摘要: 真空联合堆载预压法是软土地基处理中一种实用、经济、适应性广的大面积软基处理的有效方法，在市政道路软土地基加固处理中具有广阔的应用前景。为此，本文首先分析真空联合堆载预压加固路基的原理、施工工艺，然后结合工程实例对其加固效果进行前后对比， 为该方法在市政道路工程的软基处理中提供参考经验。
关键词：真空联合堆载预压法, 市政工程, 地基处理
真空预压及真空——堆载联合预压法是加固软土地基的有效方法，尤其是对于含水量大、压缩性高、强度低、透水性差、埋藏深厚的软黏土有着较好的处理效果，它能够消除大部分的软土主固结沉降，减少工后沉降，在一定程度上提高地基承载力。该方法已广泛运用
于海内外的软土地基处理工程中，例如高速公路、机场、吹填造陆、电厂等。
真空－堆载联合预压法的核心包含三大系统：排水系统、加压系统和密封系统。排水系统主要用于改变地基原有的排水边界条件，增加孔隙水排出的通道，缩短排水距离，加速软土的排水固结过程。而排水系统由水平排水系统和竖向排水系统构成。水平排水系统是由地表铺设≥40cm～50cm厚的中粗砂排水砂垫层与砂垫层中铺设的水平滤管共同组成的；竖向排水系统为打设的竖向塑料排水板或砂井；加压系统即真空压力和堆载压力，它使土中的孔隙水产生压差引起渗流而使土固结。密封系统即为防止漏气的竖向密封墙和地面表层的密封膜。三大系统的正常协同工作，是真空－堆载联合预压法的成功的关键。本文将根据在市政道路某工程软土地基的实际工程经验，结合理论计算，对于排水系统和密封系统的关键技术的应用进行综合分析。
1、工程概括
某道路工程全长7.65km，其中软基处理长度6.5km，沿线软土均分布在粉砂淤泥质海岸地貌内，地下水位埋深0.0m～4m，表层为黄褐色素填土，以粘性土为主，含沙砾，下为淤泥、淤泥质粘土。经设计方案比较确定采用真空联合堆载预压方式对软土地基进行处理：地基处理深度大于8m时，有效抽真空时间为120d；地基处理深度小于8m时，有效抽真空时间为90d；路基填筑高度小于3m，堆载30Kpa；填筑高度大于3m，堆载40Kpa。
2、真空联合堆载预压原理
2.1塑料排水板堆载预压是将带状塑料排水板用插板机将其插入软弱土层中，组成垂直和水平排水体系，然后在地基表面堆载预压(或真空预压)，土中孔隙水沿塑料板的沟槽上升溢出地面，从而可加速软土地基的沉降过程，使地基得到压密。
2.2真空预压地基是以大气压力作为预压荷载，它是先在需加固的软土地基表面铺设1层透水砂垫层或砂砾层，再在其上覆盖一层不透气的塑料薄膜或橡胶布，四周密封好与大气隔绝，在砂垫层内埋设渗水管道，然后与真空泵连通进行抽气，使透水材料保持较高的真空度，在土的孔隙水中产生负的孔隙水压力，将土中孔隙水和空气逐渐吸出，从而使土体固结。
2.3真空- 堆载联合预压方法综合上述两种施工方法，整合并同时进行。真空预压期间，受真空预压荷载的影响，加固土体产生侧向收缩变形，而在堆载预压期间，土体受堆载影响，加固土体产生侧向挤出变形，上述两种变形在施工过程中可相互抵消，从而可以使堆载的速度加快但不会使路基失稳。
2.4真空- 堆载联合预压方法的优点 ①缩短了固结时间；②土体侧向变形很小，地基不会发生剪切破坏；③设备和工艺简单。
通过抽气和竖向排水体导水气作用，使膜下土体与外部空气形成压差，把大气压作为荷载，并在真空预压压力稳定一段时间(连续 10d 膜下真空压力达到80kPa)后分层加载土方，形成超载预压，达到软土固结目的。真空联合堆载预压可加快软土固结，减少土方堆载和稳定边坡作用。自重联合真空预压加固如图 1所示。
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图 1 真空预压加固软基示意
3、施工工艺
3.1 施工次序
清表后铺设30cm砂砾垫层，打设塑料排水板，埋设观测设备，铺设排水滤管，挖密封沟，铺设20cm砂砾垫层，再铺设10cm细砂，其上铺设一层无纺土工布，再设二层真空膜，封密封沟，安装射流泵，连接管路，抽真空，观测真空预压（真空度≧80kPa）稳定10d左右，铺设一层土工布，铺设细砂和粘土，然后进行正常堆载。
3.2真空预压施工工艺流程图
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3.3真空预压管路布置
排水管道主管和支管及其管接均采用硬质 PVC管，在管壁按正三角形开孔， 孔径8mm，上下孔间距为40mm,打孔后外包250g/m2以上无纺土工布包裹。真空射流泵数量按约900m2～1200m 2 处理面积控制。
3.4排水系统施工
3.4.1水平排水系统( 砂垫层) 施工
(1) 测量放线
按试验段的几何尺寸 ,由专业测量工程师用经纬仪和水准仪进行填砂范围的测放,沿加固区中轴方向每 20m用木桩钉设标志并标示高程 。
(2) 膜下砂层摊铺
分2层填筑,用推土机按一定方向将堆砂向前平推,结合人工将砂料摊铺平整,最后人工修整作业面,并用轻型压实机静压,使砂垫层平整
度、铺筑厚度、密实度均达到要求(下层30cm的砂垫层平整度可不作很高要求) 。
(3) 膜上砂层摊铺
分1～2层填筑,膜上砂垫层中部设1层土工格栅,用机械倒运,人工摊铺,保证砂垫层施工的平整度 。
3.5塑料排水板施工
本工程塑料排水板采用正方形布置，间距0.9m，施工前应按设计要求用竹签定出板位，履带振动式插板机打设塑料排水板时严禁出现扭曲、断裂和撕破膜等现象，排水板平面间距偏差小于50mm，垂直度≤1.5%，剪断塑料排水板时，排水砂以上的外露长度应大于200mm，施工过程应仔细观察排水板有无回带现象，若回带长度超过50cm，则在板位旁45cm处补打一根，且回带根数不宜超过打设总根数的5%，塑料排水板严禁拼接使用。
4、软基处理真空联合堆载预压施工质量控制
4.1排水系统的质量控制
塑料排水板应具有良好的力学性能和排水性能，芯板的抗拉强度不小于150N/10cm，排水能力不 低 于 40cm3/s；滤套纵向抗拉强度干态不小于30N/cm，湿态不小于25N/cm，渗透系数不小于5x10-4cm/s塑料排水板要具有耐酸碱抗腐蚀性 .PVC排水支滤管必须完全埋设在砂垫层内，管外包裹一层无纺土工布，起过滤作用.检查抽真空设备/排水主管/出膜器/吸水管的连接口、保证密封良好，确保气密性。透水砂垫层必须采用渗水率较高的洁净中粗砂，
细度模数宜大于3.0，渗透系数不小于5x10-3cm/s含泥量小于3%，且不能含有贝壳、尖锐石块等，以免划破真空膜。
4.2密封系统的质量控制
4.2.1密封膜材料质量要求,用密封性好、抗老化能力强、韧性好、抗穿刺能力强的专用真空膜,厚度为0.14mm,真空膜的材料参数符合材料检测要求 。
4.2.2密封膜铺设,密封膜分2层,按由下到上的顺序依次铺设,逐层检查,确保膜无破损 。
4.2.3膜周边密封控制,密封沟开挖必须符合盖膜闭气要求,并将膜边沿密封沟内壁插入软土中,密封沟内必须用粘土回填密实,并在沟内覆水,以确保膜周边的密封。为保护真空膜,在真空膜上下各铺设1层土工布 ,如图2所示。
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图 2真空膜周边密封示意
4.2.4土工布接缝搭接宽度不少于 30mm。
4.2.5现场粘贴密封膜,应保持粘结部位的清洁,上胶后要用力压紧；刚粘结的部位不能马上受力。搭接宽度不少于 50mm。
4.2.6分层沉降管从密封膜穿出时, 在沉降管外套一段 PVC管,PVC外管与已铺设的薄膜平顺粘结；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 。
4.2.7排水管与真空泵的连接要保证其通水、通气的要求,及时检查真空泵运转情况 。
4.2.8电缆通过地带开挖小沟使电缆线通过 ,并需作蛇形弯曲布设,预留变形长度,为防止重物压断电缆,将若干电缆并成1股, 加塑料套管保护。电缆线从密封沟底穿过时须分散通过,用粘土保护,防止漏气 。
5、结语
采用真空联合堆载预压进行软基处理，能够同时发挥真空预压和堆载预压的优势，具有以下优点：
5.1真空度到86.6kpa仅需3-7d，稳定2～3d后就可连续进行路基填筑，缩短了施工时间。
5.2由于真空度沿深度的衰减明显低于堆载时总应力沿深度的衰减，其影响深度可达竖向排水体以下2-3m。因此，真空联合堆载预压方法的加固深度大于普通的堆载预压加固深度。
5.3由于真空产生负压，使土体产生向内收缩变形，可以抵消因堆载引起的向外挤出变形，地基产生向内的收缩变形，等同于在路基两侧施加反压护道，增加了抗滑力距，有利于路基稳定。
5.4与堆载预压相比虽工程费用有所增加，但施工时间大大节省；与常规的水泥搅拌桩地基加固方法相比，施工时间稍长些，但工程费用约减少50%。
论文作者:梁晓平
论文发表刊物:《基层建设》2015年36期
论文发表时间:2016/8/26
标签：预压论文; 真空论文; 地基论文; 孔隙论文; 塑料论文; 排水系统论文; 路基论文; 《基层建设》2015年36期论文;