真空預(yù)壓加固路基施工技術(shù)研究

宗朝陽 黃興昌 潘傳宇

中建鐵路投資建設(shè)集團(tuán)有限公司

1 前言

塑料排水板真空預(yù)壓加固地基施工技術(shù)是排水固結(jié)法的一種，廣泛應(yīng)用于含水量高、壓縮性大、透水性差、強(qiáng)度低的軟弱飽和黏性土地區(qū)的地基加固施工。路基填筑預(yù)壓通常采用堆載預(yù)壓，需要大量的堆載土方，且預(yù)壓周期較長，塑料排水板真空預(yù)壓加固技術(shù)可有效節(jié)約軟基處理時(shí)間，尤其適用于對(duì)周圍受擾動(dòng)限制的路基地基加固工程。

2 工藝原理

在軟土地基中插打塑料排水板作為排水通道，增加土層的排水途徑，縮短排水距離。在通過真空泵預(yù)加荷載的作用下，將土體中的孔隙水通過排水板排出，使土體逐漸固結(jié)，加速沉降，從而提高地基的整體承載力，達(dá)到加速地基固結(jié)的目的。

3 施工方法

3.1 施工準(zhǔn)備

繪制塑料排水板施工樁位布置圖。對(duì)現(xiàn)場作業(yè)人員進(jìn)行技術(shù)交底并組織培訓(xùn)考核。選擇有代表性的地段進(jìn)行試驗(yàn)，確定插板機(jī)型號(hào)、套管形狀和尺寸、管靴形狀及尺寸和材料等參數(shù)。提報(bào)塑料排水板、手型接頭、PVC 管、真空膜、土工布等相關(guān)材料，并按規(guī)定進(jìn)行檢測進(jìn)場。編制真空預(yù)壓監(jiān)測方案，保證真空預(yù)壓監(jiān)測相關(guān)工作順利實(shí)施。

3.2 場地平整

根據(jù)要求放設(shè)出路基處理邊線并做好明顯標(biāo)示，然后清除地表雜物并在需要加固路基的地面上填筑橫向排水坡，并鋪設(shè)50cm厚的砂礫墊層。砂礫墊層選用天然級(jí)配良好的砂礫，含泥量不大于3%～5%，最大粒徑不大于50mm～100mm，寬度寬于路基填筑寬度不小于50cm。

3.3 排水板插打

標(biāo)定塑料排水板樁位：塑料排水板采用梅花型形布置，樁間距1.0m，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙布置孔位，將塑料排水板位置進(jìn)行放樣并標(biāo)識(shí)清楚。插板機(jī)的選擇與定位：采用履帶式插板機(jī)振動(dòng)插打，打設(shè)前根據(jù)打設(shè)板位標(biāo)記進(jìn)行插板機(jī)定位并進(jìn)行機(jī)座整平，打設(shè)機(jī)定位時(shí)，管靴與板位標(biāo)記偏差應(yīng)控制在±0.05m范圍內(nèi)，機(jī)座整平后要用儀器進(jìn)行檢測，不合格及時(shí)調(diào)整。安裝管靴：采用套管式打設(shè)法打設(shè)，套管形狀為扁平狀，在塔架卷筒上安置塑料排水板，然后將塑料板通過套管從管靴穿出，固定在樁尖上，并一起貼緊管靴對(duì)準(zhǔn)樁位。調(diào)整垂直度：再次調(diào)整插板機(jī)套管的垂直度，保證打設(shè)過程中偏差不大于1.5%（1.5cm/m），避免偏差過大出現(xiàn)串孔現(xiàn)象。打設(shè)排水板：在打設(shè)套管上將設(shè)計(jì)深度的位置設(shè)置明顯標(biāo)記，以控制排水板的打設(shè)深度，當(dāng)插板機(jī)套管（連同管靴和塑料排水板）插入到設(shè)計(jì)深度后，拔出插板機(jī)套管，利用管靴重力將排水板固定于孔底；施工時(shí)嚴(yán)格控制回帶長度，回帶率不大于5%，且回帶長度不大于0.5m，如帶出長度大于0.5m，必須在原位旁邊重新插設(shè)，打入地基的塑料排水板應(yīng)為整板，排水板嚴(yán)禁接長使用；施工時(shí)為順線路逐排插打，且分段長度不宜大于100m。注意事項(xiàng)：塑料排水板施工過程中應(yīng)安排專人做好相關(guān)記錄，及時(shí)檢查排水板板位、垂直度、打設(shè)深度、外露長度等，符合規(guī)范要求后方可移機(jī)，否則須在鄰近板位處重打；施工完成后及時(shí)清除排水板周圍帶出的泥土，確保外露的排水板不受污染，并在孔洞收縮前及時(shí)用中粗砂回填，回填完成后將排水板端頭回折至孔洞進(jìn)行保護(hù)，以便后續(xù)連接施工。

3.4 抽真空系統(tǒng)安裝

鋪設(shè)并連接真空管網(wǎng)：塑料排水板施工完成后，鋪設(shè)并連接真空管網(wǎng)系統(tǒng)，真空管網(wǎng)由主管和支管組成，支管采用φ16mm的PVC軟管，順?biāo)芰吓潘逦恢娩佋O(shè)，采用專用手型接頭與塑料排水板連接；主管采用φ63mmPVC 管，垂直于支管布置，間距為20m～30m，主管和支管間采用PVC 變徑三通、四通連接，并用專用膠水粘結(jié)牢固，管網(wǎng)連接應(yīng)緊密，并預(yù)留適當(dāng)?shù)乃沙诙?，以避免沉降較大時(shí)接口脫開。密封溝開挖：密封溝是在塑料排水板加固區(qū)邊線外開挖一定深度用于埋設(shè)真空膜的溝槽，呈倒梯形，底寬1.0m，深不小于2m，并保證其底面進(jìn)入不透水層至少0.5m，邊坡坡度1：0.5，密封溝開挖時(shí)側(cè)壁需平整，如底部或兩側(cè)有滲透性較好的夾層，將夾層挖除干凈。鋪設(shè)土工布、真空膜：出膜彎管與真空主管、支管連接好后，出口壓盤與地面平齊，并放好下橡膠墊圈，然后鋪設(shè)一層針刺長絲土工布和兩層真空膜，鋪膜完畢后沿出口彎管處把膜解開，然后放好上橡膠墊圈及上壓盤，其間抹勻黃油，擰緊螺母，橡膠墊圈與膜間嚴(yán)禁有沙粒存在。施工時(shí)需注意：土工布鋪設(shè)前，將打設(shè)塑料排水板留下的孔洞填平，保證鋪設(shè)時(shí)土工布沒有褶皺；采用專用整體膜，加工后形狀與加固區(qū)一致，膜面積每邊長度大于加固區(qū)相應(yīng)邊3m～4m，保證伸入密封溝尺寸滿足封閉要求；鋪設(shè)在白天進(jìn)行且風(fēng)力不得大于5級(jí)，從上風(fēng)向向下風(fēng)向伸展，施工人員穿軟底鞋上膜小心進(jìn)行攤鋪，避免損壞薄膜，加固區(qū)四周余留量應(yīng)基本一致，保證足夠的壓膜尺寸，鋪設(shè)時(shí)安排專人檢查，發(fā)現(xiàn)漏洞立即采用專用膠補(bǔ)封；兩層真空膜鋪完成后在膜上壓適當(dāng)?shù)男∩岸眩悦獗伙L(fēng)吹壞，同時(shí)將鋪好的一布兩膜攤鋪到密封溝底，四周深入密封溝、膜與軟土接觸處要有足夠長度，保證有足夠長的滲徑。密封溝回填：鋪設(shè)真空膜后采用黏土將密封溝回填密實(shí)，回填前將膜體四周沿密封溝內(nèi)壁埋入密封溝底，膜體過長時(shí)可折疊，但不得鋪至外邊坡以免漏氣，回填土需濕潤并采用人工踩實(shí)，土中不應(yīng)含石子、瓦礫等雜物，保證密封效果。安裝真空泵：真空泵通過專用鋼絲橡膠管與出膜彎管連接，連接需緊密、不漏氣，并在彎管中部設(shè)置兩個(gè)閥門（止回閥和截止閥），當(dāng)需要維修抽真空設(shè)備時(shí)應(yīng)關(guān)閉截止閥，防止膜下真空壓力迅速下降。真空泵的數(shù)量根據(jù)加固面積大小和形狀綜合配置，一般1000m2～1500m2配置一臺(tái)，每塊預(yù)壓區(qū)域至少配置兩臺(tái)。

3.5 監(jiān)測元件布設(shè)

監(jiān)測元件布設(shè)：根據(jù)設(shè)計(jì)要求布設(shè)監(jiān)測元件，主要監(jiān)測元件有分層沉降儀、水位儀、孔隙水壓力儀、測斜儀、位移觀測樁等。監(jiān)測元件布設(shè)前需編制詳細(xì)的真空預(yù)壓監(jiān)測方案，并按照方案中要求進(jìn)行，安裝完成后及時(shí)對(duì)監(jiān)測元件進(jìn)行調(diào)試和測試，保證真空預(yù)壓期間正常使用。為保證真空預(yù)壓監(jiān)測工作質(zhì)量，監(jiān)測元件布設(shè)工作宜交于專業(yè)性強(qiáng)的施工隊(duì)伍進(jìn)行。現(xiàn)場檢測包括土樣檢測和原位測試。土樣檢測：在真空預(yù)壓前和卸載完成后的適當(dāng)時(shí)機(jī)，在加固區(qū)內(nèi)均勻布置取樣孔進(jìn)行現(xiàn)場取土樣，并送試驗(yàn)室進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)，以獲取土樣的相關(guān)物理、力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。原位測試：對(duì)真空預(yù)壓前后的地基進(jìn)行原位測試，測試的內(nèi)容包括荷載試驗(yàn)、靜力觸探、十字板強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)方法和要求執(zhí)行TB 10018—2018《鐵路工程地質(zhì)原位測試規(guī)程》，試驗(yàn)由專業(yè)監(jiān)測單位人員操作，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

3.6 抽真空及堆載填筑

抽真空：先對(duì)預(yù)壓范圍進(jìn)行試抽真空，同時(shí)檢查真空泵運(yùn)轉(zhuǎn)情況及真空膜密封性，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，加載速率7kPa/天～10kPa/天，一般10 天左右膜下真空壓力達(dá)到80KPa 以上。步驟如下：預(yù)抽真空至0.03MPa，檢查真空膜是否漏氣；將真空保持在0.03MPa 左右，連續(xù)抽真空應(yīng)直至出水量明顯減少；提高真空至0.06MPa，連續(xù)抽真空至出水量明顯減少；提高真空至0.08MPa，連續(xù)抽真空至出水量明顯減少；保持真空在0.08MPa，連續(xù)抽至無出水。堆載填筑：填筑前先進(jìn)行抽真空施工，將記錄好的漏氣部位人工補(bǔ)封，待抽真空系統(tǒng)可正常運(yùn)行后在真空膜上鋪設(shè)一層針刺長絲土工布，土工布需將裸露真空膜完全覆蓋；土工布鋪設(shè)完成后，其上填筑一層厚度不小于0.5m的細(xì)粒土保護(hù)層，細(xì)粒土保護(hù)層填筑需采用人工配合機(jī)械攤鋪，防止損傷真空膜，填筑完成后方可進(jìn)行路基A、B組填料施工。

4 質(zhì)量要點(diǎn)

插設(shè)排水板施工時(shí)量測每根排水板的回帶長度，超過0.5m時(shí)在原樁位附近重新插打；剪斷塑料排水板施工時(shí)采用專人進(jìn)行量測，外露長度不得小于0.5m；真空管網(wǎng)鋪設(shè)連接完成后安排專人重新檢查整個(gè)管網(wǎng)，保證各部位連接緊密；采用人工進(jìn)行踩膜，保證密封溝內(nèi)真空膜密實(shí)，然后先對(duì)真空膜密封部位進(jìn)行回填；設(shè)置沉降板時(shí)在真空膜上鋪設(shè)一層土工布，以保護(hù)真空膜不受損傷；路基填筑過程中加強(qiáng)真空膜和觀測元件的保護(hù)，加大設(shè)備上下膜處保護(hù)層厚度；抽真空過程中增加備用發(fā)電機(jī)和儲(chǔ)油罐，確?，F(xiàn)場用電，保證抽真空持續(xù)進(jìn)行。

5 結(jié)語

塑料排水板真空預(yù)壓加固技術(shù)適用于軟土層較厚、地下水和地表水發(fā)育、土質(zhì)濕軟的地基加固工程，施工效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度小，地基擾動(dòng)小，且有利于減少現(xiàn)場土方作業(yè)。唐曹鐵路TCSG-3標(biāo)段四工區(qū)采用塑料排水板真空預(yù)壓加固路基，節(jié)省了大量堆載土，且塑料排水板便于大面積機(jī)械化施工，可邊抽真空邊進(jìn)行路基填筑，省去堆載預(yù)壓工期，節(jié)約了大量施工管理成本，效益顯著。