城市道路软土地基真空预压试验研究

【摘要】对软土深厚的地基进行了真空预压试验研究，试验表明真空预压法处理苏州地区软土地基可行。

【关键词】软土地基；真空预压；孔隙水压力；静力触探试验

苏州地区的软土大多为河川、湖沼沉积而成的淤泥或淤泥质粘土，主要特点为：流塑状，含腐植物和有机质，含水量高（一般在40%～60%），空隙比大（一般均超过1.0），压缩性高，土层强度低（一般在40～50KPa），层厚较厚。苏州地区城市道路的特点是：路面纵坡较小，路面标高主要按防洪要求设计，因此路基大多为低填方，路基普遍处于潮湿状态；道路用地现状河塘密布，河塘段路基较多；施工工期短，雨量较多，路基施工受气候影响大；路基内管线较多；地基富含软土，软土地基的处理效果是整个道路工程质量的关键。

苏州地区常用浅层处理（石灰土改良、开挖换填、抛石挤淤）、排水固结（堆载预压+竖向排水体、真空—堆载预压+竖向排水体）、复合地基（水泥加固土桩）等软土地基的处理方法，但是，从近十几年城市道路总体建设情况来看，软土地基的处理效果不尽如人意，许多道路出现了大于50cm的工后沉降，道路开裂、坑洼、破碎、局部位移等道路病害比较普遍发生。为提高软土地基的处理效果，2009年采用真空预压法进行试验，试验选择在某路的K1+916～K2+420路段，地基处理范围为道路红线两侧各外扩2米，地基处理宽度48m。

1、试验段工程条件

1.1试验段工程地质条件

该段道路沿线多为民房及农田、鱼塘，地面高程在2.0～4.76m（黄海高程）之间。沿线的软弱土层主要包括①1淤泥、①2素填土、②亚粘土、③淤泥质亚粘土。主要的土层由上而下为：

①1淤泥：灰黑色，流塑，夹腐植物及有机质，有淤臭味，为近代河道淤积浮泥，层厚0.5～0.8m。该土层仅河道及鱼塘底部有分布。系极高压缩性，极低强度土层，工程性质极差。

①2素填土：灰褐～灰黄色，松软，以粘性土为主，夹有植物根茎，厚度0.5～1.6m。该土层除沿线河道及鱼塘部分其余均有分布，该土层压缩性不均且偏高，强度低，工程性质极差，承载力60kPa。

②亚粘土：灰黄色，软塑为主，局部粉质含量较高，流塑。含铁锰质氧化斑点。层顶标高0.82～2.31m，厚度0.8～2.2m。该土层除沿线河道及鱼塘部分其余均有分布，中等偏高压缩性，中低强度土层，工程性能偏差，承载力80kPa

③淤泥质亚粘土：灰色，流塑。含少量有机质（含量1.09～1.25%，平均为1.17%），局部夹有薄层泥炭。层顶标高-0.40～0.44m，厚度9.0～14.2m，沿线均有分布，系高压缩性，中等～高灵敏度（St平均为3.81），低强度土层，工程性能差，承载力60kPa。

④亚砂土：灰黄色，中密，饱和，薄层理发育，夹有薄层状亚粘土，层顶标高-12.74～-12.26m，厚度0.9～1.00m。该土层局部分布。系中等压缩性，中低强度土层，工程性能一般。

各土层物理力学性能指标见表1。沿线有影响的地下水主要为孔隙潜水、潜水赋存于浅部粘性土层中，富水性差，主要受大气降水入渗和周围河流侧向补给，以地面蒸发及向周边河流侧向径流为主要排泄方式；潜水稳定水位标高约为1.08～1.10m，基本同当地河水位。

浅部土层的滲透系数如下：①2素填土K=1.0×10-5cm/s；②亚粘土K=2.0×10-6cm/s；③淤泥质亚粘土K=5.0×10-6cm/s。

根据地质条件分析，K1+916～K2+235路段原始地面较高，平均标高约为2.250m，软土顶面平均标高约为0.17m，软土底部平均标高约为-11.22m，软土埋深约13.47m，软土平均厚度约11.39m；K2+235～K2+420段原始地面较低，平均标高约1.123m，软土顶面平均标高约为-0.22m，软土底部平均标高约为-12.38m，软土埋深约13.50m，软土平均厚度约为12.16m。根据场地标高情况，将试验区划分为2个小区，K1+916～K2+235为试验1区，K2+235～K2+420为试验2区。

2、试验方案

2.1 场地整理

对现有场地进行清淤回填。在道路两侧处理边线外开挖排水明沟，并及时将排水沟内的水排出。

2.2 水平排水通道

在试验区域内铺设40cm厚砂垫层作为水平排水通道。砂垫层采用中粗砂，含泥量小于3%，渗透系数大于1×10-2cm/s。

2.3 竖向排水通道

在试验区域内插设塑料排水板作为竖向排水通道。塑料排水板采用SPD-100B型板，间距0.9m×0.9m，呈正方形布置，插设深度以到达③淤泥质亚粘土底部以上1m左右为准，不能进入到以下的④亚砂土中，防止漏气。塑料排水板上端高出砂垫层20cm，并将该20cm的塑料排水板沿水平方向摆放并埋入砂垫层中。

2.4 平面排水系统安装

平面排水系统由主干管和滤水管组成。主干管和滤水管均采用Φ75mmPVC管。主干管不打眼，起连接作用；在滤水管上四周打孔，孔径为6mm，孔间距5cm，正三角形布置，管外包裹过滤材料防止细砂进入滤水管。塑料排水板缠绕在滤水管上。滤水管和主干管、主干管和主干管由二通、三通、四通用软接头连接，以适应处理场地沉降的要求。管道铺设完成后，在其上覆盖200mm厚中粗砂。

2.5 铺设密封膜

铺设密封膜之前，要确保没有贝壳、带棱角石子等杂物，并将露出砂垫层的塑料排水板插入砂垫层中。先铺设一层无纺土工布作为保护层，然后铺设2层PVC密封膜。铺膜过程中，随铺随用砂袋进行压膜，防止起风将膜卷走或撕裂，禁止施工人员着硬底鞋在膜上作业或行走，以防止将膜刮破。在铺膜完成的同时，安装少量的真空泵进行工作，将铺设好的膜吸住。在预压区边界处，将真空膜埋入淤泥中，并用粘土压实，防止漏气。

2.6 修筑围堤

在真空预压区域边界处修筑围堤，围堤高度1.5～2.0m。

2.7 真空预压

每700～800m2设置一台射流泵，进行真空预压。稳压后向真空膜上覆水，覆水高度1.0～1.5m，继续预压。预压时间不少于90天或当沉降量连续3天小于3mm/d时可停止预压。

3、现场测试

为测试真空预压对地基加固的效果和变形特征，需要对试验过程中和试验后的地表沉降和土体物理力学参数进行测试分析，主要进行的测试项目有：

① 地表沉降测试 测试点布置见图1，在进行试验前在各测试点位埋设沉降板，定期进行沉降观测，绘制沉降、加载与时间关系曲线和变化曲线，计算固结度，确定揭膜卸载的时间标准。根据地表沉降量数据预测沉降趋势，确定预压卸载时间和面层施工时间，控制施工速率，确保施工安全，为施工期间的沉降量的计算提供依据。

图1 沉降观测点位平面布置图

②孔隙水压力观测 孔隙水压力观测的目的是观测孔隙水压力的变化，以便了解下卧软土层的排水情况，掌握地基处理期间孔隙水压力的增长和消散，推测土体的固结度，为确定卸载时间提供依据。

③静力触探试验 地基处理前后，在同一位置处进行静力触探试验，了解各土层的强度变化情况，为分析加固效果和设计计算提供资料和依据。

4、真空预压试验结果

4.1试验点沉降

试验过程中，对各测试点沉降进行了观测，绘制了各点的沉降-时间曲线，其中测试点2-3，2-14的沉降曲线见图2、图3，1区和2区的沉降平均值-时间曲线见图4和图5。在经过约70天的低位预压后，1区完成沉降为488～743mm，平均约570mm，2区完成沉降为700～770mm，平均约750mm。且到后期沉降速率较小（满足连续5天沉降小于2mm/天的要求），沉降曲线趋于平稳，已经达到了卸载的标准，可以卸载。

图2 K2+330中（2-3）沉降-时间曲线

图3 K1+980中（2-14）沉降-时间曲线

图4 1区沉降-时间曲线

图5 2区沉降-时间曲线

4.2孔隙水压力变化

试验前分别在K2+145和K2+325处埋设了2组孔隙水压力计，K2+145处的2组孔压计深度分别为3m，5m，7m，9m和4m，6m，8m。K2+325处2组孔压计深度分别为5.5m，7.5m，和6m，8m。绘制了各点的孔隙水压力随时间变化曲线，其中测试点K2+145处3m，K2+145处6m，K2+325处8m的孔隙水压力随时间变化曲线见图6、图7、图8。

图6 K2+145处3m深度孔隙水压力变化-时间曲线

图7 K2+145处6m深度孔隙水压力变化-时间曲线

图8 K2+325处8m深度孔隙水压力变化-时间曲线

各孔压计的孔隙水压力变化累计值统计见表2。

根据孔隙水压力—时间曲线，经过约70天的低位预压，各点的孔压消散基本都大于80kPa，平均达到87 kPa。到后期，孔压消散比较小，基本达到稳定，从孔隙水压力消散情况来看，此时也已经达到了卸载标准。

另外，从不同深度处的孔隙水压力变化值可以看出，对于深层的软弱土层，孔隙水压力变化值也较大，真空度衰减较小，处理效果良好。

4.3静力触探试验

预压结束后，在预压过的场地和邻近未处理过的场地分别进行静力触探试验并进行对比，检验地基处理的效果。分别在试验区域内和试验区外进行了6组静力触探对比试验，根据静力触探Ps值，处理前后的软土层对比情况见表3。

根据Ps值的对比，处理前后软土层的提高幅度达85%～316%，加固前软土层的Ps平均值为0.208MPs，加固后软土层的Ps平均值达0.494Mpa，平均提高138%，处理后土层的强度有明显的改善。

5、初步结论

通过对试验道路K1+916～K2+420路段真空预压试验， 1区平均完成沉降约570mm，2区平均完成沉降约750mm，软土层的沉降得到消除；孔隙水压力消散值平均达到87kPa，真空效果良好；试验前软土层的Ps平均值为0.208Mpa，試验后的Ps平均值达0.494Mpa，提高幅度达138%，处理后土层的强度有明显的改善。在苏州地区，针对类似的软土层深厚的地基处理工程，可采用真空预压法进行处理。

作者简介：

王和平（1967——），男，安徽马鞍山市人，毕业于马鞍山联合大学，工民建专业，工程师。