真空聯(lián)合堆載預壓技術(shù)在公路工程項目中的應(yīng)用

摘要：本文結(jié)合公路工程項目實例，為解決軟基天然承載力不足的問題，經(jīng)過對比分析提出真空聯(lián)合堆載預壓施工方案，對真空預壓施工中的黏土密封墻、布設(shè)濾管、敷設(shè)密封膜、真空抽氣等施工要點進行了分析，并著重探討了堆載預壓施工中填筑及碾壓技術(shù)措施。根據(jù)地表沉降、孔隙水壓力、土體物理力學指標實測結(jié)果判斷真空聯(lián)合堆載預壓施工效果。實踐表明，地基加固效果良好，真空聯(lián)合堆載預壓技術(shù)可改善軟基狀態(tài)，夯實道路基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：軟基加固;真空預壓;堆載預壓;施工技術(shù);效果評價

中圖分類號：TU432" 文獻標識碼：A" 文章編號：2096-2118（2024）02-0037-04

Application of Vacuum Combined Surcharge Preloading Technologyin Highway Engineering Projects

PENG Jian

（ First Engineering Braneh ofCRCC， Harbour amp;： Channel Engineering Bureau Group Co.，Lsd..Guangzhou Guangdong 511400，China）

Abstract：In this paper，in order to solve the problem of insulicient natural bearing capacity of soft foundation.the construetion scheme of vacuum combined load preloading is proposed through comparative analysis，and theconstruction key points such as clay sealing wall，filter pipe layout， sealing film laying and vacuum pumping invacuum preloading construction are analyzed ，and the technical measures of filling and rolling in the construetionof load preloading are emphatically diseussed.Aceording to the measured results of surface settlement， pore waterpressure and soil physical and mechanical indexes ，the construetion elfeet of vacuum combined load preloading isjudged.The praetice shows that the elfeet of foundation consolidation is good，and the vacuum combined preload-ing technology can improve the state of soft foundation and consolidate the road foundation.

Keywords： sot foundation reinforcement ; vacuum preloading;overload preloading;construction technology ; effect evaluation

引言

公路交通建設(shè)事業(yè)蓬勃發(fā)展，建設(shè)里程隨之增加，施工中常遇到軟土地基，由于軟基具有含水量高、承載能力弱等特性，需采取處治措施后再進行公路施工。真空聯(lián)合堆載預壓技術(shù)可加速軟基固結(jié)，屬于公路軟基施工中的常用技術(shù)。為保障軟基處理效果，有必要深人探討真空聯(lián)合堆載預壓技術(shù)的應(yīng)用策略。

1工程概況

珠海市鶴洲至高欄港高速公路工期工程HC1TJ7標，起訖里程K31+736.76～K366+816.411，全長5.08km。沿線軟基路段集中在主線K33+745～K34+935.K36+316～K36+776.D道DK0+000～DK0+126.D道DK0+385～DK0+555，采用真空聯(lián)合堆載預壓方案處理軟基，塑料排水板長度2425471m，水泥土攪拌樁長度76620m，砂墊層97866m。真空預壓設(shè)計荷載為650mmHg，抽真空有效時間約90d，卸載標準為：真空預壓荷載下按實測沉降曲線推算的固結(jié)度gt;85%;②真空預壓荷載下連續(xù)5d～10d實測沉降速率≤2.0mm/d。

2軟基處理施工方案

通常的軟土處理方法有：置換法、水泥攪拌法堆載預壓排水固結(jié)法等。置換法加固地基效果較好，但費用較高，且置換出來的軟土棄置很困難;水泥攪拌法對深度lt;12m的淤泥有良好的加固作用，造價不高，但對于深度gt;12m的淤泥，其施工質(zhì)量難以保證;堆載預壓排水固結(jié)法造價低，技術(shù)成熟加固效果好，但加固所需的時間較長;超載預壓排水固結(jié)法可縮短加固時間，但存在棄土問題;真空聯(lián)合堆載預壓排水固結(jié)法則是一種經(jīng)濟、加固工期短、加固效果好的新型地基處理辦法，其機理是采用真空負壓作為預壓荷載，堆荷載方便，可大幅縮短加載時間，且不存在棄土問題，堆載用砂來補償?shù)鼗鲁亮浚朔话愣演d、超載預壓的缺陷，并滿足消除施工后固結(jié)沉降過大的要求，與其他處理方法相比，具有較大的技術(shù)及價格優(yōu)勢，故決定采用此方法加固。

軟基處理采用“真空預壓+堆載預壓”的綜合方案，真空預壓荷載80kPa，堆載預壓采用路基填土荷載進行。塑料排水板采用C型板，打設(shè)深度 25m～30m，呈正三角形布置，間距1.1m。由樁徑 700 mm的雙軸深層攪拌樁以200mm的搭接寬度組合成黏土密封墻，用于隔離真空分區(qū)和外界真空，密封墻穿過透水層進人不透水層的深度gt;2m，具體根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)勘察情況進行靈活的調(diào)整。攪拌樁施工采用“四攪四噴”工藝?！八臄囁膰姟惫に嚲哂幸韵?個特點：①施工速度快，每幅成樁時間30 min～40 min（24h可完成60m左右）;②成樁后止水效果顯著：③機械自動化控制，操作程序簡單;④人工投入少施工成本低。其具體工藝如下。

一次鉆進：在確認漿液從攪拌葉的出漿口噴出后，方可啟動攪拌機，以60r/min的轉(zhuǎn)速和≤1mmin的鉆進速度，順時針方向邊鉆邊噴漿，直至設(shè)計樁長（在不變動擋位的前提下，電流表電流突變后再向下鉆進50cm，再繼續(xù)噴漿30s后，改逆時針方向攪拌噴漿提升至設(shè)計樁頂）。

二次鉆進：以同樣方式再次順時針方向鉆進注漿，直至復攪噴漿到設(shè)計樁長后，改逆時針方向攪拌噴漿提升到設(shè)計樁頂標高，原地繼續(xù)噴漿30s后，停止噴漿。

兩次循環(huán)鉆進成樁：經(jīng)過上下兩次循環(huán)鉆進提升，使?jié){液在樁孔內(nèi)攪拌4次成柱。

密封墻寬度gt;1.2m，保證密封效果。平整地面后，施工厚度為60cm的砂墊層，再依次鋪設(shè)1層土工布、3層密封膜，上方鋪設(shè)1層土工布、50cm中粗砂墊層，由多層結(jié)構(gòu)防護真空膜，保證真空預壓的有效性。每1000m左右配置1臺真空泵，對該范圍做真空預壓處理。

3 真空預壓施工工藝

3.1施工密封溝

密封溝底寬1.2m，頂寬2.7m，深度1.5m，用挖機按照溝槽尺寸精準開挖。溝槽位于松散的砂層，開挖后覆膜，填充黏土并壓實。開挖土暫時存放至周邊低洼地帶，后續(xù)作為堆載土使用。

3.2 施工黏土密封墻

在密封溝上施工直徑為700mm的雙軸深層攪拌樁，搭接寬度200mm，共同組成黏土密封墻，進入不透水層的深度至少為2m。施工設(shè)備采用雙軸深層攪拌機，施工前由設(shè)計、監(jiān)理單位根據(jù)設(shè)計深度、現(xiàn)場地勘資料確定適應(yīng)于當前工程環(huán)境的施工深度，調(diào)試攪拌機，調(diào)整鉆頭位置，連接泥漿管，檢查設(shè)備及配套零部件的配置情況，確認無誤后以“四攪四噴”工藝進行施工，各項工程活動必須符合規(guī)范，技術(shù)員應(yīng)完整記錄施工信息\"。

3.3布設(shè)濾管

1）以濾管布設(shè)位置圖為準，綁扎排水管與濾

2）嚴格控制濾管的安裝位置，保留適當?shù)膹澢?，以免濾管因局部明顯沉降而被拉斷。

3）濾管連接管的綁扎鉛絲接頭統(tǒng)一朝上，避免扎破濾膜。

4）待濾管布設(shè)、綁扎連接均完成后，包裹出膜口。

3.4鋪設(shè)密封膜

3.4.1 敷設(shè)要求

敷設(shè)前，清理表面的雜物，參考當?shù)仫L向，劃分敷設(shè)區(qū)域，分區(qū)有序敷設(shè)、搭接密封膜。每鋪設(shè)1層密封膜后，隨即檢查平整性和完整性。根據(jù)敷設(shè)進度及時用砂袋壓膜，避免密封膜因風力作用而被吹起，必要時開啟少量真空泵用于吸附密封膜2。

按照先內(nèi)后外的順序依次敷設(shè)密封膜，采取退鋪施工工藝。密封膜采用3層（0.14±0.02）mm的聚氯乙烯薄膜，材料進場時，要求各批次的密封膜均帶有出廠合格證、抽檢報告。在敷設(shè)密封膜時應(yīng)保留適當?shù)母挥嗔?，以便膜面松展?/p>

3.4.2 敷設(shè)要點

1）密封膜采用3層聚氯乙烯薄膜，在工廠熱合一次成型，將厚度嚴格控制在（0.14+0.02）mm，投入使用的密封膜不可受損。

2）密封溝最淺進人不透水層頂面以下0.8mm，人工踩膜入溝，保證密封膜穩(wěn)定性的同時避免受損。

3）密封膜的搭接寬度gt;2m，搭接部位嚴密、平整。

4）壓膜溝內(nèi)有塑料排水板時，沿溝邊向上連接至濾管，禁止剪斷排水板。

5）密封膜鋪設(shè)分3層有序進行，控制富余量。逐層管控敷設(shè)質(zhì)量，密封膜的四邊應(yīng)埋入壓膜溝內(nèi)，再用黏土填溝，防護密封膜。填溝材料采用濕軟的黏土，不可含有碎石、樹根等損壞密封膜的雜物。

6）在敷設(shè)密封膜后，用素黏土填筑覆水圍堵31。

3.5真空抽氣

在打設(shè)排水板后即可真空預壓，主管采用壁厚為3.5mm～4.0mm的Ф75PVC管，支濾管采用Ф50PVC管，布設(shè)間距為1m。向管道打孔，外包80gm？的無紡土工布，用于過濾雜物。通過鋼絲橡膠管連接主管和濾管，扎緊連接部位以確保橡膠管無松動、脫落現(xiàn)象。真空膜分3層布置，采用聚氯乙烯膜，厚度控制在（0.14+0.02）mm。

按施工圖布置射流式真空泵，最外側(cè)兩臺泵離邊緣密封溝的距離≤10cm，真空泵中間間距≤40m。真空泵的功率為7.5kW，泵后真空壓力gt;96kPa，每臺泵處理面積≤1000m，每10d檢驗一次真空泵。抽真空連續(xù)進行，因故中斷時確保停工時間≤1 h。

真空泵安裝到位后開始試抽氣，檢驗各區(qū)域真空表顯示是否正常、真空膜是否受損，發(fā)現(xiàn)破損后及時修補。若膜下真空度達到-80kPa且維持穩(wěn)定抽氣時間超過10d、各區(qū)域的真空度數(shù)據(jù)均無誤可填筑路堤堆載填土。真空泵在整個真空預壓期需保持連續(xù)運行狀態(tài)，以取得良好的抽真空效果。

4堆載預壓施工

真空預壓期間進行土方填筑堆載預壓，施工要點如下。

1）按照“清理場地→處理基底→分層填筑→整平一調(diào)節(jié)含水量（采取晾曬或灑水的方法）→機械碾壓→修整路基面→質(zhì)量檢驗”的基本流程填筑路基。每道工序通過質(zhì)量檢驗后方可施工下一道工序，禁止隨意調(diào)整施工工序。

2）填筑前，在基底上打格劃線，用石灰形成標記。線格的寬度根據(jù)松鋪厚度和每車裝載量而定，做到“一格卸載一車土”。運料車向網(wǎng)格內(nèi)卸載填料后，用推土機推開，使填料均勻分布、厚度一致，后續(xù)各層填筑前均打格劃線，嚴格控制卸料量\"。

3）填筑分層進行：第1層厚度為50cm～80cm，攤鋪材料采用細粉土，由人工配合小型機械施工;第2層按正常路基填筑施工。由專員在現(xiàn)場指揮，裝載機、自卸汽車、平地機密切配合。自卸車向指定網(wǎng)格內(nèi)卸料，推土機攤鋪土堆初平，人工清理雜物，平地機精平。

4）嚴格管控填料質(zhì)量：以填筑施工要求為準選擇臨近的料源，實驗室檢測，上報檢測數(shù)據(jù)，通過監(jiān)理批復后投人使用。根據(jù)現(xiàn)場填筑進度及時安排填料進場，提供充足的填料，保證各層填筑連續(xù)進行。

5）整平碾壓路基處理段的表面砂礫層，施工流程是：推土機推平穩(wěn)壓→平地機初平→壓路機靜壓→平地機精平→壓路機微振→強振3遍～5遍一靜壓1遍。整平碾壓后，檢測表面砂礫層的平整度和密實度。

5真空聯(lián)合堆載技術(shù)應(yīng)用效果分析

5.1 地表沉降

以加固區(qū)中心點為例進行分析，真空壓力、水荷載與沉降時程線如圖1所示，根據(jù)圖中信息可知：真空聯(lián)合堆載預壓94d時，沉降基本穩(wěn)定，沉降曲線呈平緩變化;各觀測點的沉降量無明顯差異，不存在因局部異常沉降而導致施工場地呈“鍋底狀”的情況，此現(xiàn)象表明抽真空的主濾管布置方式合理，膜面的真空壓力和水荷載作用效果良好，各點的荷載作用具有均勻性，使待加固的土體均勻固結(jié)沉降，一方面提升了軟基的穩(wěn)定性，另一方面避免局部地基施工后差異沉降現(xiàn)象。

5.2 孔隙水壓力

在加固區(qū)中心土層內(nèi)以4.0m，6.0 m，9.0 m，12.0m和15.0m的埋深分別布設(shè)一支孔隙水壓力計，測量各部位的孔隙水壓力，根據(jù)實測數(shù)據(jù)繪制如圖2所示的孔壓消散時程線。根據(jù)圖中信息可知：抽真空30d時，孔壓降低幅度大，延長抽真空時間后，孔壓降低速率放緩，由于施加水荷載，膜面的總荷載持續(xù)增加，但孔壓僅呈小幅度的變化乃至幾乎不發(fā)生變化;抽真空時間達到94d后，孔壓基本維持穩(wěn)定，與實測沉降曲線后期變化規(guī)律相符，均具有沉降趨穩(wěn)的變化特征，表明在加固區(qū)真空度為88kPa、水荷載為13.1kPa（即達到設(shè)計荷載）時，地基土的主固度基本完成。

5.3真空聯(lián)合堆載施工前后土體物理力學指標的對比分析

真空聯(lián)合堆載加固后，在現(xiàn)場進行靜力觸探、十字板原位測試，并鉆取土樣進行室內(nèi)試驗，將測試間距和試驗數(shù)據(jù)與加固前的各項數(shù)據(jù)進行對比分析，根據(jù)數(shù)據(jù)變化特征評價真空聯(lián)合堆載技術(shù)的應(yīng)用效果。對比分析指標為含水率、干重度、孔隙比、十字板抗剪強度，各土層加固前、后的數(shù)據(jù)見表1。根據(jù)表1可知：經(jīng)過真空聯(lián)合堆載預壓加固后，土層的物理指標均有所改善，含水量和孔隙比降低約10%，原位十字板抗剪強度提高約17%～78%，地基土抗剪強度增加約50%，表明真空聯(lián)合堆載預壓技術(shù)在地基加固中取得良好的應(yīng)用效果，且此項技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢在加固淤泥質(zhì)黏土層和淤泥層時體現(xiàn)得更為明顯。

6結(jié)語

1）在軟基加固施工中采用真空聯(lián)合堆載預壓技術(shù)后，可解決軟基天然承載力不達標的問題，在保證軟基加固效果的同時還具有提高效率、降低成本等優(yōu)勢。

2）實地觀測結(jié)果顯示，地基各點沉降量無明顯的差異，地基沉降均勻，無明顯的“鍋底狀”，有效減少了地基的施工后差異沉降，能夠為工程后續(xù)施工打好基礎(chǔ)。

3）地基加固前、后土體物理力學指標對比分析結(jié)果顯示，地基土抗剪強度提高約50%，其它各項物理力學指標均有所改善，實踐表明本工程的真空聯(lián)合堆載預壓技術(shù)具有可行性，可為類似工程提供參考。

參考文獻

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編輯：楊洋

作者簡介：彭 劍（1982～），男，湖南省湘潭市人，工程師，從事高速公路建設(shè)方面的工作。