真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法在道路軟基處理中的運用研究

徐維杰

（珠海聯(lián)港市政園林綠化工程有限公司，廣東 珠海 519040）

1 引言

軟土地基是市政道路工程中較為常見的病害類型，其物理力學(xué)性質(zhì)較為特殊，高壓縮性、高流變性綜合作用之下，極易產(chǎn)生不均勻沉降問題，致使路堤失穩(wěn)塌陷，影響道路工程的正常運行。近年來，我國建設(shè)工程發(fā)展迅速，有關(guān)該種地基的加固處理技術(shù)也是層出不窮，真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法就是頗具代表性的類型，有諸多學(xué)者曾就進行過探索研究。其中安曉明[1]引入工程案例，對抽真空預(yù)備階段、實施階段以及聯(lián)合堆載階段進行梳理細化，經(jīng)過沉降監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，區(qū)域內(nèi)地基沉降漸趨平穩(wěn)，可以從原有的8.8 cm/d 降低至0.4 cm/d，加固效能良好。譚舟洋[2]同樣引入案例分析，將側(cè)重點放在了排水、密封系統(tǒng)的設(shè)置上，最后取得的加固處理效果同樣十分可觀。本文綜合汲取現(xiàn)有研究成果優(yōu)勢，結(jié)合具體地質(zhì)分析結(jié)果進行方案設(shè)計、比選，梳理排水板打設(shè)、黏土密封墻施工、真空裝置選型、真空抽取及卸載等細節(jié)，希望能為軟土地基處理工作提供有益借鑒。

2 真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法簡介

真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法被普遍應(yīng)用于軟基處理項目之中，具有工后沉降少、施工耗時短的鮮明特征。其同時利用了真空預(yù)壓、堆載預(yù)壓優(yōu)勢，真空預(yù)壓應(yīng)用環(huán)節(jié)需要從軟基表面入手，均勻鋪設(shè)砂墊層，并埋設(shè)吸水管道、加覆密封膜，然后在基礎(chǔ)內(nèi)部增設(shè)排水體，用真空泵抽去地層內(nèi)多余空氣，間接擠出孔隙水，使得軟基地層孔隙水壓力下降，最終形成負壓固結(jié)效應(yīng)，提升土體本身的承載能力。堆載預(yù)壓法應(yīng)用環(huán)節(jié)，則需要在軟基表面堆積土方，土方在引力作用下施加垂直向下的作用力，使得孔隙水壓力增大，進而沿通道排出，保障土體有效應(yīng)力的提升。將二者聯(lián)合使用，既汲取了負壓固結(jié)的優(yōu)越性，又兼顧了增壓固結(jié)的便捷性，極大減少了工后沉降風險。

3 軟基加固處理方案設(shè)計

為清晰說明真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法的應(yīng)用要點，本文結(jié)合高欄港經(jīng)濟區(qū)平沙新城起步區(qū)傍德路軟基處理工程案例輔助闡述。道路位于平沙新城起步區(qū)內(nèi)，總長度1 476.493 m，路幅寬度20 m。根據(jù)野外鉆探結(jié)果，現(xiàn)場結(jié)露地層分布情況較為清晰，自上而下分別為：（1）人工填土，呈褐色、灰褐色，由黏性土混合少量石英砂構(gòu)成，層厚0.80～5.20 m；（2）第四系海陸交互相沉積層，由淤泥、黏土、淤泥質(zhì)黏土、粗砂等組成；（3）第四系殘積砂質(zhì)黏性土，呈褐灰、灰白色，由花崗巖風化殘積形成；（4）燕山期侵入花崗巖，呈青灰色。對現(xiàn)場地質(zhì)條件進行評估分析后發(fā)現(xiàn)，該地第四系海陸交互相沉積層富含淤泥、淤泥質(zhì)黏土，呈現(xiàn)出流塑狀態(tài)，壓縮性高且強度低，具有一定的沉降風險，第四系殘積砂質(zhì)黏性土壓縮性較高，浸水后還可能出現(xiàn)崩解問題，因此需要進行額外處理。綜合周邊構(gòu)筑物情況、地層分布特征后，本次工程選擇了真空聯(lián)合堆載預(yù)壓處理方法，在整平、清理后的地基上設(shè)置黏土密封墻，均勻鋪設(shè)一層中粗砂墊層，同時埋設(shè)監(jiān)測儀器，然后打設(shè)塑料排水板，安裝濾管、真空設(shè)備等，在此基礎(chǔ)上開挖密封溝、監(jiān)控地表沉降情況，待到膜下真空壓力降至80 kPa 并持續(xù)10 d 之后，鋪設(shè)土工布與中粗砂墊層，逐級填筑直至標高，加荷計劃可見表1。

表1 真空聯(lián)合堆載預(yù)壓加荷計劃表

4 真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法應(yīng)用策略

4.1 前期準備

真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法施工應(yīng)用之前，需要細致清理場地，其中耕植土清理厚度控制在30 cm 以內(nèi)，建筑物基礎(chǔ)則要清至底面，并做好排水降水工作，防止后期被地下水浸泡，若現(xiàn)場有溝塘存在，還需要清除浮淤。完成后及時整平，對于凹陷部分要做好回填壓實工作，整平面保持一定坡度，通常在2%～4%較為適宜。同時準備好堆載土方，根據(jù)實際情況選擇欠載預(yù)壓、等載預(yù)壓等方案，部分工程對沉降較為敏感，要優(yōu)先使用等載、超載預(yù)壓方案。根據(jù)真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法應(yīng)用原理，軟基表面應(yīng)當覆蓋一層砂墊層，其中膜下砂墊層起到防護作用，要在排水板打設(shè)完成后鋪設(shè)，注意檢查厚度、確保壓實。膜上砂墊層則起到固定作用，敷設(shè)于土工布之上，操作時應(yīng)當分層推進，采用人工或小型機械施工方法，避免密封膜被損壞。

4.2 排水板打設(shè)

塑料排水板是真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法中較為關(guān)鍵的構(gòu)件類型，主要用于增加土層豎向排水途徑，加快土層固結(jié)硬化速度，打設(shè)過程中可以采用振動沉管方式，也可以采取靜壓式插板機施工，配合自動檢測設(shè)備做好打設(shè)深度把控。為保證排水板質(zhì)量，打入土內(nèi)的構(gòu)件不允許有接頭，且最后外露長度要適宜，通常大于或等于200 mm，端頭彎折埋回砂墊層中，周邊若有孔洞，還需要用中粗砂填滿封嚴。整個搭設(shè)過程中，回帶長度不能大于500 mm，根數(shù)不能超過總數(shù)的5%，把控好平面定位偏差，將偏差值控制在50 mm 以內(nèi)。排水板性能指標可見表2。

表2 排水板性能指標

4.3 黏土密封墻施工

為提升施工效率，黏土密封墻施工環(huán)節(jié)，使用了雙軸深層攪拌設(shè)備輔助操作，考慮到現(xiàn)場密封墻寬度較大，整體保持在1.2 m 以上，因此，單軸攪拌直徑設(shè)為700 mm，相鄰單元之間保持200 mm 的搭接寬度，減少后期開裂風險。黏土漿是該工序中用量最大的材料，使用現(xiàn)場挖出的黏土制作，摻入量保持在20%以上，泥漿比重控制在1.3。經(jīng)過試驗篩選后，發(fā)現(xiàn)黏土本身質(zhì)地較細，在100～300 目篩網(wǎng)條件下，通過率可以達到90%以上，符合黏土密封墻施工需求。注意黏土密封墻的修建深度務(wù)必要把控得當，需要穿過透水層2 m 以上以達到隔離效果，且總深度維持在6 m 以上。施工完畢后及時進行質(zhì)量檢測，樣本滲透系數(shù)不能超過1×10-5cm/s[3]。

4.4 真空裝置布置

真空裝置的布設(shè)分為3 步：第一步，真空泵安裝。本工程使用射流式裝備，真空壓力可以達到96 kPa 以上，注意真空泵動力要盡可能可靠，避免使用汽、柴油機，保障機械運行連續(xù)性，若使用電機，則功率不能低于7.5 kW。泵體之上應(yīng)當配備真空表、止回閥等，定期檢驗檢測保證精度。第二步，管道安裝，包含主管和濾管，其中濾管安裝需要打孔，直徑控制在6 mm，相鄰兩孔間隔100 mm，交錯分布確保均勻性。為保證密封外層應(yīng)當包裹200 g/m2的土工布，連接點用橡膠管加固，注意留出一定預(yù)備長度，防止沉降導(dǎo)致的拉脫、斷開風險。第三步，測頭安裝，包括膜下真空測頭、排水板真空測頭等。

4.5 密封膜鋪設(shè)

密封膜鋪設(shè)之前應(yīng)當經(jīng)過系統(tǒng)的質(zhì)量檢測，且生產(chǎn)指標符合一次加工要求。為確保密閉性，現(xiàn)場需要鋪設(shè)3 層膜體，分層施工且做好把控，表面不能過于緊繃，謹防張拉應(yīng)力破壞膜體結(jié)構(gòu)。在密封膜上下位置，還應(yīng)當設(shè)置一層無紡?fù)凉げ?，用以保護密封膜材料。下層土工布鋪設(shè)務(wù)必要平整，不能出現(xiàn)雜物、碎石等尖銳物品，邊緣埋入密封溝，深度要保持在1 m以上。若現(xiàn)場覆蓋范圍較大，土工布需要進行接合縫補，則縫合寬度應(yīng)當適宜，通常不能小于5 m，若使用直接搭接的方式，則寬度要擴大至50 cm，土工布及密封膜性能指標見表3。

表3 土工布及密封膜性能指標

4.6 沉降觀測

沉降指標是判斷施工進展及施工效果的主要依據(jù)，要按照圖紙所述嚴格布設(shè)沉降板。本工程中沿路縱布設(shè)觀測斷面，相鄰沉降標之間間隔100 m，均勻埋設(shè)于路堤中心，以及路肩、坡趾等處。沉降板安裝環(huán)節(jié)，應(yīng)采用直徑40 mm 左右的測桿，外部設(shè)置保護套管，直徑維持在100 mm 左右，向下與鋼底板相連接，底板尺寸應(yīng)大于或等于50 cm×50 cm，厚度為5 mm。套管上部還應(yīng)加蓋風口，防止雜物落入影響觀測，整體的觀測精度要控制在1 mm 以內(nèi)。

4.7 抽真空與真空卸載

所有設(shè)施、設(shè)備就位之后，要及時開展抽真空試驗，查看密封膜是否固結(jié)緊密，若發(fā)現(xiàn)漏洞問題要及時修補。試驗完畢后進行抽真空施工，同步檢測真空度指標，當真空度顯示達到80 kPa，且抽氣持續(xù)10 d 之后，即可進行路堤填筑工作。注意抽真空環(huán)節(jié)對操作連續(xù)性的要求較高，要盡可能避免間斷，若出現(xiàn)停電、斷電等意外情況時，要及時啟動備用電源，發(fā)電機輸入電壓控制在（380±10）V，保證真空泵的連續(xù)運行。此外，真空度的檢測精度必須符合要求，每10 d 檢驗一次真空表，對于檢驗不合格的構(gòu)件要及時更換。待到沉降速率達標之后，著手進行真空卸載工作，按劃分區(qū)域逐一卸載，每個單元采用3 級卸載方式，相鄰兩級之間空出2 d 的緩沖時間，用以觀測沉降是否達標。

5 結(jié)語

綜上所述，真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法綜合性能優(yōu)良，能夠較好地解決道路工程軟土地基分布問題，排除潛在的沉降、塌陷風險，保障工程順利進行。實踐中務(wù)必要樹立全過程質(zhì)量管控意識，結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查、環(huán)境調(diào)查情況編制系統(tǒng)的施工方案，做好施工前的清基、整平工作，按照設(shè)計方案打設(shè)排水板，將平面定位誤差控制在50 mm 以內(nèi)，選擇適宜的真空裝置，同步監(jiān)測真空壓力和沉降情況。鋪設(shè)土工布、密封膜時，也要把握好搭接寬度、松弛度等，完成后及時開展質(zhì)量檢測。最后開展抽真空和逐級真空卸載操作，整個步驟連續(xù)進行、環(huán)環(huán)相扣，為道路工程的順暢運行奠定堅實基礎(chǔ)。