真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法處理軟土路基實(shí)例

李強(qiáng)強(qiáng)

【摘 要】軟土地基壓縮性高、強(qiáng)度低，直接在軟土地基上進(jìn)行市政道路建設(shè)難以滿足工后沉降的要求，須對(duì)軟土地基進(jìn)行處理。真空聯(lián)合堆載預(yù)壓較堆載預(yù)壓大大節(jié)約了工期，同時(shí)疊加了單純的真空預(yù)壓和堆載預(yù)壓的優(yōu)勢(shì)，真空―堆載聯(lián)合預(yù)壓能夠有效地減少工后沉降，使公路軟基達(dá)到建設(shè)要求，達(dá)到預(yù)壓和超載的目的，是一種比較理想的公路軟基處理方法。

【關(guān)鍵詞】真空聯(lián)合；堆載預(yù)壓法；處理軟土；路基

中圖分類號(hào)： U416.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）17-0151-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.17.075

【Abstract】Due to the high compressibility and low strength of soft soil foundation， it is difficult to meet the requirements for post-construction settlement of municipal road construction directly on soft soil foundation and soft soil foundation must be dealt with. Vacuum combined with surcharge preloading saves much more time than preloading. At the same time， it superposes the advantages of simple vacuum preloading and surcharge preloading. Vacuum-surcharge combined preloading can effectively reduce post-construction settlement and make roads softer. The foundation has reached the construction requirements and achieved the purpose of preloading and overloading. It is an ideal method for soft ground treatment of highways.

【Key words】Vacuum combined surcharge； Preloading method； Soft soil； Subgrade

1 工程概括

江門濱江大道五合同段起點(diǎn)樁號(hào)K7+600，終點(diǎn)樁號(hào)K10+400，沿西江大堤并行，從K9+867.11開(kāi)始逐漸與西江大堤分離，共計(jì)軟基處治工程數(shù)量：塑料排水板182萬(wàn)m（單根長(zhǎng)度6～32米不等），無(wú)紡?fù)凉げ?4萬(wàn)m2，真空預(yù)壓10萬(wàn)m2，粘土密封墻8.5萬(wàn)m，水泥攪拌樁9.2萬(wàn)m。

2 工藝原理

2.1 真空預(yù)壓法

此法是利用抽真空來(lái)加固軟土路基的一種方法，屬于排水固結(jié)法的一種。真空預(yù)壓的原理是用插板機(jī)將塑料排水板插入到地層內(nèi)，形成軟土層的豎向排水通道，再在地表鋪設(shè)砂墊層，形成水平方向排水通道，增加軟土層的排水途徑，縮短排水距離。再在砂墊層上覆蓋不透氣的密封薄膜，使軟土地層與大氣隔絕，形成一個(gè)密封系統(tǒng)，然后用膠皮管將埋設(shè)在砂墊層內(nèi)的主管與抽真空設(shè)備連成一體，利用抽真空裝置將膜下空氣抽出形成真空從而使加固土體中的孔隙水在真空吸力作用下，通過(guò)塑料排水板、砂墊層、主、支慮管排除膜外，使土體固結(jié)密實(shí)。它對(duì)土體所產(chǎn)生的力是向內(nèi)的，既球形應(yīng)力。

根據(jù)太沙基有效應(yīng)力原理：P=p+u

式中：P——總應(yīng)力；

P——土體中的有效應(yīng)力；

u——土體中的孔隙水壓力。

當(dāng)總應(yīng)力為常數(shù)時(shí)，dp=-du。它表明孔隙水壓力降低為有效應(yīng)力增加值。

真空預(yù)壓過(guò)程中，地基土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性不斷增長(zhǎng)，不存在失穩(wěn)的可能性。從應(yīng)力路徑分析，設(shè)α'10和α'30分別表示加固前地基土體中的最大有效主應(yīng)力和最小有效主應(yīng)力，平均應(yīng)力為P'0=（α'10+α'30）/2。加固過(guò)程中，地基土體增加的有效應(yīng)力為△σ'。孔隙水壓力是一個(gè)球壓力，所以在各個(gè)方向均增加△σ' ，因此：

式中α'1和α'3分別表示加固后地基土體中的最大有效應(yīng)力和最小有效主應(yīng)力。圖1中，其有效應(yīng)力圓由D位置向右移到D'，平均應(yīng)力由P'0增加到P'= P'0+△σ'。但是，應(yīng)力圓的半徑?jīng)]有變化。當(dāng)加固的荷載移除之后，地基土的強(qiáng)度沿著超固結(jié)包線退回到F點(diǎn)。從圖l中可看到，和原來(lái)強(qiáng)度相比增加了△r，即軟土土體強(qiáng)度提高了△r。

2.2 堆載

堆載是通過(guò)給土體一個(gè)正向力，在荷載作用下，圖層固結(jié)，即孔隙水壓力消散和有效應(yīng)力增加。總應(yīng)力增量為△σ，有效應(yīng)力增量為△σ'，孔隙水壓力增量為△μ，則三者滿足：△σ'=△σ-△μ，堆載就是通過(guò)增加△σ并減小△μ而使△σ'增加，屬于正壓固結(jié)。它對(duì)土體所產(chǎn)生的力是向外的，既剪應(yīng)力。

2.3 核心原理

初期階段通過(guò)抽真空裝置，使土體中形成負(fù)壓，將土體中的孔隙水抽出，從而降低孔隙水壓力，增加有效應(yīng)力。后期隨著堆載的進(jìn)行又增加一正壓力，在兩者的共同的作用下加快土體內(nèi)孔隙水的排出，從而加快土體固結(jié)速度。

3 施工工藝及操作要點(diǎn)

真空預(yù)壓聯(lián)合堆載加固軟土地基施工工藝主要包括：橫向排水體（砂墊層）鋪筑；豎向排水體（塑料排水板）打設(shè)；真空管網(wǎng)鋪設(shè)：土工布和密封膜鋪設(shè)、密封溝開(kāi)挖及回填、出膜連接與真空泵系統(tǒng)安裝；抽真空與堆載的填筑；聯(lián)合預(yù)壓期間的沉降和側(cè)向位移的觀測(cè)等。

3.1 橫向排水體（膜下砂墊層）鋪筑

首先，在已平整好的場(chǎng)地上，攤鋪整平第一層30cm厚的砂墊層，根據(jù)施工圖確定真空泵及用電線路的架設(shè)路徑，當(dāng)塑料排水板打設(shè)完成后，再施工第二層砂墊層，第二層砂的厚度必須保證20cm，砂墊層的總厚度必須滿足50cm。

3.2 豎向排水體（塑料排水板）打設(shè)

施工順序如下：

（1）根據(jù)設(shè)計(jì)圖，用經(jīng)緯儀和鋼尺在已驗(yàn)收的砂墊層上，放出排水板的位置，并在上面標(biāo)出明顯的標(biāo)志。

（2）插板機(jī)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)就位，并在插板機(jī)上設(shè)置好進(jìn)尺標(biāo)志，控制塑料排水板打設(shè)深度，塔架高度必須保證最大插板深度的需要，然后安裝排水板插銷。

（3）垂直下插塑料排水板，打插深度宜根據(jù)設(shè)計(jì)要求動(dòng)態(tài)控制，通過(guò)地層反力變化，以穿透軟弱地層為準(zhǔn)。

（4）上拔樁管至樁管下端高出砂墊層50cm。

（5）切割排水板，控制排水板在砂墊層頂面以上的外露長(zhǎng)度20～30cm。

（6）移機(jī)進(jìn)行下一根排水板施工。

塑料排水板施工主要應(yīng)從打設(shè)垂直度、平面位置誤差和打設(shè)深度三個(gè)方面來(lái)控制每根排水板的施工質(zhì)量，其中打設(shè)垂直度、平面位置通過(guò)嚴(yán)格控制工序基本可以滿足要求，而打設(shè)深度直接影響加固效果，是質(zhì)量控制的重點(diǎn)。

3.3 真空管網(wǎng)鋪設(shè)

3.3.1 真空管鋪設(shè)

按照主管、支濾管的平面設(shè)計(jì)圖，首先用經(jīng)緯儀在砂墊層上放出主管、支濾管的正確位置，再開(kāi)挖主管、支濾管的溝槽，溝深約20～25cm，然后在溝槽內(nèi)安裝加工好的支濾管，主管支濾管間用變徑三通和四通連接，同管徑的對(duì)接采用鋼絲膠管連接，外用鐵絲捆緊。

管路系統(tǒng)均在第一層砂墊層上鋪設(shè)，先將第二層砂鋪筑完成后再反挖溝槽鋪設(shè)，管路安裝完成后回填覆蓋，以確保管網(wǎng)完全置于砂墊層中。

主支濾管選用優(yōu)質(zhì)PVC塑料管，主管壁厚大于2.7mm，支濾管壁厚大于2.4mm，確保其能承受足夠的徑向壓力。支濾管上打淺水孔，孔徑為8～10mm，孔徑為5cm，三角形排列。管外采用土工布包裹，作為濾水層，避免抽氣后，砂粒進(jìn)入射流裝置。

3.3.2 第一層土工布及兩層密封膜

密封膜為聚錄乙烯薄膜，厚度為0.12～0.17mm。加工后的薄膜面積不小于設(shè)計(jì)面積，密封膜每邊長(zhǎng)度大于加固區(qū)相應(yīng)邊3～4m。

鋪設(shè)密封膜前，將砂墊層上的雜質(zhì)、小石和尖刃物清除，整平砂墊層，首先在砂墊層上鋪設(shè)一層200g/m2的無(wú)紡?fù)凉げ?，土工布的搭接?cm。再分次逐層鋪設(shè)兩層密封薄膜，相鄰兩層膜的合縫需錯(cuò)開(kāi)50cm以上，嚴(yán)禁接縫重疊。將已鋪好的一布二膜攤鋪到密封溝底內(nèi)，用黏性土回填密封溝。

3.3.3 出膜連接與真空泵系統(tǒng)安裝

按每800m2處治面積配置一臺(tái)真空泵（共設(shè)置125臺(tái)）。真空主管通過(guò)硬橡膠管與真空泵連接，連接必須牢固，密封可靠，以保證真空度在管內(nèi)不受損失，并使排水通暢。

3.4 抽真空與堆載的填筑

抽真空設(shè)備安置就位，進(jìn)行試抽，同時(shí)仔細(xì)檢查每臺(tái)真空泵的運(yùn)轉(zhuǎn)情況及薄膜的密封性，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。試抽真空為10天，膜下真空壓力應(yīng)達(dá)到80KPa以上，若低于此值即屬不正常，應(yīng)立即查找原因及時(shí)處理。試抽開(kāi)始，即應(yīng)進(jìn)行真空壓力、沉降量等觀測(cè)。

試抽真空正常后，在膜上鋪設(shè)鋪設(shè)第二層土工布，鋪設(shè)要求同第一層。膜上20cm砂墊層采用“機(jī)械攤鋪和人工攤鋪相結(jié)合”的方法，在膜上砂墊層驗(yàn)收合格后，鋪筑第一層堆載土方，土方最好采用細(xì)粒土，且厚度不宜小于50cm，采用靜壓或弱振方法壓實(shí)。堆載速度要控制，一般4m填土高度要求在2～3個(gè)月完成，以防止填土過(guò)快造成邊坡失穩(wěn)。

累計(jì)抽真空2～5個(gè)月，當(dāng)實(shí)測(cè)地面沉降速率連續(xù)5～10d平均沉降量不大于2mm/d后，可以停泵卸載。本合同段軟基處治整個(gè)施工過(guò)程路基、河堤是穩(wěn)定的，路基沉降量由42～353cm不等。

4 結(jié)語(yǔ)

采用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓處理軟土地基，可以大大縮短預(yù)壓期，縮短工期，使工程及早投入運(yùn)營(yíng)，提高社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

采用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓處理軟土地基，路堤填筑不受穩(wěn)定性控制，在較短時(shí)間內(nèi)能滿足工后沉降要求，但要注意抽真空對(duì)周圍結(jié)構(gòu)物的影響。

【參考文獻(xiàn)】

[1]高志義.真空預(yù)壓法的機(jī)理分析[J].巖土工程學(xué)報(bào)，1989，11（4）：45-56.

[2]董志良.真空預(yù)壓法加固軟基技術(shù)的理論和實(shí)踐[C].廣東省土力學(xué)與基礎(chǔ)工程學(xué)術(shù)交流大會(huì)論文集，1998.