真空联合堆载预压法在软土地基处理中的应用

周丽华

摘要：文章介绍了真空联合堆载预压处理软土地基的设计及施工工艺，并通过具体软土地基处理工程的案例进一步剖析了真空联合堆载预压方案的经济性和技术合理性，可为类似软基处理工程提供参考。

关键词：软基处理；真空联合堆载预压；沉降控制。

中图分类号：TU433文献标识码： A

Abstract：The paper introduces the design and Construction Technology for Treatment of Soft Soil Foundation by vacuum combined with surcharge. Furthermore, it illustrates the economic rationality of vacuum combined with surcharge method with a case in order to Supply reference data for soft soil foundation treatment projects of this type.

Key words: soft soil foundation treatment; vacuum combined with surcharge; preloading settlement control.

一、引言

真空预压是在需要加固的软土地基表面先铺设砂垫层，然后埋设竖向排水体，再用不透气的封闭膜使其与大气隔绝，薄膜四周埋入土中，通过砂垫层埋设的吸水管道，用真空装置进行抽气，使其形成真空，使土中水排出，增加地基有效应力。

当抽真空时，先后在地表砂垫层及竖向排水体内逐步形成负压、使土体内部与竖向排水体、垫层之间形成压差。在此压差作用下，土体中的孔隙水不断由排水管道排出，使土体固结。

真空联合堆载（自载）预压是一种利用真空预压和堆载预压叠加起来的加固方法，不需要另外的预压材料，直接利用填方本身的重量分级加载压密。真空预压是负压固结，堆载预压是正压固结，在负压状态产生向内的收缩变形，该向内的收缩变形可以抵消由填土产生向外的挤出变形，从而提高了地基的稳定性。真空荷载相当于3～4m高的填土荷载，联合堆载预压可以加大前期沉降，从而减少工后沉降。下面结合某一具体工点的设计及施工情况介绍真空联合堆载（自载）预压法在软土地基处理中的应用。

二、工程概况

某线铁路等级为二级铁路，路基面宽度8.0m，路堤填高3～5m。地层表层为淤泥质黏土，深灰色，流塑，有腥味，含有腐植物，层厚2.0~11.0m；其下为粉质黏土，灰黄～褐灰色，软塑，偶见螺壳，层厚0.7~2.0m；再下为石灰岩，灰黑色，主要矿物成分为方解石，隐晶质结构，中厚层状构造，弱风化。

淤泥质黏土层主要物理力学指标为γ=17.2kN/m3，c=6.5kPa，φ=1.9°，三轴剪指标为Ccu=8.0kPa，φcu=16.8°， Cu=9.0kPa，φu=1.6°，无侧限抗压强度为qu=16.0kPa。

地下水埋深为0.1～2.6m。地下水对混凝土具硫酸盐侵蚀，环境作用等级H3；具镁盐侵蚀，环境作用等级H2；氯岩环境作用等级L3。

二、方案设计

二级铁路路基工后沉降量应控制在30cm以内，根据临界高度经验公式：Hc=0.3Cu，计算出该线临界高度小于3m，而路堤填高3～5m，均超过了软土的临界高度，基底易产生滑移和沉降变形，必须采取地基加固处理才能填筑路基本体。

设计方案选择中进行了排水固结法（塑料排水板、真空联合堆载）与复合地基加固法（水泥搅拌桩）的方案比较。排水固结法非常适用淤泥质软土地层，既经济又可行，但单纯的塑料排水板方案，不仅需要堆载预压材料，而且受软土地基稳定性的影响，路堤填筑、地基固结时间较长，不能满工期的要求；水泥搅拌桩可以很好的处理软土沉降、稳定问题，但投资是单纯的塑料排水板方案的7倍多、真空联合堆载预压方案的3倍多，工程造价太高，不经济；真空联合堆载预压是在真空预压期间进行路堤填筑，路基一次成型，既达到了软基处理的目的，同时又减少了卸载再填筑的工序，既可以加速前期沉降，又减少了工后沉降，且投资比水泥搅拌桩方案低很多。

经反复检算与经济比较，最终采用真空联合堆载（自载）预压的处理方案，排水板间距1.15m，等边三角形布置，排水板顶部设0.5m厚砂垫层，其上部铺设一层高强聚酯长丝经编土工格栅。

三、施工顺序及施工工艺

1、施工顺序：铺设砂垫层，施打塑料排水板 。

2、塑料排水板的施工工序：机具就位；将塑料带通过导管从管靴穿出；将塑料带与桩尖连接贴近管靴并对准桩位；插入塑料带；拔管剪断塑料带；机具移位等。

3、塑料排水板打设完成后，于各处理单元四周开挖密封沟；密封沟开挖完成后，铺设砂垫层，并于砂垫层内布设真空管路，布设射流泵及真空度测头；管路布设完成后，覆盖3层聚乙烯或聚氯乙烯密封膜；沟内用黏土回填夯实，并形成高不小于20cm的堵水围堰，在真空试抽、膜内真空度达到80kPa，确信密封系统不存在问题时，薄膜上覆10～20cm水。

真空预压成功与否的的关键在于要有良好的气密性，使预压区与大气层隔绝，如加固区存在透气层和透水层时，应考虑真空预压的可实施性或采取有效的密封措施隔断透水层，需要在设计、施工中给予特别的重视。

真空预压设备和滤水管的选型及布置, 施工时必须根据现场实际及施工经验作相应调整, 满足设计要求的真空度。预压阶段要求膜内真空度不小于80kPa。

4、堆载（自载）预压施工一定得等膜下真空度稳定，并达到设计要求并稳定15天后，确定不漏气时才可按要求逐层填筑路基。膜上、下应采取避免膜破损的可靠措施。

5、填土及降低真空度过程应加强地基沉降与土的侧向位移观测，竖向变形每天不应超过10mm，边桩水平位移每天不应超过4mm；严格控制填土速率，严格控制真空联合堆载（自载）预压完成后逐级降低真空度速度，确保路堤稳定。

四、现场施工情况

真空联合堆载（自载）预压地基沉降—荷载—时间变化曲线如下图所示：

图1DK2+900沉降曲线图

图2DK1+700沉降曲线图

现场于2008年6月25日开始真空预压阶段，真空度逐步达到设计要求的80kPa后，最初3d，沉降速率很快，最高可达20~43mm/d。随着时间的推移，沉降速率逐渐减小至2~4mm/d，至2008年12月8日开始第一级填土堆载（自载）前，即真空预压约5个月后，总沉降达到33.2~82.5cm。

于2008年12月8日开始逐级填筑后，便进入真空联合堆载（自载）阶段。加载时沉降速率变大，然后趋于平缓，随着每一级加载，沉降速率由徒增至平缓的走势进行。直至自载填筑结束后40d时，总沉降达到83.6~127.4cm。

根据观测数据采用双曲线法进行沉降预测，预测总沉降为103.8~140.9cm，剩余工后沉降为20.2~13.5cm，满足设计要求。经过近5年的运营，该区间线路地基稳定，没有出现滑移、失稳、工后沉降过大等现象，达到了预期的处理效果。

五、结束语

真空联合堆载（自载）加固方法，在堆载过程中路基一次成型，既达到了软基处理的目的，同时又完成了路基的填筑过程，减少了卸载再填筑路基基床的工序，大大缩短了施工工期。自加载过程中又经过机械碾压密实，实际的堆载荷载要大于设计荷载，既增大了加固效果，又减少了工后沉降。

可以说，在软土地基处理方案中，真空联合堆载（自载）方案在工后沉降控制不太严格、工期要求又紧张的情况下有着不可比拟的优势。相比单纯排水固结方案，真空联合堆载（自载）方案更突出了其工期效应；相比搅拌桩等复合地基方案，真空联合堆载（自载）方案更突出了其经济效应。所以，在类似工程的软土地基处理中，真空联合堆载方法将得到越来越广泛的应用。

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