筑物本體作為荷載，對軟基進(jìn)行預(yù)壓。根據(jù)太沙基有效應(yīng)力原理（公式2），上部荷載作用時，產(chǎn)生附加應(yīng)力開始由土體內(nèi)孔隙水應(yīng)力全部承擔(dān)，但因土內(nèi)與邊界空隙水壓力不平衡，土內(nèi)產(chǎn)生排水邊界的滲流，隨著時間推移，空隙水壓力逐漸消散，附加應(yīng)力最終轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力，從而使得土體得到加固[12]。

真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法可以說是從真空預(yù)壓法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它是堆載預(yù)壓和真空預(yù)壓的疊加，其示意圖（見圖1）。真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法在堆載預(yù)壓的同時進(jìn)行真空抽氣，從而引起有效應(yīng)力增量的疊加效果，能夠促使土體加速固結(jié)壓縮。

3 工程施工工藝及施工要點(diǎn)

申蘇浙皖高速公路湖州—長興姚家橋段位于杭嘉湖平原，公路地基淺部部分為海積軟土，其含水量高、壓縮量大。該高速地基處理采用真空聯(lián)合預(yù)壓法，其施工工藝如圖2所示。施工分別包括測量放樣、鋪設(shè)砂墊層、打設(shè)袋裝砂井、平整場地、鋪設(shè)排水濾管、鋪設(shè)真空膜、分級加載、聯(lián)合預(yù)壓等步驟。

其中施工過程中需要注意的地方有以下幾點(diǎn)：①場地工作面宜形成一定的坡度，有利于排水。例如道路工程中斷面應(yīng)采用縱向高、兩邊低，因為加固后場地一般中部沉降大于兩邊，中部預(yù)先填高，有利于濾管與主管中水的排出;②排水砂墊層中墊層材料滲透系數(shù)不應(yīng)低于10-3cm/s，含泥量不應(yīng)超過5%;③塑料板施工所用插板機(jī)械應(yīng)具有較低的接地壓力，能夠迅速、準(zhǔn)確的將塑料板插入其中，防止其對土的擾動過大;④裝袋砂井可采用錘擊法和振動法，施工中應(yīng)保證砂井連續(xù)不斷井。裝袋砂井應(yīng)穿透軟土層，砂袋施工中需要保證不斷板;⑤真空泵臺數(shù)應(yīng)滿足工程需求，且不少與2臺;⑥道路工程中，荷載施加方法不同于堤壩、油罐、房屋等工程采用建筑物自重加壓，而是一般采用石料、砂、磚等散料作為荷載材料。

雖然上述施工方法已經(jīng)較為成功，但是依然有需要改進(jìn)的地方：①砂墊層的改進(jìn)：規(guī)范要求砂墊層厚度為50cm，用砂量太大，工程造價提高，對于無砂地區(qū)更甚，可以考慮卵石、碎石或者其他廉價透水性材料;②抽真空方式的改進(jìn)：軟土地基由于含水量較高，尤其對于沿海氣度，真空預(yù)壓法需要進(jìn)行約半年之久，開泵耗電量較大，可采用停抽結(jié)合的變真空能量法，根據(jù)施工過程中排水管的出水量的逐漸減少適當(dāng)減少開泵量。

4 結(jié)論

本文通過閱讀大量文獻(xiàn)針對真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法加固軟基的發(fā)展、加固機(jī)理、施工工藝及改進(jìn)方面對該方法進(jìn)行了詳細(xì)的總結(jié)及闡述，主要結(jié)論如下：①真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法作為一種新型的加固地基的方法，通過材料、理論研究及施工工藝方面長時間的研究與改進(jìn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于高速公路等工程的軟基處理中，并具有良好的經(jīng)濟(jì)與社會效益;②真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法是真空預(yù)壓法和堆載預(yù)壓法兩種方法的結(jié)合，在堆載預(yù)壓的同時進(jìn)行真空抽氣，從而引起有效應(yīng)力增量的疊加效果，能夠促使土體加速固結(jié)壓縮;③總結(jié)了真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法施工工藝及施工要點(diǎn)，并針對施工過程中用砂量和用電量較高的現(xiàn)狀，提出了采用其他廉價透水性材料和變真空能量法的有效方法。

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