公路工程真空預(yù)壓法處理軟基施工技術(shù)

宮樹軍

（贊皇縣交通運(yùn)輸局公路服務(wù)保障中心，河北石家莊 051230）

1 工程概況

某高速公路工程路線全長(zhǎng)12.3km，路面寬度為26.4m，工程所在地臨近河流，經(jīng)前期勘察得知，工程所在地的地基內(nèi)部存在大量的軟土底層，其軟基呈現(xiàn)高壓縮性、大孔隙、低密度、高含水率的特點(diǎn)，如直接在軟基表面開展路基建設(shè)，勢(shì)必會(huì)造成公路沉降問題的發(fā)生。因此，為有效保證公路的建設(shè)安全，研究決定采取真空預(yù)壓法對(duì)地基的軟基問題進(jìn)行處理，本文對(duì)該工程真空預(yù)壓法軟基處理技術(shù)展開分析。

2 公路真空預(yù)壓法軟基處理技術(shù)的應(yīng)用

2.1 真空預(yù)壓加固原理

（1）真空預(yù)壓技術(shù)是采用真空泵設(shè)備將膜內(nèi)軟基土體中的水和氣體抽出，使密封膜下形成真空環(huán)境，然后在密封膜上方施加荷載，通過真空和荷載的雙重作用下，會(huì)使軟基土體承受的壓力增加，而土體結(jié)構(gòu)內(nèi)部的孔隙壓力減少，最后在外界壓力與土體結(jié)構(gòu)內(nèi)部壓力差的作用下，軟基土中的水發(fā)生不穩(wěn)定滲流，經(jīng)滲流得到的水沿著提前設(shè)置好的排水板排出，經(jīng)排水板排出的水上升至地表后再利用真空泵抽出。

（2）經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的真空預(yù)壓，軟基土中的孔壓會(huì)逐漸降低，而降低的孔壓可以轉(zhuǎn)變成有效應(yīng)力，其在真空環(huán)境下形成的有效應(yīng)力越大，則軟基的加固效果越好，由于真空環(huán)境主要是將軟基內(nèi)部的水分排出，以增加土體之間的應(yīng)力。因此，此方法并不適用于所有的軟土地基，一般對(duì)用于淤泥、淤泥質(zhì)土以及其他可以形成負(fù)超靜水壓力的黏土中[1]。

2.2 真空預(yù)壓法施工工藝

2.2.1 清表

本工程軟土地基真空預(yù)壓施工前，施工單位要先將軟基表面清理干凈，并對(duì)軟基表面采取必要的加固措施，以避免真空預(yù)壓時(shí)的砂墊層延基發(fā)生水平位移，或因軟基中的草皮、樹根等雜質(zhì)而產(chǎn)生不均勻沉降，最終影響真空預(yù)壓施工的正常進(jìn)行，在軟基表面清表施工中，針對(duì)軟基范圍內(nèi)存在的樹木、灌木叢均要在施工前移植或砍伐處理，針對(duì)軟基表面的雜草、垃圾、腐殖土等應(yīng)全部開挖清除，開挖后得到的腐殖土集中堆放，統(tǒng)一處理，針對(duì)軟基中存在的暗塘，應(yīng)將暗塘中的淤泥土質(zhì)挖除干凈，使其露出新土，針對(duì)軟基承載力過低的區(qū)域，可在其表面鋪筑土工織物，使其滿足砂墊層施工要求即可。

2.2.2 砂墊層鋪設(shè)

軟基表面清理干凈后開始砂墊層的鋪設(shè)，本次真空預(yù)壓施工中砂墊層分為2層鋪設(shè)，其中第1層砂墊層鋪設(shè)于軟基表面，目的是增加地基承載力，同時(shí)起到排水作用，鋪設(shè)時(shí)主要采用粗砂墊層，材料可選擇使用鵝卵石或碎石，選擇的材料其最大粒徑宜不大于5cm，含泥量宜不大于3%，粗砂墊層鋪設(shè)其厚度宜控制在10cm左右，墊層的滲透系數(shù)保持在10-3～10-2cm/s[2]；第2 層砂墊層鋪設(shè)于排水板上方，鋪設(shè)時(shí)間在排水板及排水管道安裝完成后，鋪設(shè)目的是增加軟基排水速度，第2層砂墊層鋪設(shè)時(shí)采用中粗砂材料，鋪設(shè)厚度宜保證覆蓋排水管道10cm以上，砂墊層的滲透系數(shù)與第1層保持一致。

2.2.3 排水板打設(shè)

（1）粗砂墊層鋪設(shè)完成后即可開始排水板打設(shè)施工，根據(jù)工程實(shí)際情況，本次排水板打設(shè)施工主要采用塑料排水板，在排水板打設(shè)前，施工人員先在場(chǎng)地內(nèi)組織測(cè)量放樣，明確每個(gè)排水板的精確位置，同時(shí)安排人員對(duì)插板機(jī)進(jìn)行調(diào)試，準(zhǔn)備工作完成后，將插板機(jī)移動(dòng)至排水板的位置上方，并將樁靴安裝于插板機(jī)上，樁靴安裝后其最大誤差不得超過4cm，如檢查不合格不得施工，如檢查合格則開始排水板打設(shè)施工。

（2）塑料排水板打設(shè)施工時(shí)其主要布置形式為正方形，每塊排水板之間的距離保持在1m，打設(shè)過程中安排施工人員實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，避免排水板的最大垂直度偏差超過1.5%，待排水板打設(shè)至設(shè)計(jì)的深度后拔出管樁，在管樁上拔過程中施工人員要避免出現(xiàn)回帶現(xiàn)象，如發(fā)生回帶且回帶長(zhǎng)度在50cm以上，則施工單位需補(bǔ)打施工，待管樁上拔完成后，剪斷塑料排水板，使樁靴及塑料排水板留置于軟土中，并保持塑料排水板外露25cm[3]。

2.2.4 密封墻施工

為確保軟基整個(gè)真空預(yù)壓區(qū)域的密封狀態(tài)，在排水板打設(shè)完成后，要在其軟基加固區(qū)域設(shè)置密封墻，本次施工密封墻采用雙攪拌樁的形式，樁體的直徑為70cm，樁體深度為7～12m，樁間距保持在50cm，樁體施工時(shí)先利用樁機(jī)打孔，然后再利用泥漿灌入施工，在密封墻施工時(shí)泥漿池設(shè)置于施工現(xiàn)場(chǎng)，與樁機(jī)的位置保持在合理范圍內(nèi)，以確保泥漿可以及時(shí)供應(yīng)，在泥漿灌入時(shí)泥漿比重保持在1.40 左右，深入比例控制在30%～40%，待泥漿灌入后及時(shí)檢查樁體的質(zhì)量，以確保軟基區(qū)域的密封性。

2.2.5 真空濾管安裝

排水板及密封墻施工完成后安裝真空濾管，其主要作用是實(shí)現(xiàn)軟基內(nèi)部的橫向排水，同時(shí)連接各個(gè)排水板實(shí)現(xiàn)完整的排水系統(tǒng)，本工程真空濾管主要采用鋼管，其表面布置有梅花形的濾水孔，孔徑大小為8～10mm，孔距為50mm，濾管的抗壓強(qiáng)度在1MPa 以上，安裝時(shí)通過軟管或塑料管相連接，然后利用鉛絲綁扎牢固，在軟基中間區(qū)域真空濾管采用四通管相連接，兩側(cè)位置采用三通管相連接，拐角位置采用雙通管相連接，真空濾管安裝完成后埋設(shè)中粗砂墊層下方約10cm的位置，且各管道之間連接密實(shí)[4]。

2.2.6 密封薄膜施工

（1）排水管道施工完成且砂墊層鋪設(shè)后在其表面鋪設(shè)密封膜，本工程真空預(yù)壓施工采用的密封膜為聚乙烯薄膜，砂墊層表面共設(shè)置3層薄膜，每層薄膜的厚度為0.12～0.15mm，為避免薄膜鋪設(shè)后出現(xiàn)破損問題，在密封膜鋪設(shè)前施工人員要將砂墊層表面存在棱角的材料抹平，同時(shí)將其表面整平并鋪設(shè)一層250g/m2的無紡布，經(jīng)處理完成后再選擇無風(fēng)、無雨的天氣一次完成密封膜的鋪設(shè)，每層鋪設(shè)后施工單位均要檢查密封膜表面是否存在破損問題，如發(fā)現(xiàn)存在破損現(xiàn)象，及時(shí)安排施工人員進(jìn)行修補(bǔ)，如檢查合格則進(jìn)行下一層密封膜鋪設(shè)，直至3層密封膜全部鋪設(shè)完成。

（2）密封膜全部鋪設(shè)完成后，為確保密封膜的密實(shí)性，對(duì)密封膜進(jìn)行壓膜處理，壓膜前先在其周圍開挖壓膜溝，本工程壓膜溝開挖采用小型挖掘機(jī)作業(yè)，開挖深度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況綜合確定，其最小開挖深度不得低于150mm，待壓膜溝開挖結(jié)束后，將密封膜分層壓入溝內(nèi)，其壓溝深度應(yīng)保持在15～20cm，待壓膜完成且未出現(xiàn)密封膜破損問題后，采用黏性土將壓膜溝回填，為確保密封膜的性能，回填土的高度保持在1m以上[5]。

2.2.7 抽取真空環(huán)境

（1）密封膜施工后安裝真空設(shè)備抽取真空環(huán)境，依據(jù)工程的實(shí)際地質(zhì)情況以及施工要求，本次選擇的真空設(shè)備為真空射流泵，該設(shè)備能形成96kPa 的真空度，在初期可負(fù)擔(dān)1 000～1 200m2的加固面積，后期可負(fù)擔(dān)1 500～2 000m2的加固面積，完全滿足工程的實(shí)際要求，在真空泵安裝時(shí)，先檢查機(jī)械本身的性能，其功率應(yīng)大于7.5kW，經(jīng)檢查性能合格后開始安裝，同時(shí)每個(gè)區(qū)域準(zhǔn)備2～3 套，待安裝完成后檢查真空泵的氣密性并開始試抽真空。

（2）真空泵試抽真空期間要確保密封膜上不存在覆水現(xiàn)象，抽真空過程中安排人員檢測(cè)真空泵的運(yùn)轉(zhuǎn)情況以及密封膜的密封性，如發(fā)現(xiàn)真空泵或密封膜存在問題，則應(yīng)立即停止施工進(jìn)行處理，待解決問題后再重新抽真空施工，如試抽真空階段密封膜下的真空度滿足設(shè)計(jì)要求，且3d內(nèi)保持恒定，則可以開始正式抽終孔作業(yè)。

（3）在正式抽取真空過程中要將密封膜上方覆水，其主要目的是避免密封膜遭受陽光直射而發(fā)生破損，同時(shí)增加密封膜的荷載加快土體的加固速度，在正式抽取真空階段先開啟真空泵使膜內(nèi)的真空度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，然后持續(xù)真空預(yù)壓120d，已完成軟基的加固，在真空預(yù)壓過程中，施工單位要安排專人負(fù)責(zé)監(jiān)督整個(gè)過程，同時(shí)將預(yù)壓階段所有的數(shù)據(jù)詳細(xì)概率，以便于參考，待真空預(yù)壓至土體固結(jié)度在85%以上，且軟基土體連續(xù)5～10d的沉降量均在2mm以內(nèi)，表示加固完成開始卸載施工[6]。

2.2.8 卸載回填

（1）真空預(yù)壓卸載時(shí)應(yīng)先停止真空設(shè)備，并依據(jù)設(shè)置的控制點(diǎn)，利用標(biāo)記明確密封膜的壓模溝，然后組織施工人員將真空泵拆除，并按順序運(yùn)輸至施工場(chǎng)地外，經(jīng)運(yùn)輸后的真空泵施工單位要合理存儲(chǔ)，避免發(fā)生設(shè)備破損問題，最后將密封膜從壓膜溝內(nèi)挖出，同時(shí)將設(shè)置的濾管抽出，并運(yùn)送至場(chǎng)地外完成卸載工作，待真空預(yù)壓卸載后，施工單位要利用干燥的素土將地基回填至地面高程。

（2）本工程地基回填施工采用的素土入場(chǎng)前要經(jīng)過試驗(yàn)檢測(cè)，以確保填土的性能滿足要求，經(jīng)檢測(cè)合格的填土利用運(yùn)輸車運(yùn)送至施工場(chǎng)地填筑作業(yè)，填筑時(shí)采取分層填筑的方式，每層的填筑厚度保持在50cm，填筑時(shí)采用推土機(jī)整平，局部機(jī)械無法施工的位置，可由人工填筑，待地基回填施工完成后，安排人員檢測(cè)回填高度，其回填土與地面的高度誤差宜控制在10cm以內(nèi)，如經(jīng)檢查合格則可開始路基施工。

2.3 真空預(yù)壓過程監(jiān)測(cè)

（1）荷載監(jiān)測(cè)：真空預(yù)壓施工中，施工單位要做好預(yù)壓過程中的監(jiān)測(cè)工作。其中針對(duì)本工程真空預(yù)壓中的荷載監(jiān)測(cè)，主要監(jiān)測(cè)方式為在待處理區(qū)域內(nèi)鋪設(shè)塑料排水板，然后對(duì)該區(qū)域內(nèi)的真空度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如在真空預(yù)壓監(jiān)測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)經(jīng)真空預(yù)壓的3個(gè)月中，密封膜內(nèi)的真空度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，則表明通過本次真空預(yù)壓可以有效地增加土體的荷載能力，如經(jīng)真空預(yù)壓3 個(gè)月中，密封膜內(nèi)的真空度未發(fā)生明顯的變化，則證明本次真空預(yù)壓未能增加土體的荷載能力，此時(shí)施工單位要及時(shí)分析其原因進(jìn)行處理，以確保軟基的預(yù)壓效果。

（2）位移監(jiān)測(cè)：施工單位在真空預(yù)壓過程中要做好位移監(jiān)測(cè)，所謂的位移監(jiān)測(cè)其實(shí)是對(duì)預(yù)壓區(qū)域下軟土的水平移動(dòng)情況的監(jiān)測(cè)，根據(jù)實(shí)際的試驗(yàn)結(jié)果表明，軟土的水平位移與土體的深度存在一定的關(guān)系，土體的深度越大其水平位移的距離越小，土體的深度越小其水平位移的距離越大，其中水平位移最大情況為土體深度為4.8m的區(qū)域。因此，為避免本工程真空預(yù)壓過程中出現(xiàn)軟基水平位移的現(xiàn)象，施工單位可著重對(duì)軟基土4～6m區(qū)域內(nèi)的土體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)過程中如發(fā)現(xiàn)土體存在水平位移，則施工單位要及時(shí)采取處理措施[7]。

（3）沉降監(jiān)測(cè)：本工程軟基真空預(yù)壓過程中勢(shì)必會(huì)造成土體的沉降，在真空預(yù)壓過程中，預(yù)壓前期軟土中的水分含量較多，此時(shí)土體的沉降速度較大，但隨著真空預(yù)壓時(shí)間的增加，軟基中的水分逐漸減少，其土體的沉降量逐漸趨于平緩，因此，要確保軟基的沉降量施工處于要求的范圍內(nèi)，施工單位可采用沉降板實(shí)現(xiàn)對(duì)土體沉降量的監(jiān)測(cè)，如監(jiān)測(cè)過程中，施工單位發(fā)現(xiàn)軟基的沉降量超出設(shè)計(jì)要求，或?yàn)檫_(dá)到設(shè)計(jì)要求，則施工單位可適當(dāng)調(diào)整真空機(jī)參數(shù)，以確保其沉降量處于要求范圍內(nèi)。

（4）水位監(jiān)測(cè)：本工程軟基下方存在大量的地下水，在預(yù)壓過程中其地下水位的高度會(huì)發(fā)生變化，一般變化區(qū)間在10m左右，當(dāng)真空預(yù)壓結(jié)束后地下水位可以在較短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)至原高度，如在真空預(yù)壓過程中地下水位的高度浮動(dòng)出現(xiàn)異常，證明真空預(yù)壓過程存在問題，若不能及時(shí)處理將會(huì)影響軟基加固效果，因此，為避免此類問題的發(fā)生，施工單位在真空預(yù)壓過程中要做好水位的監(jiān)測(cè)，一旦監(jiān)測(cè)過程中水位高度變化存在異常，或預(yù)壓結(jié)束后地下水位沒能及時(shí)恢復(fù)，施工單位要及時(shí)分析其原因并進(jìn)行處理。

3 結(jié)語

采用真空預(yù)壓法處理公路軟基問題，施工單位可以在短時(shí)間內(nèi)完成大面積的軟基處理，同時(shí)在處理過程中無需使用大量的材料，且真空預(yù)壓整個(gè)施工過程沒有噪聲、污染現(xiàn)象，這完全符合我國(guó)公路的建設(shè)要求。因此，為有效地保證公路真空預(yù)壓的施工效果，施工單位在真空預(yù)壓施工中應(yīng)充分了解其處理原理，然后依據(jù)正確的施工工藝的施工，做好施工中的監(jiān)測(cè)工作，以保證軟基的處理質(zhì)量，確保公路的使用性能。