摘要：以新建广州南沙港铁路黄圃车站站场路基正线区域的增压式真空预压施工为例，介绍了增压式真空预压施工在沿海地区软土路基施工过程中的施工经验，并就施工中可能存在的问题进行了原因分析，提出了处理措施，对类似工程施工具有借鉴意义。
关键词：增压式真空预压、软土路基、沿海地区、堆载
1引言
随着珠三角地区经济的发展，原有的交通设施已无法满足日益增长的运输需求，沿海地区又迎来一轮新的公路、铁路建设高潮。珠三角冲击平原深厚软基的地质特征成为路基施工的一大难点。增压式真空预压的施工方法为解决软土路基沉降的一种手段，对其施工工艺进行研究，对提高沿海软土地区的施工质量有借鉴意义。
2工程概况
新建广州南沙港铁路为设计时速160km/h双线货运铁路。其中黄圃车站站场路基长2750.97米。站场上覆地层以流塑状淤泥质土和淤泥质粉质黏土为主,场区地表水发育，水塘及沟渠密布，以软土路基、水塘路基为主。地基采用塑料排水板+增压式真空联合堆载预压加固，其中，同路基正线及相邻到发线复合地基加固宽范围内塑料排水板间距为1.6m，其余范围塑料排水板间其极限抗拉强度不小于200KN/m。真空预压应分区抽真空，真空预压区边缘至路堤坡脚外2m，真空处采用两布+两膜。每个区域周边设置黏土密封墙。
3资源配置
3.1施工劳动力
施工劳动力安排详见下表一
表一 劳动力配置计划表
3.2施工机械
真空联合堆载预压主要机械设备安排详见下表二
表二 真空联合堆载预压主要机械设备计划表
4施工方法及工艺要求
4.1施工工艺
4.1.1 施工准备工作
（1）真空预压设备进场后，及时进行检查验收，进行现场工艺试验并会同监理进行验收审批。
（2）查验进场材料每批产品出厂合格证、性能报告单，抽样检验无纺土工布、密封膜的厚度、透气性能、拉伸强度和排水滤管的管径、壁厚、透水、渗滤、纵向排水性能及抗拉、抗压强度和环形刚度。
（3）施工前按施工图要求设置观测断面，每一断面上的观测点布置数量、观测频次和观测精度符合要求。观测基桩置于不受影响的稳定地基内，定期复核校正。
连接各系统进行抽真空试验，检查射流泵运转情况。
4.1.2 加固区场地平整
施工前，先进行场区场地平整，挖除表层种植土、树根、生活垃圾、建筑垃圾等杂物，再回填7%石灰土至设计标高。本工程场区内鱼塘段按设计要求进行抽水清淤回填，在清淤干净后，对塘底开挖台阶，再分层回填7%石灰土至设计标高，要求压实度不低于0.86，以保证桩机操作的需要。
4.1.3 密封墙搅拌桩及塑料排水板施工
场区平整完成后，进行真空预压隔水墙水泥搅拌桩施工，铺设砂垫层，并打插塑料排水板。
真空预压加固区四周采用水泥搅拌桩密封墙进行封闭，桩底深入淤泥层，使渗透系数由粉土层10-3～10-4cm/s降低为10-7～10-8cm/s,满足该地质情况下抽真空密封性能的要求。
塑料排水板采用B型板，打设深度20m，间距1.2m，正三角形（梅花形）布置。打设垂直度偏差控制在±1.5%内，每根回带长度不超过50cm，否则应重新沉管插板，塑排板顶部埋入砂垫层长度不小于0.3m。
4.1.4 铺设水平排水垫层
（1）按照施工图要求的平面尺寸和厚度铺设水平垫层。铺设80cm厚粗粒海砂垫层（真空时铺设0.4m，真空预压完成后铺设0.4m和一层土工格栅），为保证真空度的传递，砂垫层的含泥量要求小于5%，粒径大于2mm的颗粒含量不超过总质量50%，粒径大于0.5mm的颗粒超过总质量的50%，平整度要求为±8cm。
（2）当地基表层具有一定厚度的硬壳层，能承受施工机械运行时，采用机械分堆摊铺法铺砂，汽车运进的砂料先卸成若干砂堆，然后采用推土机摊平。
（3）当硬壳层承载力不足时，采用顺序推进摊铺法，既汽车倒进卸料，推土机向前推赶推平。
（4）地基软弱不能承受机械碾压时，可用轻型传送带由外向里（或由一边向另一边）铺设。
（5）排水砂垫层施工过程中，避免对软土表层的过大扰动和隆起，以免造成砂垫层与软土混合，影响垫层的排水效果。
4.1.5 埋设真空管网
水平排水垫层施工完成后，开始排水滤管的布置。开挖管槽，布放和连接真空管路，保证真空管路的畅通和各类接头的牢固。
（1）管网的埋设
真空管选用加筋PVC塑料管，主管为φ76mm,支管为φ50mm,壁厚不小于1.2mm，要求PVC管材的强度能承受400kPa的压力。主管间距25m左右，滤水管排距6m左右，最外层滤水管距场地边的距离为2～5m。主管和支滤管间用变径三通和四通连接。
支滤管管壁按正三角形开滤水孔，孔径8mm，孔距50mm，打孔后外包250g/m2的无纺土工布滤膜，滤水管外绕3mm铅丝(圈距5cm)，再套上用土工布缝合的反滤布套，并捆扎结实，达到只透水不透砂要求土工布的渗透系数大于5*10-3cm/s，单位面积质量90g/m2。主管和滤管接长采用二通，二通用螺纹钢丝橡胶软管制成，长度30～40cm，内径稍大于主管和滤管的外径，滤管套入连接长度约10cm-15cm，同时在联接处用10号铁丝扎牢（滤管需连同反滤布套一起扎牢），以防抽真空时地基不均匀沉降将滤管搭接处拉断，联接时两管中间预留5cm左右的间隙，预留的间隙与软胶管一起使整个管路系统能较好地适应地面的不均匀变形。
整个管网联接好后，即可挖砂沟埋设整个管道于砂垫层中，管道要求挖深20cm左右（宽15～20cm），一般位于排水砂垫层的中部，顶部覆砂厚度不小于10cm。管网平面布置采用条形排列，保证真空负压快速而均匀地传至场地各个部位。真空度测管（φ6mmPVC透明软管）在砂沟中需做蛇形布置以适应地基的不均匀变形，滤管周围用砂填实，并用磁盘埋好。
（2）出膜口的处理
出膜口处理的好坏将直接影响到整个密封系统的密封性。
分层沉降管从密封膜穿出时，在沉降管外套一段PVC管（Φ82.9mm），PVC外管必须光滑，长约1.5m，深入地层约0.5m，PVC管与已铺设的薄膜平顺粘接，粘接剂采用塑料膜厂家生产的专用U—PVC胶合剂，PVC管周边密封膜预留8～10cm，以防差异沉降破坏密封膜。为防止漏气，在沉降管与PVC管之间设密封胶圈并用粘土回填。
主管从密封膜穿出时,在PVC主管口用螺纹钢丝橡胶软管联接50～80cm长同直径的镀锌铁管，铁管同样采用平顺粘接的方式出膜。
4.1.6 密封沟开挖及回填
真空预压区路基填筑面详见下图一
图一 真空预压区路基填筑面
(1)密封沟必须符合盖膜闭气要求，采用人工配合挖掘机开挖，沟底宽0.8～1.0m左右，沟深1.5m～2.0m，随挖随铺随填，以沟长20m左右为一个工作区段依次推进，开挖时防止边坡塌方。铺膜时挖出的土堆在外侧便道上，不得堆在砂垫层上，避免砂粒滑入沟中。沟中回填的粘土要密实且不夹杂砂石。如果密封沟底或两侧有碎石或砂层等渗透性好的夹层存在，将该夹层挖除干净，并回填软土。开挖时紧贴密封墙开挖，回填时靠密封墙一侧必须采用灌水造浆，人工踩压密实。
(2)密封沟内侧沟壁必须平顺，挖好后将密封膜顺沟壁内侧铺放入沟中，紧贴沟的内壁，将密封膜放至沟底，沿密封沟内壁将膜边插入坑底土中10cm左右，然后以细粒土分层回填，回填至周边密封墙墙顶以下50cm左右，作为汇水沟覆水之用。特别要注意第一层的填压，要用淤泥质粘土把密封
膜压好，使膜能紧贴沟壁和沟底，沟底密封好后，采用挖掘机挖土分层回填，在每一层填土上都给予适当的压实，边回填边向沟内灌水，以增加密封效果。
4.1.7铺设土工布及密封膜
（1）密封膜根据真空预压区域大小，由生产厂家预先定做加工，整幅密封膜的大小要能够保证一次性全部覆盖整个真空预压区。加工时膜的大小考虑埋入密封沟的部分，留有足够的富余。密封膜接缝粘结牢固，双热合逢平搭接接缝宽度不得小于15mm。
（2）真空预压前砂垫层表面应平整，表面无尖石、硬块及其他尖利杂物。密封膜铺设时，需防止抽真空时膜间未清理干净的砂、石子等颗粒将膜穿破引起漏气。
（3）为了保护真空膜，在真空膜上下各铺设一层250g/m2针刺无纺土工布。待真空管路、真空测头及其它观测仪器埋设完后，在其上铺设第一层土工布，铺设面积略小于密封膜（收边2～3米），铺设范围略大于加固区，每边约加宽1m。根据场地情况，按一定方向将土工布展开并铺设平整。土工布搭接部位采用缝接处理，用手提缝纫机进行缝接，缝接时搭接宽度不少于30mm。
（4）现场铺设密封膜分两层进行，每铺好一层后立即在膜上进行地毯式的寻查，发现破损处及时进行粘接。现场粘贴密封膜，搭接宽度不少于50mm，保持粘结部位清洁。粘贴自上而下沿粘缝后退进行，在接缝下面垫一块2m长的条形木板，上胶后要用力压紧；然后将木板抽出后移，依次沿缝向后进行粘接；注意刚粘接的部位不能马上受力。
（5）密封膜按先后顺序依次铺设，先检查土工布的平顺性，去除尖利的杂物，然后将两层聚氯乙烯薄膜依次铺放覆盖整个预压区。铺设时自一边开始，分层依次由近及远铺设，将膜的四周放到沟底，沿密封沟内壁将膜边插入土中。铺设时膜不得拉的太紧，适当放松，每边比图纸尺寸放出3m左右。
（6）膜下真空度测头均匀布置在四周角点和加固区中心区域的砂垫层内，观测点和观测断面按设计要求的数量、位置埋设，距离滤管不小于2米，四周角点膜下真空度测头距加固区边线6～7米。
（7）封闭式隔水墙加沟内覆水，既保证了整个加固区的密封性，又减缓了膜的老化。
4.1.8 真空泵安装
抽真空装置由离心泵、射流喷嘴、循环水箱组成，图6-13为其工作原理简图。抽真空装置的安装可在密封沟施工完后进行，并在抽真空之前检验空载时的真空度是否满足设计要求。工作时先将循环水箱装满水，开动离心泵，水箱中的水被泵打入喷嘴，此时水的压力、流速都很大，在喷射水流的带动下，喷嘴周边的真空吸管内形成负压，在螺纹钢丝橡胶软管内的气体随之被射流走，形成一定真空，并由此逐步延伸到加固区内。
4.1.9 加固区抽真空及停泵
真空预压—加固区单元如下图二所示
图二 真空预压——加固区单元示意图
（1）真空预压应分区抽真空，每个单元格加固区宜在15000~20000平米。各单元边界之间采用泥浆搅拌墙隔离，搅拌墙采取双排搅拌桩，单位设计直径700mm，纵横两桩彼此搭接200mm，间距500mm。泥浆搅拌墙的深度以穿透透气（水）层，进入其下不透水层系数小于1*10-7cm/s。搅拌桩施工上下搅速度1.2m/h，上搅速度0.8m/min。要求施工四喷四搅以上，严格控制工艺指标，尤其是喷搅速度。
（2）各项抽真空设备安置就位后，开始进行试抽真空。开始阶段控制真空加压的速率，以抽出砂垫层中的空气，真空压力从20kPa逐级增加，随着膜下空气的排出及土层排水固结度的提高，膜内真空度逐渐增大并稳定在80kPa之上。在开始抽真空阶段，随着空气及水的排出，全面检查密封膜及密封沟的密封状态，如有漏气，对漏气部分及时修补和密封，防止影响真空效果。
（3）根据抽真空情况，做好开、停泵计划。加固区内所有射流真空泵是否同步运转视预压过程而定，一般在预压初期，因排水量大，射流真空泵同时运转，在预压中后期，在保证膜下真空度的前提下，可停一部分泵并采取各泵交替运转，适当减少开泵数量。
（4）在膜下真空度稳定的维持在80kPa以上的条件下，连续抽气，路基填筑完成后，实测地面沉降速率连续10d平均沉降量小于或等于2mm/d，即可停泵卸载。
4.1.10 施工监测项目与布置
本次真空预压施工监测的项目主要包含：表面沉降观测、分层沉降观测、水平位移观测，真空度观测。以一个观测断面为一组，形成一套可资分析比较的测试数据，常用的监测仪器如下表四所示：
表四 埋设元件与监测仪器设备表
（1）沉降板：由钢底板、金属测杆、保护套管组成。每个断面在加固区中心、两侧边缘安装三块，沉降板放置在密封膜上，底板下垫三层无纺土工布，填砂找平，测杆随填土增高而增高，接高后测杆略高于套管。
（2）分层沉降仪：分层沉降标主要由电磁式分层沉降仪，φ82mm波纹管，φ71×6mm硬塑料管及φ3mm的铜丝感应线圈组成，在观测断面中间位置设置。
深层沉降变形观测测试仪器埋设如下图三所示
图三 深层沉降变形观测测试仪器埋设示意图
（3）分层沉降仪测头放入沉降管，在磁环位置会鸣叫，为保证测试精度，将测头放入最下面磁环以下，然后慢慢上提测头，记录磁环位置，反复两次取均值。填筑加荷期每3天一次、预压期为6～10天一次。
（4）紧贴加固区密封墙外侧埋设测斜专用管，每个加固区埋设2根测斜孔，观测测斜管沿深度的倾斜角度，算出管体沿深度的分布位置，通过观测比较管体位置的变化求得地基上不同深度上的水平位移。
5施工中存在的问题、原因分析及处理措施
5.1地表裂缝的处理
（1）原因分析
真空预压过程中，密封墙局部搅拌不均匀，成墙质量不好，加固区四周地表会产生平行于加固区边界的环形裂缝,这些裂缝随着加固过程的进行会不断扩大并向深处延伸，同时向加固区外缘发展，以致可能最终影响到真空施工的密封性。
（2）治理方法
施工过程中注意观测裂缝的性质、规模和发展趋势，若出现漏气情况，可拌制一定稠度的淤泥浆倒灌于裂缝中，泥浆会在重力和真孔吸力的作用下向裂缝深处渗入，起到一定的封闭作用。
5.2沉降套管漏气
（1）原因分析
位于线路中心的分层沉降测试套管，需穿过密封膜并随着路堤填筑而不断接高，地基土与套管之间会产生较大的沉降差，从而增加了此处密封的难度。
（2）治理方法
现场认真作好出膜接口的密封处理，或可裁制1.5～2.0m见方中心开有小孔的薄膜，将其封套于套管上，按抽真空期间可能产生的沉降量值将薄膜沿套管外壁下插于套管周边预设的空间内，适量留出其边缘部分与原已铺设的薄膜平顺粘接。必要时对套管口予以密封。
5.3滤水管破裂
（1）原因分析
真空预压期间膜内真空度要求达到80kPa，砂层出现沉降现象，导致滤水管破裂。
（2）治理方法
铺膜前用砂料把砂周边孔洞填充密实。在铺设滤水管时，滤水管之间连接牢固，选用合适滤水层且包裹严实，避免抽气后杂物进入射流装置；塑料带滤水膜在转盘和打设过程中避免损坏，防止淤泥进入芯堵塞输水孔而影响塑料带的排水效果，采用滤水膜内搭接的连接方式，搭接长度大于20cm，以保证输水畅通并有足够的搭接强度。
6结语
综上所述，文中研究的真空增压式预压施工工艺，科学又可行，且能在显著增大沉降量的同时，大幅节省施工工期，属于一种全新的软基处理理念，现已取得了十分理想的社会环境经济效益，值得在工程中推广应用。
参考文献
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论文作者:李嘉炜
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/21
标签：预压论文; 真空论文; 路基论文; 地基论文; 套管论文; 平顺论文; 射流论文; 《基层建设》2019年第19期论文;