真空堆载预压加固软基法在公路建设中的应用

◎ 浙江省台州公路管理处 金国福 浙江省仙居县交通局 许建新

1、工程概况

某高速公路互通C匝道DK0+312—DK0+500段路基软土深厚，采用真空堆载联合预压地基处理，处理宽度约20m。地层分布情况如下：①素填土，杂色，主要由块石、碎石、砂等组成，厚0.6m左右。②粘土，灰黄色，可塑—硬塑状态，厚2.0m左右。③淤泥，青灰色，饱和，流塑状，含水量69.0%，孔隙比eo=1.993，压缩模量Es=1.40MPa，夹少量贝壳，厚22.4m左右，为主要压缩层。④卵石、砾石，灰—灰黄色，稍密—中密状，粘性土含量小于20%，厚度为3m，埋深在24.4～27.6，为天然的排水层，塑料排水板应避免进入此层。⑤淤泥质粘土，深灰色，饱和，软塑，局部为粘土，厚度为5m。⑥卵石，稍密—中密状，粘性土含量小于20%，埋深在32.8～35.3，为天然的排水层。

2、真空堆载预压法工艺流程

真空堆载预压法是一项比较新的加固软土技术，既能加固超软土地基，又能较高地提高地基承载力。其施工工艺比成熟的堆载预压法要复杂，其工艺流程为：

(1)先铺设50cm厚砂垫层，并打设塑料排水板；

(2)在砂垫层中埋设滤管；

(3)回填10cm厚细砂垫层；

(4)在加固区边缘挖沟；

(5)铺设复合土工布和密封膜、填沟、安装并联接抽气管道和射流泵；

(6)检验土工膜密封情况；

(7)土工膜上铺设15～20cm厚细砂层，以保护密封膜；

(8)开始抽气，密切注意膜下真空度的变化，发现漏气，及时处理，当膜下真空度达到设计值后，连续抽气15天左右，同时进行上部堆载填筑。

3、关键工序施工质量控制

3.1 砂垫层的铺设

砂垫层的作用是在真空及堆载预压过程中，使土体通过竖向排水体进入垫层的渗流水迅速地排出，使土层的固结能正常进行，防止土颗粒堵塞排水系统，同时也起向竖向排水体传递真空度的作用。因而垫层的质量将直接关系到加固效果和预压时间的长短。

3.1.1 垫层材料

垫层材料应采用透水性好的砂料(中粗砂)，采用50cm以上厚的砂砾垫层，并在其上铺设10cm细砂。砂砾垫层渗透系数大于10-2cm/s，干密度应大于1.59/cm3，含泥量不大于3%。

3.1.2 垫层尺寸

垫层厚度为≥50cm，平面尺寸为加固区周围向外各延伸1m，以保证渗出的水能够沿砂垫层排出。砂料不足时，可用砂沟代替砂垫层；砂沟的宽度为2～3倍砂井直径，一般深度为40～60cm。

3.1.3 水平排水垫层施工

施工时避免对软土表层的过大扰动，以免造成砂和淤泥混合，影响垫层的排水效果。

铺设砂垫层前，应清除干净砂井顶面的淤泥或其他杂物，以利于砂井排水；由于地表较软弱，运输车辆宜用轻型车辆，且尽量减少对地基的扰动；最好将砂堆于处理地段以外，然后用小型运输工具运入施工地段；摊铺做到均匀、平整，形成双向横坡；同时注意避免泥土、杂物混入砂层；压实应用静压式压路机进行，不得振碾。

3.2 垂向塑料排水板施工

竖向排水体在真空一堆载联合预压法中非常重要，它起到传递真空度和排水通道的作用。竖向排水体常用的有砂井、袋装砂井、塑料排水板三种，本工程采用的是塑料排水板。

塑料排水板的打设工艺顺序包括：

(1)将塑料带通过导管从管靴穿出；将塑料带与桩尖连接贴紧管靴并对准桩位；

(2)静压沉入导管达设计深度；

(3)拔管，塑料排水板与软土粘接锚固留在软基内；

(4)在砂垫层中预留30cm，剪断塑料排水板；

(5)将塑料排水板与桩尖再连接，移位重新打设。

3.3 真空预压施工工艺

3.3.1 主、滤管及其布置

埋于砂垫层中的管道分主管和滤管两种，其作用是传递真空压力和将从土中己排至砂垫层中的水，通过这两种管道输送到膜外抽真空装置的水箱内。它们的区别在于主管上没有孔洞和反滤材料的包裹；而滤管上分布有均匀间距的孔洞，并在管子外面包裹反滤作用的材料。主管和滤管布置的好坏直接影响到抽真空的效率和地基加固效果，布置中应考虑加固区的形状和大小，特别是主管、滤管的排列和布置形状，阻力的存在会消耗“真空度”。

主管和滤管的管材可以是自来水管或PVC管，目前使用较多的为后者，PVC材料在水中不会锈蚀，重量轻，价格便宜，容易清洗，可重复使用，外包无纺布后不会粘连。

主、滤管的平面布置一般采用条形或鱼刺形排列，本工程中的主、滤管布置形式为双排鱼刺形。各管之间的连接采用橡胶软管软连接，以适应场地的不均匀沉降。滤水管布置最好能形成回路，滤水管埋设在水平排水砂垫层的中部，其上有0.15～0.20m砂覆盖层，防止滤水管上尖利物体刺破密封膜。

3.3.2 抽真空设备的施工

抽真空设备的好坏直接决定真空预压的成败和效果，通常采用射流真空泵，因其真空度高、设备轻便、易于操作。空抽时必须达到95kPa以上的真空吸力，本工程达到98kPa。采用功率为8.0kw的射流泵，每台加固面积控制在8000m2。

抽真空设备主要包括出膜装置和真空射流泵。

出膜装置是指膜下的主管与膜外的抽真空装置相联接的一种装置。该装置使整个膜内、膜外抽真空系统形成一个有机的整体，使管路系统连续、通畅，同时又使薄膜不漏气。该装置是在主管的出口部位联接一个带有法兰盘的弯曲钢管，该法兰盘上焊有4个固定的螺杆，实施时先在膜内法兰盘上放置一个密封橡胶垫圈，将密封膜穿过固定的螺杆置于法兰盘上，再将膜外的垫圈和有4孔的膜外法兰盘置于膜上，将弯管与法兰盘联接，就形成了出膜装置，再通过钢丝螺纹橡胶软管就把抽真空装置和膜下的管路系统联系起来，形成一个抽气系统。

真空射流泵包括离心泵、射流喷嘴和循环水箱。其工作原理是:现将水箱装满水，开动离心泵，则水箱中的水通过软管被泵打入喷嘴，这时水的压力、流速都很大，在喷射水流的带动下，在喷嘴周围的真空吸管内形成负压区，在橡胶管内的气体随之被射流吸走，形成一定的真空，而此真空会逐步延伸到加固区内。

3.4 路堤碾压和填筑

由于试验段穿越平原稻田区，土源较缺，因此只能开采路线附近的山地作为填料。路堤的压实视材料及粒径而确定，最大粒径不大于12cm。在摊铺过程中注意粒度的均匀性，避免集中出现粗块区和细块区，影响路基的密度和强度。

路堤填筑压实的具体做法是，对于最大粒径不超过4cm或大于4cm的含量不超过30%的碎石土，其压实度采用重型击实试验法求得的最大干密度的压实度，填方路基路槽底面以下0～80cm≥95%，80～150cm范围内≥93%，150cm以下≥90%。对于粒径大于4cm的含量在30%以上的碎石土，采用固体体积率控制压实密度，填方路基0～80cm范围内填料的固体体积率≥83%，80cm以下≥80%。

在真空预压加固膜下真空度达80kPa以上的条件下持续15d，可开始填筑路基。第一层土必须经过严格筛选，不能有坚硬砾石，以防戳破真空膜，填土厚度≥0.5m，土层上部机械行走应尽量保持直进直退，严禁做大角度拐弯。从填第2层开始，采用“薄层轮加法”施工，第2层厚度为0.3m，填土速率控制在10cm/d左右。若在雨季施工，可在砂垫层顶面以上2m厚度内路堤采用填砂，边坡采用包边土。在路堤填筑时，相邻填方作业若非同时填筑，则先填地段按1：1坡度分层留好台阶；若同时填筑，则应分层相互交迭衔接，搭接长度须≥2m。真空预压期，侧向位移指向路基中心，孔压持续下降，不存在失稳问题，对沉降不做严格限制；填土后，为了控制好路基填土速率，了解和验证地基加固程度和处理效果，设置主监控断面和副监控断面。观测稳定标准可按中心沉降〈2cm/d、侧向位移〈0.5cm/d、孔压系数(B=du/dp)〈0.6来控制。

4、结束语

抽真空仅3d，膜下平均真空度己达80kPa左右，抽真空总历时达120d，膜下平均真空度均保持在85kPa以上，外加0.5～1.0m的覆水，即真空加覆水荷重平均达90KPa。抽真空结束后，排干膜上覆水，铺设土工布和褥垫层、过渡层，并开始正常的路基填筑。填筑历时近135d，实际填高达6.lm(设计填高为4.7m，填筑速率为每月1m)。观测结果显示，真空一堆载联合预压法的加固效果是很显著的，在真空-堆载联合预压期间，观测断面中心及边缘处的沉降分别为142.0cm、98.1cm、103.3cm，均达到了设计要求。工程取得了良好的社会经济效益。