基于低位真空預(yù)壓技術(shù)的城市道路軟土地基加固方法

李國(guó)權(quán)

廣東瑞迅建設(shè)集團(tuán)有限公司，廣東 佛山 528200

軟土地基加固處理對(duì)于城市道路工程建設(shè)效果影響重大，前期加固是否可靠有效，直接關(guān)系著后期工程結(jié)構(gòu)的整體性能，決定了工程運(yùn)營(yíng)后是否會(huì)出現(xiàn)沉降、開裂等質(zhì)量病害。軟土地基加固技術(shù)的選擇需要考慮的因素諸多，而低位真空預(yù)壓技術(shù)應(yīng)用具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，對(duì)于城市道路軟土地基工程具有良好的應(yīng)用效果。但是要想達(dá)到與預(yù)期一致的施工質(zhì)量，就必須把握好每一個(gè)施工細(xì)節(jié)，保證各個(gè)環(huán)節(jié)執(zhí)行的規(guī)范性與專業(yè)性。

1 軟土地基特性

軟土地基指由淤泥、淤泥質(zhì)土、雜填土、吹填土及其他高壓縮性土層構(gòu)成的地基，具有較高的含水量，一般可以達(dá)到35%～80%，孔隙比為1∶2，剪切強(qiáng)度比較小，大多數(shù)情況下在20kPa左右，最多不會(huì)超過25kPa，主要表現(xiàn)為絮狀結(jié)構(gòu)，滲透性具有一定的流變性。軟土地基的穩(wěn)定性比較差，在進(jìn)行城市道路施工時(shí)，會(huì)有多處地基處于浸泡在水中的狀態(tài)，如果前期未進(jìn)行加固處理或者處理不當(dāng)，在建成運(yùn)營(yíng)后受車輛荷載影響，便會(huì)出現(xiàn)沉降問題，影響車輛運(yùn)行安全。但是城市道路工程在規(guī)劃建設(shè)時(shí)，為了滿足整體規(guī)劃要求，很多情況下無(wú)法完全避免在特殊地質(zhì)條件下施工，尤其是目前建設(shè)用地越發(fā)緊張，難免會(huì)遇到一些軟土地質(zhì)環(huán)境[1]。地基條件直接影響城市道路工程的建設(shè)效果，當(dāng)遇到軟土地基時(shí)，需要綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，選擇最佳的處理方法改善地基條件，滿足工程建設(shè)要求。

2 低位真空預(yù)壓技術(shù)的特點(diǎn)

低位真空預(yù)壓技術(shù)原理與真空降水法有部分相同，采用水平及豎直相互結(jié)合的方式來(lái)布置排水通道，建成一個(gè)整體的排水通道網(wǎng)，且水平向排水系統(tǒng)與豎向排水體緊密連接，需要將水平排水通道埋設(shè)在吹填土的下部，通過吹填土來(lái)對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行密封處理，保證水平管網(wǎng)內(nèi)部保持真空狀態(tài)。在真空負(fù)壓及吹填土附加預(yù)壓荷載的共同作用下，使軟土地基達(dá)到壓縮固結(jié)的效果，同時(shí)吹填層也會(huì)在此過程中逐漸固結(jié)[2]。通過碎石碾壓，吹填土密封層還可以結(jié)成碎石基層，減少礦渣的填筑量。結(jié)合低位真空預(yù)壓技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，可以確定其所具有的特點(diǎn)如下。

（1）對(duì)人工作業(yè)的需求量較低，無(wú)須通過大量人工堆載，這樣便能夠在一定程度上省略堆載、荷載及運(yùn)輸材料等工序，在地基處理環(huán)節(jié)節(jié)省了更多時(shí)間，更利于工期的控制。

（2）采用低壓真空預(yù)壓技術(shù)處理軟土地基時(shí)，可有效排出受負(fù)壓影響地基土的孔隙水，使地基固結(jié)的時(shí)間更短。土層孔隙水排出后，滲流速度增大，地下水位降低，使地基附加壓力增大，進(jìn)一步提高了地基加固效果。

（3）孔隙滲流水的流向及滲流力引起的附加壓力全部作用于需要加固的土體，在加固的過程中土體側(cè)向變形非常小，完全可以一次將真空抽足，這樣不會(huì)因剪切破壞造成地基失穩(wěn)，也可以縮短地基排水固結(jié)的時(shí)間。

（4）對(duì)于黏性土、邊坡、碼頭等工程，選用低壓真空預(yù)壓技術(shù)的優(yōu)勢(shì)更為明顯，并且地基土越軟最終的加固效果越好。

（5）低壓真空預(yù)壓施工對(duì)機(jī)械設(shè)備的需求量更小，前期設(shè)備方面的成本投入較小，且所用大型設(shè)備的數(shù)量少，可滿足更多現(xiàn)場(chǎng)條件的施工。在正式進(jìn)入施工環(huán)節(jié)后，噪聲、振動(dòng)問題比較小，對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生的影響也較低。

3 工程案例

3.1 工程概述

文章以某城市道路工程為例，對(duì)低壓真空預(yù)壓技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行分析。該工程總長(zhǎng)度為1423m，寬度為38m。該工程所處區(qū)域?yàn)閬啛釒ШＱ蠹撅L(fēng)氣候，每年降水量充沛，平均降水量可以達(dá)到1700mm，四季分明，全年無(wú)嚴(yán)寒酷暑，并且城市地處沿海地區(qū)，受臺(tái)風(fēng)影響比較大，5—6月梅雨季節(jié)及7—9月的臺(tái)風(fēng)暴雨期為集中降雨時(shí)間。

3.2 地質(zhì)條件

工程建設(shè)規(guī)劃地地勢(shì)平坦，地面高程為2.7～3.3m，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)勘查確定地基土層條件：黏土厚度為2.0m，壓縮模量為2.65MPa；淤泥質(zhì)黏土厚度為4.5m，壓縮模量為1.40MPa；淤泥含粉細(xì)砂層厚度為0.5m，壓縮模量為1.90MPa[3]。其中，在淤泥質(zhì)黏土層中，埋深為3.6～4.5m及5.5～6.2m的位置，土層含砂量增加，兩層分布不均勻，呈透鏡狀與薄層狀。

3.3 地基加固方案

在設(shè)計(jì)低壓真空預(yù)壓加固施工方案時(shí)，需要結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件特征進(jìn)行分析，合理確定每一項(xiàng)參數(shù)，包括塑料排水板打設(shè)深度及間距、水平管網(wǎng)間距、達(dá)到某一固結(jié)程度的預(yù)壓時(shí)間及密封泥層厚度等。綜合分析地質(zhì)土層特點(diǎn)后，最終確定排水板平均打設(shè)深度為6.0m，采用正三角形的方式布置，兩個(gè)排水板之間間隔保持1.0m，選用規(guī)格為100mm×4mm的材料作業(yè)[4]。水平管網(wǎng)選用直徑為60mm的農(nóng)用PVC排水暗管，間距控制在0.87m。密封層下真空度設(shè)定為80kPa，按照三維固結(jié)原理，確定水平固結(jié)系數(shù)與垂直固結(jié)系數(shù)相同?；诟黜?xiàng)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，確認(rèn)地基土層達(dá)到80%設(shè)定固結(jié)度，整個(gè)過程需要84d。以基礎(chǔ)沉降計(jì)算理論為依據(jù)，對(duì)加固區(qū)最終沉降量進(jìn)行計(jì)算，可得到結(jié)果為37.8cm，預(yù)壓后地基固結(jié)度達(dá)到設(shè)定值80%時(shí)，沉降量為30.2cm，剩余沉降量為7.6cm。

4 加固施工措施

4.1 打插塑料排水板

根據(jù)施工方案內(nèi)設(shè)計(jì)的排水板種類和技術(shù)指標(biāo)來(lái)選擇合適的塑料排水板作為施工材料，然后重點(diǎn)控制打設(shè)間距、深度等參數(shù)。如果插板深度小于5.0m，同時(shí)設(shè)計(jì)深度內(nèi)全部為新吹填的泥漿，可選擇應(yīng)用人工作業(yè)的方式，工序依次為排水板板位放線、現(xiàn)場(chǎng)定位、人工插板、割板、拔桿、移位[5]。如果插板深度大于5.0m，則需要靈活選擇機(jī)械設(shè)備進(jìn)行施工，保證施工效率和質(zhì)量。

4.2 水平管網(wǎng)鋪設(shè)

水平真空管網(wǎng)系統(tǒng)施工可分為水平支管與水平干管兩種，主要負(fù)責(zé)真空壓力的傳遞，并且對(duì)經(jīng)過塑料排水板排出的水進(jìn)行導(dǎo)流，使其排入真空集水井。正式施工時(shí)，水平支管要按照平行板寬度方向鋪設(shè)，每排排水板均要與支管進(jìn)行復(fù)式搭接，控制好搭接長(zhǎng)度，并要求進(jìn)行可靠固定。水平干管則可以選擇應(yīng)用直徑為200cm的PVC材質(zhì)雙壁波紋管，選擇承插口的方式對(duì)干管進(jìn)行連接，并用土工布來(lái)對(duì)連接處進(jìn)行包裹，最后在外部用鉛絲捆扎。干管可通過膠管連接真空集水井，將排水板排出的水引入其中。另外，需要通過所用支管的數(shù)量來(lái)確定干管需要設(shè)置的孔洞數(shù)量，要求每根支管均與干管上的一個(gè)孔洞對(duì)應(yīng)，并且要插入其中，利用土工布包裹，確保能夠完全覆蓋支管與干管間縫隙，最后在外部利用細(xì)扎絲固定。

4.3 安裝抽真空系統(tǒng)

系統(tǒng)包括往復(fù)式真空泵、潛水泵及附屬設(shè)備。真空泵必須安裝在固定的平臺(tái)上，潛水泵設(shè)置在真空集水井內(nèi)，利用耐壓軟管來(lái)連接真空泵與緩沖罐，緩沖罐與真空井之間同樣利用耐壓軟管進(jìn)行連接。

4.4 吹填泥封層

在水平真空管網(wǎng)上部吹填淤泥或粉質(zhì)黏土漿液等，確保可以形成真空預(yù)壓系統(tǒng)的頂部密封層。在泥封層吹填完畢后，便可以對(duì)各加固分區(qū)的抽真空系統(tǒng)進(jìn)行真空操作，真空泵排氣后可以產(chǎn)生負(fù)壓，促使軟土地基中的孔隙水匯集，并將其引入真空集水井內(nèi)，最后通過潛水泵將其排出。

5 加固效果

5.1 地基沉降量

地基沉降觀測(cè)的對(duì)象為打設(shè)塑料排水板及真空泵預(yù)壓加固兩個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的沉降量。確定前者平均沉降量為3.5cm，主要是因?yàn)榧庸躺疃葍?nèi)土體在打設(shè)排水板后，地基土層排水距離縮小，改善了排水條件，受自重及設(shè)備影響，土體排水固結(jié)產(chǎn)生沉降。詳細(xì)分析后可知，施加真空60d后地基土平均固結(jié)度達(dá)到94%，加固到90d后，平均固結(jié)度已經(jīng)超過96%，隨著時(shí)間的推移，沉降量在逐漸減小。

5.2 地基孔隙水壓力

選擇其中一個(gè)單元為對(duì)象進(jìn)行觀測(cè)，孔隙水壓力計(jì)與排水板的水平間距控制在0.2m，埋深分別為1.0m、3.0m與5.0mm。觀測(cè)后發(fā)現(xiàn)三個(gè)不同位置的孔壓計(jì)的孔隙水壓力在加固過程中存在相同的消散規(guī)律，孔壓計(jì)埋深越小，孔隙水壓力與真空度變化表現(xiàn)越同步；在孔壓計(jì)埋深較大的情況下，孔隙水壓力變化值較小，即隨著埋深的增大，真空度損失增大。

6 結(jié)束語(yǔ)

低壓真空預(yù)壓加固技術(shù)在城市道路軟土地基處理中的應(yīng)用效果良好，可以更好地適應(yīng)不同的施工條件，并且施工操作方便，可確保地基土層達(dá)到良好的固結(jié)效果。因此，應(yīng)在軟土地基處理中充分應(yīng)用低壓真空預(yù)壓加固技術(shù)，掌握相關(guān)技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)，從而提升施工質(zhì)量，強(qiáng)化加固效果，延長(zhǎng)道路使用年限。