真空聯(lián)合堆載預(yù)壓處理軟土路基施工技術(shù)研究

翟浩

（邢臺(tái)路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，河北 邢臺(tái) 054000）

0 引言

軟土地基是公路建設(shè)過(guò)程中遇到的常見(jiàn)問(wèn)題，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐積累，目前針對(duì)軟基問(wèn)題已經(jīng)形成多種處理方法。真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法作為常用軟基處理方法之一，可以有效實(shí)現(xiàn)軟基加固。

1 工程概況

某公路工程位于我國(guó)沿海地區(qū)，工程全長(zhǎng)5.8km，路面寬度為22.6m，設(shè)計(jì)為雙向4 車道，路基施工前經(jīng)勘查得知原地基土層中淤泥層厚度較大，最深位置可達(dá)35m，如直接施工容易導(dǎo)致路基出現(xiàn)沉降和失穩(wěn)問(wèn)題。針對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)情況，經(jīng)研究決定采用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓技術(shù)處理。

2 真空聯(lián)合堆載預(yù)壓軟基處理施工

2.1 工作原理

真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法是指利用真空預(yù)壓和堆載預(yù)壓結(jié)合的方式處理軟土地基，即先在軟土地基表面鋪設(shè)砂墊層并設(shè)置塑料排水板，排水墊層頂部利用密閉性良好的薄膜埋設(shè)，密封的薄膜內(nèi)部連接真空泵，通過(guò)真空泵將其中空氣抽出，使內(nèi)部形成負(fù)氣壓，即真空狀態(tài)，同時(shí)聯(lián)合堆載預(yù)壓法，在密閉薄膜表面堆載土層，通過(guò)土層的重力及內(nèi)部氣壓的作用，對(duì)軟土地基排水固接，實(shí)現(xiàn)加固目標(biāo)。

2.2 施工工藝

2.2.1 基底處理

本工程位于沿海位置，軟基表面以淤泥土層為主，在施工前要先在原地基表面鋪設(shè)2 層竹笆，滿足站立行人要求后再利用土工格柵鋪筑，以滿足機(jī)械施工的要求。土工格柵上方鋪設(shè)2cm 后的中粗砂，并設(shè)置砂墊層。砂墊層使用的砂礫具有堅(jiān)硬、密實(shí)的特點(diǎn)，其含泥量為4.8%，滲水系數(shù)為0.05cm/s，鋪筑厚度為50cm[1]。

2.2.2 排水板打設(shè)

地基砂墊層鋪設(shè)完成后，在表面設(shè)置排水板，以便將軟基中的水分排出。排水板的設(shè)置利用排水板打設(shè)機(jī)完成，本次施工采用IJB-16型步履式打設(shè)機(jī)。排水板搭設(shè)前先根據(jù)圖紙要求定位，再沿導(dǎo)管設(shè)置排水通道，并使排水板頂部位置與排水通道樁位連接，最后開(kāi)啟打設(shè)機(jī)振動(dòng)插入排水板。搭設(shè)完成后排水板的回帶長(zhǎng)度應(yīng)不大于50cm，排水板在砂墊層外露的長(zhǎng)度應(yīng)不小于20cm，排水板的安裝位置偏差控制在1.5%以內(nèi)。

2.2.3 觀測(cè)儀器布設(shè)

（1）排水板打設(shè)完成后，為方便后期對(duì)軟基沉降及加固效果的檢測(cè)，需進(jìn)行觀測(cè)儀器布設(shè)，共包括表層沉降觀測(cè)、膜下真空度觀測(cè)、邊樁位移觀測(cè)等3 種觀測(cè)點(diǎn)。其中表層沉降觀測(cè)利用沉降板確定，沉降板每個(gè)區(qū)域設(shè)置1～2 處斷面，每個(gè)斷面設(shè)置3 塊，位于路基中心和路肩兩側(cè)位置。沉降板呈正方形，長(zhǎng)度為50cm，埋設(shè)完成后，真空預(yù)壓期內(nèi)每間隔3d 觀測(cè)1次，堆載預(yù)壓期內(nèi)每天觀測(cè)1 次，預(yù)壓結(jié)束后每間隔7d觀測(cè)1次[2]。

（2）膜下真空度觀測(cè)利用真空表完成觀測(cè)，真空表設(shè)置位置在砂墊層中間，共設(shè)置35個(gè)，觀測(cè)時(shí)間從抽真空環(huán)境開(kāi)始，至真空卸載后結(jié)束。抽真空期間每天觀測(cè)1次，真空環(huán)境形成后每間隔3d觀測(cè)1次。

（3）邊樁位移觀測(cè)利用經(jīng)緯儀實(shí)現(xiàn)，經(jīng)緯儀設(shè)置在地基同水平位移方向，共設(shè)置30處。觀測(cè)周期從真空預(yù)壓開(kāi)始至真空卸載3 個(gè)月后停止，觀測(cè)期間每間隔7d 觀測(cè)1 次。由于場(chǎng)地條件限制，為保證觀測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，每次觀測(cè)時(shí)均測(cè)量多次取平均值。

2.2.4 管網(wǎng)埋設(shè)

（1）觀測(cè)裝置設(shè)置后埋設(shè)管網(wǎng)，真空聯(lián)合堆載預(yù)壓施工中管網(wǎng)包括真空管、干管、濾管，其中真空管采用加筋處理的PVC 塑料管，干管和濾管分別采用管徑為 300mm 和 76mm 的 PVC 塑料管，所有的 PVC 塑料管抗壓強(qiáng)度均不小于400kPa。

（2）管網(wǎng)安裝時(shí)，干管的間距控制在30m，濾管的排距控制在3m，最外層濾水管與施工場(chǎng)地的距離控制在2～5m。濾管管壁需開(kāi)設(shè)濾水孔，其形狀為三角形，濾水孔的孔徑8mm，孔距50mm，開(kāi)孔后利用無(wú)紡?fù)凉げ紴V膜纏繞，纏繞量為300g/m2，確保濾管只透水不透砂，從而實(shí)現(xiàn)排水目的[3]。

（3）整個(gè)管網(wǎng)連接完成后，在施工場(chǎng)地挖設(shè)砂溝將其埋入砂溝之中。本次施工砂溝的挖設(shè)深度控制在20拆模，使管道埋設(shè)于砂墊層中間位置，且管道表面覆蓋砂層厚度在10cm 以上。埋設(shè)過(guò)程中，為確保真空管能快速實(shí)現(xiàn)真空負(fù)氣壓的傳遞，埋設(shè)時(shí)可呈蛇形布置，適應(yīng)軟基不均勻變形的特點(diǎn)。所有管道埋設(shè)完成后，最終條形排列于砂墊層之中，管道周圍回填密實(shí)，此時(shí)方可鋪設(shè)密封膜。

2.2.5 密封膜鋪設(shè)

（1）本工程采用的密封膜為聚乙烯或聚氯乙烯薄膜，鋪設(shè)層數(shù)為3 層。所有薄膜均在工廠內(nèi)一次熱合完成，薄膜厚度在0.12～0.17mm之間，尺寸可以完全覆蓋軟土區(qū)域的同時(shí)周圍長(zhǎng)出3～4m，實(shí)現(xiàn)密封膜的固定。為確保真空堆載預(yù)壓施工的效果，所有的薄膜使用前要通過(guò)檢查，存在熱穿、熱合不緊問(wèn)題的薄膜不得使用[4]。

（2）密封薄膜鋪設(shè)時(shí)分層鋪設(shè)，先將第1 層薄膜其埋入溝內(nèi)，埋深在1m 以上。埋設(shè)時(shí)，密封膜的黏合處先埋設(shè)，再埋設(shè)其他區(qū)域，以避免出現(xiàn)薄膜撕裂問(wèn)題。第1 層埋設(shè)完成后，根據(jù)埋設(shè)要求及流程埋設(shè)后2 層薄膜，全部密封膜鋪設(shè)完成后，利用黏性土回填密實(shí)，同時(shí)四周構(gòu)筑圍堰，并進(jìn)行注水密封。

2.2.6 抽真空預(yù)壓

（1）密封薄膜密封后，開(kāi)始抽真空作業(yè)。本次抽真空施工采用IS型真空射流泵系統(tǒng)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工面積共設(shè)置有7 臺(tái)真空射流泵，真空泵的額定功率為7.5kW，足以形成0.096MPa 的真空壓力，完全滿足施工要求。真空泵與管網(wǎng)中的真空管相連接，利用管道將密封膜下的空氣抽出。為確保抽真空作業(yè)的安全性，所有相連接的接口全部進(jìn)行密封處理，并設(shè)置一定數(shù)量的截門和止回閥，用于控制抽真空作業(yè)。

（2）接口位置完全密封，且施工現(xiàn)場(chǎng)供電線路檢查完好后開(kāi)啟真空泵。抽真空階段初始時(shí)，逐步開(kāi)啟真空泵，控制抽取真空的速度，避免對(duì)軟基土體造成瞬間破壞。伴隨抽取時(shí)間的增加，逐步增加真空泵的工作臺(tái)數(shù)，直至全部開(kāi)啟，此時(shí)真空管應(yīng)確保無(wú)漏氣問(wèn)題，密封膜內(nèi)真空表檢測(cè)的真空度可達(dá)到86.6kPa[5]。

2.2.7 堆載預(yù)壓

抽取真空作業(yè)持續(xù)10d 左右，其真空度方可達(dá)到80kPa 以上，此時(shí)方可同步進(jìn)行堆載預(yù)壓。堆載預(yù)壓前，先在密封膜上方鋪設(shè)土工布保護(hù)層，避免密封膜破損，再人工鋪設(shè)30cm 厚的砂墊層和30cm 厚的碎石墊層。鋪設(shè)完成，利用機(jī)械填筑1m 厚的細(xì)粒土并壓實(shí)處理，當(dāng)填筑高度達(dá)到5m時(shí)為1級(jí)填土，加載時(shí)間應(yīng)持續(xù)2 個(gè)月，然后繼續(xù)填土至2 級(jí)填土高度，即設(shè)計(jì)預(yù)壓高度。加載時(shí)間應(yīng)持續(xù)1～2個(gè)月，每級(jí)填土高度加載完成后均要停止加載聯(lián)合預(yù)壓20～30d，觀測(cè)土體變化。

2.2.8 卸載

聯(lián)合加載預(yù)壓完成后，經(jīng)檢測(cè)，連續(xù)周期內(nèi)地面沉降小于2mm/d，且地基的固結(jié)程度達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)的85%，即視為軟基加固完成，此時(shí)應(yīng)報(bào)送至監(jiān)理單位組織驗(yàn)收，待驗(yàn)收通過(guò)后方可停止真空泵，卸載施工。卸載后，需定期對(duì)地面的回填值進(jìn)行檢測(cè)，其連續(xù)7d內(nèi)保持在穩(wěn)定狀態(tài)，即可拆除管材料、設(shè)備，并清理施工現(xiàn)場(chǎng)[6]。

2.3 應(yīng)用效果檢測(cè)

本工程軟基真空聯(lián)合堆載預(yù)壓結(jié)束后，為檢測(cè)軟基加固效果，對(duì)軟基的固結(jié)度、沉降量及軟基土質(zhì)情況進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)軟基前后沉降值可計(jì)算出軟基固結(jié)度。經(jīng)計(jì)算，本次加固施工軟基沉降量為160～175cm 之間，固結(jié)度為92.8%，滿足軟基加固要求，軟基的土質(zhì)情況詳見(jiàn)表1。

由表1 土質(zhì)情況可得，經(jīng)真空聯(lián)合堆載預(yù)壓處理后，軟基的含水率、孔隙比等顯著降低，壓縮模量和黏聚力等明顯提升，土質(zhì)情況明顯改善，表明加固效果滿足要求。

表1 軟基土質(zhì)情況

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在公路工程中采用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法處理軟土地基，能夠縮短預(yù)壓時(shí)間，保證軟基處理效果，與其他軟基處理方法相比，具有更高的經(jīng)濟(jì)效益。為保證真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法的處理效果，在該技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，施工單位應(yīng)規(guī)范施工流程，把控施工要點(diǎn)，以達(dá)到預(yù)期的處理目的。