真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法處理公路軟基的應(yīng)用研究

高源

摘 ?要：隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，我國(guó)公路運(yùn)輸事業(yè)也取得了顯著的成績(jī)。在公路修建過(guò)程中，不可避免地要遇到不良地基問(wèn)題，象軟土地基含水量高、壓縮性大且強(qiáng)度低，極易造成路基失穩(wěn)，為了更好地解決路基穩(wěn)定問(wèn)題，必須做好路基加固處理。該文在分析了真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法加固軟基變形特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了其加固機(jī)理。結(jié)合某公路工程，探討了真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法處理公路軟基的效果。經(jīng)分析可得，真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法處理軟基效果顯著，且具有良好的經(jīng)濟(jì)性，可進(jìn)一步應(yīng)用與推廣。

關(guān)鍵詞：真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法;軟土地基;加固機(jī)理

中圖分類(lèi)號(hào)：TU473 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法作為一種常用的軟基處理方法，加固效果良好，能夠有效處理高填方地基穩(wěn)定和工期問(wèn)題，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，公路施工技術(shù)、工藝更加先進(jìn)、成熟，人們對(duì)加固機(jī)理有了更深入的認(rèn)識(shí)。近年來(lái)，在公路建設(shè)中真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法應(yīng)用越來(lái)越多，不僅在公路建設(shè)中得到了廣泛使用，還在工民建、機(jī)場(chǎng)、港口等工程建設(shè)得以應(yīng)用，在超軟土地基中的大量使用更加凸顯出了真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法的優(yōu)越性。

1 真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法加固軟基變形特點(diǎn)

因抽真空的原因，真空預(yù)壓過(guò)程中在地基內(nèi)可形成一個(gè)“水力梯度”，將源源不斷地抽出土體內(nèi)的水、氣體，同時(shí)真空度向地基深處持續(xù)傳送。此時(shí)，在“水力梯度”作用下，孔隙水壓力將向有效應(yīng)力轉(zhuǎn)化，并在該作用下，土體逐步固結(jié)、變形。以克拉伯龍定律為標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)“水—?dú)狻痢毙纬傻牡鼗到y(tǒng)滿足該標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，地基系統(tǒng)的輸出、輸入系統(tǒng)將達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡狀態(tài)。這種情況下，向深處傳送的真空度將逐步停止，地下水位下降速率減小并停止，從而穩(wěn)定整個(gè)地基系統(tǒng)。

當(dāng)穩(wěn)定真空度之后，膜下真空度可均勻分布，相比堆載下的土壓力，地基上壓力相同的土壓力分布更為均勻。由此可見(jiàn)，真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法的應(yīng)用，可降低路堤軸線、路肩之間的差異沉降。

2 真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法加固機(jī)理

真空預(yù)壓法、堆載預(yù)壓法是構(gòu)成真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法的重要組成部分，且聚集了兩者的所有優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)真空裝置，可抽出鋪設(shè)在軟基上密封膜下的水、氣，并由真空負(fù)壓、水頭差形成于膜下，在此作用上，從豎向、水平向排水通道土體內(nèi)的孔隙水加速排出，從而實(shí)現(xiàn)軟基加固及增強(qiáng)地基承載力的效果。在膜下真空度滿足80 kPa，經(jīng)一段時(shí)間穩(wěn)壓之后，即可在膜上做堆載加壓操作，經(jīng)加壓可形成一定孔隙水壓力，再次擠壓、排出軟基孔隙水。在真空負(fù)壓的助力下，孔隙水排出速度將逐步加快，從而實(shí)現(xiàn)聯(lián)合效果，并加速完成軟基加固目標(biāo)。

在整個(gè)過(guò)程中，不會(huì)改變總應(yīng)力，僅利用減少孔隙水壓力的作用，來(lái)提高有效應(yīng)力。也就是說(shuō)，在真空預(yù)壓過(guò)程中，僅形成球應(yīng)力，不會(huì)出現(xiàn)剪應(yīng)力增量，屬于一種等向固結(jié)。在這種固結(jié)作用下，地基土體強(qiáng)度增加，穩(wěn)定性也會(huì)隨之增加，不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)情況。

3 工程概況

該路段存在較厚軟弱地基土層，為保證路基穩(wěn)定，必須做好地基處理工作。據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)勘查，地質(zhì)情況見(jiàn)表1。為解決軟基問(wèn)題，避免路基沉降，決定選擇真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法進(jìn)行加固處理。

4 真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法處理軟基施工流程

（1）施工前，先做好測(cè)量放線工作，將控制樁等放出，隨后清理干凈表層雜物，如耕植土、樹(shù)葉等。因該路段存在魚(yú)塘，要求先排干魚(yú)塘內(nèi)的水，將淤泥清理干凈。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，做好施工場(chǎng)地平整工作。

（2）第一層砂墊層鋪筑時(shí)，厚度設(shè)在30 cm。完成鋪設(shè)后，可打設(shè)塑料排水板，隨后進(jìn)行第二層砂墊層鋪設(shè)，厚度為20 cm。隨后進(jìn)行真空管溝開(kāi)挖及鋪設(shè)主、支濾管，在此過(guò)程中，還要安裝好抽真空設(shè)備，并在指定位置埋設(shè)真空度測(cè)頭，便于監(jiān)測(cè)。

（3）第一層土工布鋪設(shè)完以后，即可進(jìn)行密封膜鋪設(shè)，一般為2層，出膜做真空泵系統(tǒng)聯(lián)結(jié)，并進(jìn)行密封溝回填處理。

（4）第二層土工布鋪設(shè)完以后，需埋設(shè)各類(lèi)沉降觀測(cè)標(biāo)示，便于后期監(jiān)測(cè)，并對(duì)預(yù)壓前的標(biāo)高進(jìn)行檢測(cè)。隨后進(jìn)行第三層砂墊層鋪設(shè)，在80 kPa真空度以上進(jìn)行預(yù)壓施工。最后填筑堆積土，做沉降觀測(cè)。

5 真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法處理軟基監(jiān)測(cè)分析

5.1 表面沉降觀測(cè)

在軟基沉降分析中，表面沉降是最基礎(chǔ)的部分，在公路路堤施工進(jìn)度控制中，表面沉降變化對(duì)其影響較大，其一項(xiàng)重要的指標(biāo)。該文以三階段對(duì)土地加固過(guò)程中的變化進(jìn)行分析。

5.1.1 真空預(yù)壓階段

經(jīng)監(jiān)測(cè)可知，在真空度由0 kPa～80 kPa升高過(guò)程中，日均沉降量為30 mm左右，最大日沉降量為53 mm，隨著真空度的不斷增加，沉降速率逐步減緩，日均沉降量也隨之降低，最終降至11mm，則表明，在整個(gè)加固階段，土體主固結(jié)變化速率屬于一個(gè)逐步減緩過(guò)程，基本類(lèi)似于堆載預(yù)壓。

5.1.2 真空—堆載預(yù)壓階段

在此階段，每一次堆載的同時(shí)，均會(huì)出現(xiàn)沉降加速，整體來(lái)講，隨著加載次數(shù)、堆載高度的增加，沉降加速過(guò)程將被延長(zhǎng)，但沉降速率卻呈下降趨勢(shì)。該工程共設(shè)沉降板29塊，分3次堆載，具體沉降量見(jiàn)表2。

5.1.3 聯(lián)合預(yù)壓階段

通過(guò)觀測(cè)，所有斷面累計(jì)沉降量變化趨勢(shì)具有一致性，呈現(xiàn)為前期階段沉降速率大，中、后期逐步趨于穩(wěn)定。相比其他超載預(yù)壓，該階段沉降速率收斂速度更大，可有效縮短聯(lián)合預(yù)壓時(shí)間。檢測(cè)可知，該階段開(kāi)始階段最大沉降速率為33 mm/d，結(jié)束階段最小沉降速率為2.5 mm/d。整體來(lái)講，在軟基處理中，真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法加固效果良好，可降低工后沉降，并減少整個(gè)施工時(shí)間，相比一般10 mm/d堆載預(yù)壓法，沉降速率更快。

5.2 水平位移觀測(cè)

在公路路堤穩(wěn)定性判別中土體側(cè)向位移速率起決定作用。通過(guò)監(jiān)測(cè)土體水平位移變化，可了解各個(gè)階段土體側(cè)向變形特點(diǎn)。

5.2.1 真空預(yù)壓階段

經(jīng)觀測(cè)，在砂墊層鋪設(shè)之后，所有測(cè)斜管都出現(xiàn)了向外擠出變形情況，為20 mm水平位移量。在抽真空過(guò)程中，所有測(cè)斜管都出現(xiàn)了向加固區(qū)域收縮變形的現(xiàn)象，其中接近魚(yú)塘的2號(hào)管最為突出，經(jīng)30 d觀測(cè)，水平位移為300 mm，這種情況下，在距離加固區(qū)域4 m沿線處出現(xiàn)了裂縫現(xiàn)象，這表明這種加固方法，可防止土體出現(xiàn)剪切破壞，相比超載預(yù)壓加固法，加固效果更好。

5.2.2 真空—堆載預(yù)壓階段

每一次堆載的同時(shí)，都會(huì)出現(xiàn)擠出位移現(xiàn)象，通常在堆載1、2天后即可達(dá)最大值，并隨著收縮位移，在3d、4d后即可達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。在堆載過(guò)程中，向外位移最大的為第一堆載環(huán)節(jié)，以1～3號(hào)測(cè)斜管觀測(cè)，見(jiàn)表3。第二、三次堆載時(shí)，向外擠出位移越來(lái)越小，呈降低趨勢(shì)，最后達(dá)到20 mm以內(nèi)。

5.2.3 聯(lián)合預(yù)壓階段

此階段，所有測(cè)斜管整體位移均向內(nèi)改變，在預(yù)壓時(shí)間增長(zhǎng)的過(guò)程中，向內(nèi)變化速度將越來(lái)越緩慢，最終達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。1～3號(hào)測(cè)斜管整體向內(nèi)位移量分別為18.7 mm、8.6 mm、24.5 mm。上述3根測(cè)斜管內(nèi)，開(kāi)始階段存在最大日位移量，即2.0 mm，結(jié)束階段為最小日位移量，僅有0.4 mm。因所有測(cè)斜管均出現(xiàn)向內(nèi)變化，則表明在該環(huán)節(jié)真空荷載發(fā)揮了巨大的作用，促使土體不斷向內(nèi)收縮變形。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在公路工程建設(shè)規(guī)模逐步擴(kuò)大的今天，越來(lái)越公路修建在軟土地基上，為保證路基穩(wěn)定性，必須采取科學(xué)有效的措施進(jìn)行路基加固處理。象真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法的應(yīng)用，可有效提升工程質(zhì)量，通過(guò)上述分析，可得出如下結(jié)論。

（1）為了更好地了解真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法的應(yīng)用效果，該文對(duì)真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法加固軟基變形特點(diǎn)及加固機(jī)理進(jìn)行了闡述，從而確定該加固技術(shù)可達(dá)到提高路基穩(wěn)定性的目的。

（2）依托某公路工程，該工程軟土層深厚，在綜合考慮多種因素的基礎(chǔ)上，經(jīng)商議，決定選擇真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法加固軟土地基，通過(guò)規(guī)范施工流程，可提高施工質(zhì)量。

（3）施工后，通過(guò)表面沉降觀測(cè)、水平位移觀測(cè)監(jiān)測(cè)軟基沉降情況，由此得出，加固后可有效控制沉降量，可達(dá)到良好施工效果。

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