真空联合堆载预压在高速公路施工中的技术分析

丁凯

（南平高速咨询监理有限公司，福建南平 354299）

0 引言

对高速公路施工过程中遇到的软土路基问题，应该配套选择相对符合软土路基的对应施工技术，再根据施工地的其他条件，对施工的方案进行优化、改良和调整，进一步加大路基的承载能力，确保在高速路面行驶车的辆是安全稳定的，从而在技术层面打造兼顾质量与安全的高标准高速公路工程项目。

1 高速公路软土路基的主要特点

1.1 含水量较高

软土的结构组成部分主要为黏土颗粒、淤泥，所以这就导致了软土路基具备了两大特点：一个是间隙大，另一个是含水量较高。在这中间，因为不同的地质环境，导致了有少量有机物，会在沉淀作用下形成絮状结构，导致小孔隙的形成。据悉，软土的含水量一般情况下维持在36%～80%左右，通过剪力的作用，软土极易产生剪切变形等严重的情况，在固结沉降后，软土或将出现范围性的固结沉降的问题，这是影响交通安全、行驶安全、路面安全的一大隐患[1]。

1.2 土壤强度低

软土土壤的结构特点是非常明显的，土壤强度低的原因是在其原本的结构中，因为挤压或震动，对原状土的絮状结构造成很大的影响，从而使得土壤强度大幅度下降，更甚者会严重到出现土壤流动的状态，而当这些土壤受到了外力的影响和扰动后，其强度又可以缓慢进行回弹与恢复。除此之外，软土土壤还具有两个典型的特征，一个是压缩性高，另一个是渗透性差。软土一般情况下的压缩模量在4MPa 以下甚至更低，而且与液限指数成正比的关系。另外，因为软土本身就存在渗透性小的特征，处于垂直方向时，渗透系数大约在10-8～10-6cm/s，根据这类特征可以分析，想要土壤的重量以及土壤的负荷得到进一步的巩固，达到一定的巩固效果，还是需要一定的时间的[2]。

1.3 抗剪强度较低

软土土壤还有一个明显的特征，就是其抗剪强度较低.经研究，在我国范围内，从天然软土的结构上来看，其不排水的情况下，抗剪强度在20MPa 以下，其内摩擦角一般都维持在20～35o左右，那么何种情况下，软土路基强度会发生较大变化呢？根据研究调查了解，载荷作用会导致其抗剪强度发生变化，而且排水固结的状况、抗剪强度也会同样发生变化，尤其当排水固结持续加速的状态下，会更加明显感觉到抗剪强度的强烈变化。

2 工程概况

以福建南平为例，在南平市的某高速公路上，在冲填土段中，分布着大量的软土路基，总长度大约在389m。根据地勘报告的内容显示，这条路段的土层从上至下可以分为以下几部分：

一是填土与耕植土层，这类土层的厚度大约在0.3～1.1m 内，土层色属深灰色，湿度偏湿且有一定的压缩性，土质不均，有部分植物残骸以及根系存在。

二是淤泥粉砂土层，土层的厚度在0.15～8.2m内，土层饱和，土质松软不均，黏粒是其含量的组成部分，但石英是砂质的主要成分，还有少量云母存在其中，云母主要是为地基加固处理的。

三是淤泥层，这类土层的厚度大约在3.6～15.5m内，土质比较差，而且处于饱和状态与软塑+流塑并存的状态。

四是淤泥质黏土层，土层的厚度在2.6～18.7m内，属饱和与软塑叠加状态，整体土质的湿度偏大，且土质不均匀，含量中有些许细砂，起到了地基加固的作用。通过研究调查以及测定可以得出结论，该路段的软基土体湿润，其含水量在70%～93%内，呈深厚软基型。最终通过一系列的研究讨论，决定在对该路段进行软基处理时，采取真空联合堆载预压的方式。

3 施工方法

3.1 工艺流程

所谓的真空联合堆载预压，其主要意思是指，针对一些待处理段落，可以通过优先在竖向排水方面进行设施的方式，先将为土壤中的水分提供通畅的排水体系，然后在对其抽真空时，适当的加入堆载预。在此情况下，就可以使得目标土层通过渠道将水分及时排出，同时还可以进一步加快固结速度，从而达到目标的固结程度，这也是路基施工主要要求之一。简述施工过程中的工艺流程可以表现为，从表面清理与排水，到垫层铺设，再到设置竖向排水结构，此时可以设置真空管网，然后密封，进行抽气、堆载，最后到达真空卸压，以至验收。

3.2 表面清理与排水

在处理地面的红线范围中，先将地表上面的一些淤泥、石块还有部分植物进行清理，再通过中粗砂换填，要注意的是需要做好平整工作，然后等待晾晒后再重新填在地表工作面。另外要注意的是，还需要挖围堰，围堰的位置可以设置在边桩外侧大约2m 的距离，与此同时在围堰外部，设置一些可以排水的通道，便于把围堰里面的水抽干，通过这样的方式来将地表积水以及浅层的地下水进行排出，以免在施工过程中发生意外造成不良后果。

3.3 垫层铺设与竖向排水结构设置

排水通道可以采取垫层铺设与竖向排水相结合的设置模式，它的质量可以直接影响到预压排水的结果与效果。在铺垫前，首先要做的就是严格检验垫层的材料，确保材料的质量符合应用标准。规定要求是，材料的含泥量要低于3.0%，细度模2.9，渗透系数0.012cm/s，且材料必须要完全符合技术要求以及工程设计规范[3]。

塑料排水板俗称竖向排水结构，在施工前严格进行检查，确保各项指标都达到技术要求与规范。垫层在压实的状态下，其厚度必须达到50cm，在此情况下，在进行铺设时要分为两个层次，一是先按20cm 的厚度来进行铺设，二是按30cm 的厚度来进行铺设。但需要强调的是，在进行第二层铺设之前，要先设置好塑料排水板，接下来在完成铺设后需要进行检测；要保证在适当碾压的压力情况下，其压力度要在93%以上。另外，在设置垫层时，要处于边桩外侧约1.5m的位置，同时在顶部配套设置一个横坡，大约在2%左右，这样更加便于排水能力。

例如，该施工所使用的是SPB-C 型排水板，按照正方形来进行铺设，距离为1.5m 间隔，在完成了第一层铺设以后就进行打设，采用了套管法。而且确保了打设的深度要求，同时套管垂直度也都符合规定，在打设时要注意的是，一定要避免排水板出现破裂现象，也要注意防止滤膜撕裂；打设完成以后，对垫层的排水板要求是长度在25cm。根据实际情况，再纵向设置出便于观测的中桩及边桩，可以按照40m 的间隔设置，并分别设置水压力仪，要求的距离是分别在地表下层的4m、8m、12m 和16m 的距离，与此同时，还需要设置沉降板，配套完成测斜仪的设置，这类设置的距离要求是在地表下8m 和18m 进行，通过上述设置，可以加固土层应力，还可以实时监测到位移情况以及水压变化等情况。

3.4 真空管网设置与密封

通常情况下选择PVC 管作为真空排水管，因为需要考虑到路基的整体结构，例如当路基整体呈现为长条形时，需将排水管进行区分，一共有两个类型，一类是主管、另一类是滤管，管径分别是75mm 与60mm。主管纵向埋设，间隔控制在25m 的距离，在管头采用变径三通和滤管相连，另一端与射流泵相连，可穿过密封沟；而滤管沿横向埋设，距离间隔在5m，以鱼骨形与主管相连，可以以钢丝软管作为相连材料，再使用接头相连。根据实际情况，选择出最适宜的方案将管道的接口处相连，从而形成管网。要注意的是，为更好地进行土工布铺设，需要在对应的位置预留出膜口，然后开挖密封沟，密封沟可以设置在场地外边缘，密封膜一般采用聚氯乙烯薄膜。

在铺设密封膜时，尤其要注意的是，密封膜插入的深度需要在沟底100mm 左右，通过翻转锚固定后填实，最后需要再次对密封膜进行严格检查，确保不会出现破裂等问题。如果存在破裂问题，应立即采取补救措施；如果遇到破裂面积大的问题，应该立即采取整体更换的方式。铺好密封膜以后，还需要在上面再铺设一层土工布，这样不仅保护密封膜还能起到一定的巩固作用，以免上部填料将密封膜破坏。

3.5 抽真空和堆载

在表面上的土工布铺好后，可以采用真空射流泵进行抽真空处理，其抽真空的范围可以达到900m2左右，在此过程中应该要避免漏气的问题产生，尤其要注意接头部位，这里是最容易产生漏气的位置，应该重点注意。此时可以观察真空度，当其连续5d 以上且处于恒定状态时，就可以进行堆载。堆载前，还需将一层素土建在密封膜的表面，一般情况下，要求素土厚度在15cm 即可，因为这样可以对密封膜起到一个保护作用，从而避免密封膜产生漏气、破损等问题，避免因漏气的原因导致卸压问题的产生，然后再进行分层堆载，这里的堆载高度应按照4.0m 来实施，同时进行适当碾压。

3.6 真空卸压

堆载标的高度要与路床顶部标高处于相符合的状态，同时注意对沉降结果进行观测，确认沉降的速率是否达标，一般要求是在最近7d 以内，速率要始终不得高于2mm/d，在此情况下才可以停止抽真空。在进行施工中，停止抽真空也是有一定要求的，需要对数据进行监测，且要保证堆载后仍然达到80d 持续抽真空；通过数据监测及核算，固结度在90%以上时，且沉降不超过30cm 时，即可进行下一步施工[4]。

3.7 现场测试

通过数据监测，在K21+454 段沉降量将达到最大，达到188.2cm，平均148.4cm。沉降速率在堆载前、抽真空初始时，处于较快状态。沉降在抽真空第5d 时，速率可以达到最大范围，约为6.8cm/d；过程中通过监测发现，路床始终处于平稳状态，结束后能确保固结度在90%以上，沉降能够确保在30cm 以内，这是一个成功的案例。

为进一步确保土体状态是固结的，就需要实时监测孔隙水压，通过监测的数据还可以计算出固结度，从而能够更加清晰明了地反映出土体抗剪强度变化的具体情况，同时还可以作为数据参考对施工的加荷速率进行调整与安排。

在施工过程中，抽真空与之伴随的是孔隙水压会变小；当开始加载后，孔隙水压加大，在达到数值高峰时，就会开始下降；当再次实施施加荷载后，水压又会回升再逐步下降。循环往复，不断加大地基土强度。由此可以得出结论，抽真空直接影响孔隙水压，使超静水压产生；经研究可知，下降速率最高的空隙水压处于地表下12m 深；堆载填土时，伴随着一次次荷载的施加，堆载相继变化，因此可以在监测中发现孔隙水压会增幅明显，但持续时间是比较短暂的，之后便开始趋于持续稳定的状态。堆载路床时，在地表下大约16m 的位置，设置测点来监测，数值达到28kPa 是其孔隙水压的最大变化量，而处在10～20kPa 范围内的其他测点[5]，依然保持稳定的状态，这是由于真空压力产生的结果，故堆载时数值小于孔压初始值是避免失稳产生的影响，在大堆载效率以及速度的同时，让其始终保持稳定的状态，顺利的完成了软基处理，不仅达到缩短工期的效果，还进一步提高了施工效率。经数据观察，该方式达到了预期效果，方案可行可推广。

4 结论

通过上述内容可以得到以下三个方面的结论：一是经上述处理过程，该段路基平稳稳定，且所在路床同样状态平稳，无失稳现象的产生，且工后沉降满足相关要求。想要从根本上解决路基下沉问题，尤其是在软基分布造成的情况下，可以采取对真空联合堆载预压的方法，通过科学的判定，合理的运用，从根本上进行施工的部署安排，使路基在施工以后仍然保持稳定的状态。二是虽然真空联合堆载预压的整体施工工艺程序相对简单，从施工的技术层面上来看没有很高的要求，但要为了达到更加满意的预期效果，在施工的过程中仍然需要进行布局和控制、比对和监测，例如在对排水板进行插入时，对其间距、深度要严格控制，同时通过科学的密封过程，在真空抽取的过程中，依然控制好时间与速率。三是经过相关的施工案例分析研究，进一步对真空联合堆载预压的可行性进行了验证，明确了其合理性，不仅操作方便、工艺简单，更能够降低成本，是一项值得推广应用的高速工程优秀经验。