谈堆载与真空联合堆载法加固湿软土路基

郑 丹 林 娇 梁栓柱 孙璟玥

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)



谈堆载与真空联合堆载法加固湿软土路基

郑 丹 林 娇 梁栓柱 孙璟玥

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

在介绍堆载预压法的原理与施工的基础上，对真空—堆载联合预压法的原理作了分析，阐述了其具体的施工过程，并结合工程实例进行了说明，得出了一些有参考价值的结论。

堆载预压法，真空—堆载联合预压法，原理，路基

0 引言

瑞典皇家地质学家W.Kjellman教授于1952年首次提出真空预压法加固地基的模型，目前真空堆载加固软基模型与其原理基本相同，当时此方法的提出引起很大的轰动。1957年美国费城国际机场跑道工程首次采用真空堆载预压法，并取得了成功。1982年日本大阪南港在第二阶段加固也采用真空预压法，取得了较好的加固效果。其后芬兰，法国，前苏联相继开展了真空预压法的研究。真空预压法国内起步较晚，前期只是理论研究未能应用于工程实例。直到20世纪80年代，以交通部第一航务工程局为主，天津大学、南京水利科学院土工所参加的联合公关小组，成功的解决了水气分离问题，使膜下真空度稳定530 mm汞柱。同时章丹峰和孙莲美对真空联合堆载预压法加固软基的工程效果和施工特点进行了分析和研究；周斌的软土地基的沉降特征分析及MMF模型的应用等都为堆载与真空—堆载联合预压法提供了很好的研究基础。使堆载预压法与真空—堆载联合预压法在国内取得了很大的进步，如今我国在这一领域处于世界领先地位。

1 堆载预压法的原理与施工

堆载和真空—堆载联合预压法都属于排水固结法。排水固结法和其他湿软土路基处理方法如深层搅拌桩等相比，是从根本上解决湿软土路基不稳的方法，因此应用也最广泛。排水固结法基本原理是去除三相体土中的孔隙水压力和孔隙气体压力，增加竖向有效应力，从而提高软土路基的抗剪强度，保证湿软土路基的稳定性。

堆载预压法常用的预压力材料有土料，块石，砂料，水等填料。为保证湿软土有较强的结构稳定性，需施加较大的预压力，常达到超载预加，由于施加预压力过程会产生附加剪应力，导致路基土变形，产生侧向位移，挤压两旁湿软土，导致路基失稳破坏。

为了防止超载预压力压坏路基，常采用分级加载。同时为了保证湿软土彻底排除孔隙水，充分提升湿软土强度，分级加载施工时间不宜过短，通常为6个月～12个月。

施加预压力时湿软土路基会排除大量孔隙水，其力学机理可用Terzaghi有效应力原理和固结理论进行解释：堆载预压荷载起初由孔隙水承担，使土体内产生超孔隙水压，促使孔隙水流出。随着孔隙水的流出，土体间的有效应力会增大，为了使孔隙水能快速排出，加快湿软土的固结，需在路基中埋设一定的砂井和塑料排水板。排水的工程效果由堆载预压力大小和砂井、塑料排水板的多少决定(见图1)。

2 真空—堆载联合预压法的原理与施工

真空—堆载联合预压法的堆载原理与堆载预压法相同，唯一不同之处就在于真空预压，实则就是利用真空泵把密封薄膜内的孔隙水和孔隙气体抽出，从而具有真空预压和堆载预压的双重功效。

真空—堆载联合预压法常用的材料与堆载预压法除了真空泵和塑料薄膜外基本相同。真空预压利用砂垫层和密封薄膜内的负压强差排除孔隙水，负压差引导孔隙水渗流，减小孔隙水压力，从而增大路基的有效应力。薄膜中土体不会产生侧向位移，相反会向薄膜内土体集聚缩小。因为与堆载预压法相比，真空—堆载预压法在此过程不产生剪应力，湿软土抗剪强度为定值，抗剪强度由孔隙水压力和土的有效应力组成，孔隙水压力减小，相应的土的有效应力增大，由此提高土的抗剪强度，不产生剪切应力，也就不会引起侧向向外位移。

真空—堆载预压的施工过程：在湿软土路基中预埋设好横向和竖向排水装置，然后在路基上铺设一层砂垫层，用厚塑料薄膜把湿软土和砂垫层密封好，在密封薄膜上进行重物堆载，堆载完成后真空泵进行密封土体空气抽空。施工流程中要注意四步：

1)设置排水装置，铺设砂垫层横向PVC滤水管和软基内竖向排水通道；

2)塑料薄膜要密封且抗扎，抗老化能力强；

3)通常真空泵在塑料薄膜内产生的压强差为80 kPa左右；

4)设置一套保证能按设计要求进行施工的检测系统。但总体研究理论计算仍落后于工程实际施工，部分问题尚未解决，仍需进一步研究(见图2)。

3 堆载预压法和真空一堆载联合预压法应用事例

广贺高速公路某标段修筑在深厚软弱土层上，进行真空—堆载联合预压法施工。首先对软弱土层的土质参数进行测量。主要物理参数见表1。

表1 真空—堆载联合预压法试验段土层主要物理力学性质指标

由表1得出此路段淤泥厚度达到24 m之厚，其次是粉土夹细砂，耕植土。所以该路段主要的病害土是淤泥，而淤泥的压缩系数很大固结系数却很小，据此确定真空—堆载联合预压的时间和真空负压的大小。在此实验中采用100 kPa,联合堆载预压时间为24 h，对实验路段进行跟踪调查，各项沉降参数见表2。通过水平位移深度变化曲线可知随着深度的增加，向内位移也越来越小，地基不可能失稳破坏。路基工后沉降量很小，路面的平整度高，不会影响行车。

位于厦门港海沧港区泊位后方陆域，陆域地区的吹泥区表层主要是浮泥，淤泥，层厚度为0 m～12 m不等，含水率70%～167%，属于超软弱土，压缩性大，强度和承载能力低。施工共分为四个施工区域，均采用真空堆载预压法。场地的设计指标：控制承载力130 kPa，残余变形30 cm。根据两项数据设计真空压力值和相关堆载压力值。

表2 真空—堆载联合预压法施工期和工后分类沉降

真空预压堆载施工工艺：

1)真空预压：砂石路面铺设无纺布，无纺布上方铺设密封的一次热合成的塑料薄膜，真空度测量表放在无纺布和塑料薄膜之间，进行真空度的测量直到表上数值达到80 kPa停止真空。

2)堆载预压：真空测量表达到80 kPa数值10 d后，开始在膜上堆载2 m厚的砂石或开山矿石，进行真空联合堆载预压软土地基。

4 结语

1)堆载预压法在加固过程产生剪应力，有侧向向外的位移。真空—堆载联合预压法无附加剪应力产生，侧向土体向内集聚压缩，但二者加固效果是相近的。

2)堆载预压法和真空—堆载联合预压法施工都需进行堆载的分级加载，以免导致湿软土路基失稳。

3)堆载预压法和真空—堆载联合预压法与桩基相比，费用低廉，施工设备简单，充分利用天然材料；与搅拌桩等复合桩相比，施工质量容易检测，路基均匀性好，处理深度大，对环境几乎没有影响。

4)堆载预压法和真空—堆载联合预压法都存在不等厚湿软土路基应用中的不足，比如不等厚(楔形)路基容易发生刺入破坏，工后处理手段值得进一步分析。

[1]章丹峰,邓 浩,杨 彬.堆载预压法加固软基效果评价与测试分析[J].地下空间与工程学报，2006，2(8)：1399-1402.

[2]孙莲美，刘吉福.对真空联合堆载预压法的若干认识[J].西部探矿工程，2004，92(1)：51-53.

[3]周 斌.软土地基沉降特征分析及MMF模型的应用[J].路基工程,2012(164)：177-179.

[4]熊 熙.真空联合堆载预压与堆载预压软土地基加固对比研究[J].路基工程,2012(162):53-56.

[5]黄伟达.大面积堆载下不等厚(楔形)软基的变形性状分析[J].路基工程,2012(164)：64-66.

[6]韩 柞.软土地基处理中深层搅拌桩影响因素研究.路基工程,2012(164)：108-110.

Discussion on the preloading and vacuum-surcharge preloading method consolidation of wet and soft sub-grade

Zheng Dan Lin Jiao Liang Shuanzhu Sun Jingyue

(CivilEngineeringCollege,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

Based on introduction of principle and construction of preloading method, this paper analyzed the principle of vacuum-surcharge preloading method, elaborated its specific construction process, and combining with the engineering examples, obtained some valuable conclusions.

preloading method, vacuum-surcharge preloading method, principle, sub-grade

1009-6825(2015)18-0085-02

2015-04-12

郑 丹(1993- )，女，在读本科生； 林 娇(1995- )，女，在读本科生； 梁栓柱(1993- )，男，在读本科生； 孙璟玥(1994- )，女，在读本科生

U416.1

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