真空联合堆载预压法处理软土路基实例

李强强

【摘 要】软土地基压缩性高、强度低，直接在软土地基上进行市政道路建设难以满足工后沉降的要求，须对软土地基进行处理。真空联合堆载预压较堆载预压大大节约了工期，同时叠加了单纯的真空预压和堆载预压的优势，真空―堆载联合预压能够有效地减少工后沉降，使公路软基达到建设要求，达到预压和超载的目的，是一种比较理想的公路软基处理方法。

【关键词】真空联合；堆载预压法；处理软土；路基

中图分类号： U416.1 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）17-0151-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.17.075

【Abstract】Due to the high compressibility and low strength of soft soil foundation， it is difficult to meet the requirements for post-construction settlement of municipal road construction directly on soft soil foundation and soft soil foundation must be dealt with. Vacuum combined with surcharge preloading saves much more time than preloading. At the same time， it superposes the advantages of simple vacuum preloading and surcharge preloading. Vacuum-surcharge combined preloading can effectively reduce post-construction settlement and make roads softer. The foundation has reached the construction requirements and achieved the purpose of preloading and overloading. It is an ideal method for soft ground treatment of highways.

【Key words】Vacuum combined surcharge； Preloading method； Soft soil； Subgrade

1 工程概括

江门滨江大道五合同段起点桩号K7+600，终点桩号K10+400，沿西江大堤并行，从K9+867.11开始逐渐与西江大堤分离，共计软基处治工程数量：塑料排水板182万m（单根长度6～32米不等），无纺土工布24万m2，真空预压10万m2，粘土密封墙8.5万m，水泥搅拌桩9.2万m。

2 工艺原理

2.1 真空预压法

此法是利用抽真空来加固软土路基的一种方法，属于排水固结法的一种。真空预压的原理是用插板机将塑料排水板插入到地层内，形成软土层的竖向排水通道，再在地表铺设砂垫层，形成水平方向排水通道，增加软土层的排水途径，缩短排水距离。再在砂垫层上覆盖不透气的密封薄膜，使软土地层与大气隔绝，形成一个密封系统，然后用胶皮管将埋设在砂垫层内的主管与抽真空设备连成一体，利用抽真空装置将膜下空气抽出形成真空从而使加固土体中的孔隙水在真空吸力作用下，通过塑料排水板、砂垫层、主、支虑管排除膜外，使土体固结密实。它对土体所产生的力是向内的，既球形应力。

根据太沙基有效应力原理：P=p+u

式中：P——总应力；

P——土體中的有效应力；

u——土体中的孔隙水压力。

当总应力为常数时，dp=-du。它表明孔隙水压力降低为有效应力增加值。

真空预压过程中，地基土体的强度和稳定性不断增长，不存在失稳的可能性。从应力路径分析，设α'10和α'30分别表示加固前地基土体中的最大有效主应力和最小有效主应力，平均应力为P'0=（α'10+α'30）/2。加固过程中，地基土体增加的有效应力为△σ'。孔隙水压力是一个球压力，所以在各个方向均增加△σ' ，因此：

式中α'1和α'3分别表示加固后地基土体中的最大有效应力和最小有效主应力。图1中，其有效应力圆由D位置向右移到D'，平均应力由P'0增加到P'= P'0+△σ'。但是，应力圆的半径没有变化。当加固的荷载移除之后，地基土的强度沿着超固结包线退回到F点。从图l中可看到，和原来强度相比增加了△r，即软土土体强度提高了△r。

2.2 堆载

堆载是通过给土体一个正向力，在荷载作用下，图层固结，即孔隙水压力消散和有效应力增加。总应力增量为△σ，有效应力增量为△σ'，孔隙水压力增量为△μ，则三者满足：△σ'=△σ-△μ，堆载就是通过增加△σ并减小△μ而使△σ'增加，属于正压固结。它对土体所产生的力是向外的，既剪应力。

2.3 核心原理

初期阶段通过抽真空装置，使土体中形成负压，将土体中的孔隙水抽出，从而降低孔隙水压力，增加有效应力。后期随着堆载的进行又增加一正压力，在两者的共同的作用下加快土体内孔隙水的排出，从而加快土体固结速度。

3 施工工艺及操作要点

真空预压联合堆载加固软土地基施工工艺主要包括：横向排水体（砂垫层）铺筑；竖向排水体（塑料排水板）打设；真空管网铺设：土工布和密封膜铺设、密封沟开挖及回填、出膜连接与真空泵系统安装；抽真空与堆载的填筑；联合预压期间的沉降和侧向位移的观测等。

3.1 横向排水体（膜下砂垫层）铺筑

首先，在已平整好的场地上，攤铺整平第一层30cm厚的砂垫层，根据施工图确定真空泵及用电线路的架设路径，当塑料排水板打设完成后，再施工第二层砂垫层，第二层砂的厚度必须保证20cm，砂垫层的总厚度必须满足50cm。

3.2 竖向排水体（塑料排水板）打设

施工顺序如下：

（1）根据设计图，用经纬仪和钢尺在已验收的砂垫层上，放出排水板的位置，并在上面标出明显的标志。

（2）插板机进入现场就位，并在插板机上设置好进尺标志，控制塑料排水板打设深度，塔架高度必须保证最大插板深度的需要，然后安装排水板插销。

（3）垂直下插塑料排水板，打插深度宜根据设计要求动态控制，通过地层反力变化，以穿透软弱地层为准。

（4）上拔桩管至桩管下端高出砂垫层50cm。

（5）切割排水板，控制排水板在砂垫层顶面以上的外露长度20～30cm。

（6）移机进行下一根排水板施工。

塑料排水板施工主要应从打设垂直度、平面位置误差和打设深度三个方面来控制每根排水板的施工质量，其中打设垂直度、平面位置通过严格控制工序基本可以满足要求，而打设深度直接影响加固效果，是质量控制的重点。

3.3 真空管网铺设

3.3.1 真空管铺设

按照主管、支滤管的平面设计图，首先用经纬仪在砂垫层上放出主管、支滤管的正确位置，再开挖主管、支滤管的沟槽，沟深约20～25cm，然后在沟槽内安装加工好的支滤管，主管支滤管间用变径三通和四通连接，同管径的对接采用钢丝胶管连接，外用铁丝捆紧。

管路系统均在第一层砂垫层上铺设，先将第二层砂铺筑完成后再反挖沟槽铺设，管路安装完成后回填覆盖，以确保管网完全置于砂垫层中。

主支滤管选用优质PVC塑料管，主管壁厚大于2.7mm，支滤管壁厚大于2.4mm，确保其能承受足够的径向压力。支滤管上打浅水孔，孔径为8～10mm，孔径为5cm，三角形排列。管外采用土工布包裹，作为滤水层，避免抽气后，砂粒进入射流装置。

3.3.2 第一层土工布及两层密封膜

密封膜为聚录乙烯薄膜，厚度为0.12～0.17mm。加工后的薄膜面积不小于设计面积，密封膜每边长度大于加固区相应边3～4m。

铺设密封膜前，将砂垫层上的杂质、小石和尖刃物清除，整平砂垫层，首先在砂垫层上铺设一层200g/m2的无纺土工布，土工布的搭接≥5cm。再分次逐层铺设两层密封薄膜，相邻两层膜的合缝需错开50cm以上，严禁接缝重叠。将已铺好的一布二膜摊铺到密封沟底内，用黏性土回填密封沟。

3.3.3 出膜连接与真空泵系统安装

按每800m2处治面积配置一台真空泵（共设置125台）。真空主管通过硬橡胶管与真空泵连接，连接必须牢固，密封可靠，以保证真空度在管内不受损失，并使排水通畅。

3.4 抽真空与堆载的填筑

抽真空设备安置就位，进行试抽，同时仔细检查每台真空泵的运转情况及薄膜的密封性，发现问题及时处理。试抽真空为10天，膜下真空压力应达到80KPa以上，若低于此值即属不正常，应立即查找原因及时处理。试抽开始，即应进行真空压力、沉降量等观测。

试抽真空正常后，在膜上铺设铺设第二层土工布，铺设要求同第一层。膜上20cm砂垫层采用“机械摊铺和人工摊铺相结合”的方法，在膜上砂垫层验收合格后，铺筑第一层堆载土方，土方最好采用细粒土，且厚度不宜小于50cm，采用静压或弱振方法压实。堆载速度要控制，一般4m填土高度要求在2～3个月完成，以防止填土过快造成边坡失稳。

累计抽真空2～5个月，当实测地面沉降速率连续5～10d平均沉降量不大于2mm/d后，可以停泵卸载。本合同段软基处治整个施工过程路基、河堤是稳定的，路基沉降量由42～353cm不等。

4 结语

采用真空联合堆载预压处理软土地基，可以大大缩短预压期，缩短工期，使工程及早投入运营，提高社会经济效益。

采用真空联合堆载预压处理软土地基，路堤填筑不受稳定性控制，在较短时间内能满足工后沉降要求，但要注意抽真空对周围结构物的影响。

【参考文献】

[1]高志义.真空预压法的机理分析[J].岩土工程学报，1989，11（4）：45-56.

[2]董志良.真空预压法加固软基技术的理论和实践[C].广东省土力学与基础工程学术交流大会论文集，1998.