中铁建大桥工程局集团第三工程有限公司 浙江绍兴 110000
内容提要：近几年我国高速铁路迅猛发展，随着铁路建设标准的不断提高，对路基工后沉降要求也越来越高。路基沉降包括列车荷载作用下的变形沉降、路基本体在自重作用下的压密沉降及地基沉降。在填料及填筑施工质量有保证的前提下，路基本体沉降在施工放置期内基本完成，列车荷载作用下的变形沉降是有限的，可通过预留沉降或超载预压方法处理。因此，地基沉降控制已成为确保高速铁路路基平顺性的关键环节。为解决软土地基不均匀沉降问题，从工艺原理、工艺特点和操作要点等方面介绍增压式真空预压技术。结合本工程应用实际，在施工中研究、探索、完善、总结增压式真空预压技术对类似施工具有借鉴意义。
关键词：高速铁路 软土路基 增压式真空预压 技术
1．项目概况
1.1 项目简介
杭绍台铁路HSTZQ-2标线路施工起讫里程为DK27+380.00～DK65+619.20，全长38.239km。施工地点位于绍兴市上虞区、嵊州市境内，其中站场两座分别为东关站和三界站，东关站DK29+720～DK30+220.74软基处理区域采用真空预压加固，塑料排水板间距1.0m，按正方形布置，板长2.0～14.0m，排水板打穿细（粗）圆砾土淤泥层深入细（粗）圆砾土粉质黏土层不小于0.2m。
1.2地质水文条件
东关站范围内地层岩性为第四系全新统人工堆积层素填土；第四系全新统残坡积层粉质黏土；第四系全新统冲海积层黏土、粉质黏土、淤泥、淤泥质粉质黏土、粉砂、细砂、中砂、粗砂、砾砂、细圆砾土、细角砾土、粗角砾土；第四系上更新统冲洪积粉质黏土、砾砂、细圆砾土；侏罗纪上统凝灰岩。
2．增压式真空预压施工技术特点
2.1加大土体压差、实现超载预压
对软基采取真空预压的同时，在软基中增设特殊微孔增压管，对软土进行水平向增压，使土体中的水分子定向流动，加速土体固结,上层土体对下层土体形成堆载相当于真空联合堆载。
2.2 通过直连技术：取消吹砂垫层，实现低碳环保
区别于原有靠砂垫层使排水板与真空管连接的方法，而是有手型接头连接排水板，使真空直达土体内部，不用砂垫层、降低成本。
2.3 使用防淤堵技术：控制滤膜孔径、达到最佳泥水分离效果
采用防淤堵排水板，具有整体性好、抗拉强度高、通水量大的特点。可根据淤泥的中值粒径调整孔径的大小，达到最佳泥水分离的目标，并且防淤堵排水板有自吸功能。传统排水板为中间是挤出成型的塑料芯板 ,其整体性差、耐侧压力变形大,通水量只有防淤堵排水板的一半,特别是滤膜孔径都是一样的,而应用在不同淤泥中产生涂抹和井阻效应,必然会出现不同程度的淤堵现象。
3．施工工艺原理
真空预压是以大气作为预压荷重，通过覆盖于地面的密封膜下抽真空，使膜内外形成气压差，先后在地表横向排水体系中及竖向排水通道内逐步形成负压，使土体内部与排水通道之间形成压差。在此压差作用下，土体中的孔隙水不断由排水通道排出，从而使土体固结，即真空荷载作用下的土体固结过程是在土体总应力不变的情况下，通过减小孔隙水压力来增加土体有效应力的过程。
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图3-1为增压式真空预压技术工艺原理示意图。
4．施工工艺及操作要点
4.1施工工艺流程
详见施工工艺流程图4-1。
4.2 操作要点
4.2.1施工准备
(1)整理场地、地表排水
施工前应排干场区地表积水，在局部区域设置围堰及排水点，整理场地，清除水草等尖锐物。
（2）放线定位
按照设计图纸及施工方案，绘制塑料排水板平面布置图并编号，确定排水板位置。
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图4-1增压式真空预压施工工艺流程图
4.2.2 塑料排水板施工
（1）防淤堵型塑料排水板
由塑料芯板、无纺布和防淤堵件组成，无纺布裹覆在排水芯板的外围；防淤堵件插合在塑料排水板打入地下的一端；塑料芯板的实体内设有一沿长度方向的测深孔其直径大于1mm。与现有可测深塑料排水板相比，具有以下有益效果：塑料排水板内无需设置金属导线，可节约大量的金属材料，且工艺简单，成本低廉；通过一根小于等于1mm的弹簧钢丝直接插入测深孔，可直接测得塑料排水板打入地下的实际深度，其测量精确、操作简单。如图4-2、4-3所示。
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图4-2 防淤堵塑料排水板图 图4-3 传统塑料排水板图
（2）塑料排水板施工
塑料排水板的插打工艺流程见图4-4。
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图4-4 塑料排水板施工流程
1）测量放样：根据设计，用全站仪每隔10～20米放出路基处理段起讫位置及边桩，铺设砂砾垫层后,再根据设计桩距、布桩图，用全站仪（或经纬仪）和钢尺定出每排桩轴线和桩中心，并用白灰和木桩做醒目标记。放样偏距小于5㎝。将测量定位结果报请监理工程师确认。
2）插打排水板
安装好进场设备，根据设计插板的深度要求，将插管长度定好。并在插管和塔架上做好应插排水板深度记号。排水板从套管的插嘴进入套管内部，固定在套管底部的插销上，同时拉紧排水板，依靠排水板与插销之间的摩擦力连接在一起，上提时插销从套管口与排水板端部抽出，套管提出，排水板靠土压力留在地基中。
3）沉管插板
将排水板装入卷筒，并通过门架上的滑轮将排水板引入插杆中。插板前检查套管垂直度，若不符合要求，前后可调节门架位置，左右可调节套管位置，保证插板垂直度在1.5%以内。
将排水板从插入杆端头引出、折回，夹上短钢筋(桩位放样时插在桩位上)，用订板机订好。拉紧排水板，将插入杆对准桩位。开启振动将插入杆压入地基。 在套管上按照设计深度用红漆作上明显标识，到达设计深度(预先在插入杆用红漆划上标志)后将插入杆拔出。则排水板被短钢筋锚固于孔底。
4）提升套管及回带量测量
确定排水板已达到设计深度后，可提起套管，此时应观察套管插入孔，如排水板相对套管不动，则说明排水板回带，继续上提套管，直到排水板移动抽入套管，量取此时套管的提升高度，即为排水板回带量。若大面积回带，可考虑改变插销形式，减小提升套管时插销与排水板摩擦力，并增大排水板底端与泥土间接触面积，以减少回带现象的发生。
5）剪断塑料排水板
当提升套管，套管底部离开砂面50cm时，人工从套管底部切断排水板，在砂砾垫层以上25cm处将排水板剪断埋入砂砾中。然后将留下排水板头弯曲插进管口。打设完成起杆后，立即用砂子将打桩形成的孔洞进行回填，回填料必须均匀细密，不得有土块或砂砾石，确保填充密实。
6）检查
主要检查内容为质量标准要求的项目，若检查不合格，则必须在不合格排水板位置的20cm 范围内补打一根排水板，重新检查，直至合格为止。合格后移动插板机至下一板位。打设过程中逐根做好施工记录。
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图4-5 塑料排水板布置 图4-6塑料排水板插打
4.2.3 真空管与排水板连接
铺设主、支真空管及手型接头，先将手型接头与排水板连接，然后铺设主管采用Φ50mmPVC钢丝软管，真空支管采用Φ25mmPVC钢丝软管，真空主管延加固区长边方向布置，间距不大于20m，真空支管为每两排塑料排水板的中间放置一条；抽真空主管和支管间采用变径三通、四通连接，塑料排水管通过手型接头与真空支管连接。增压主管采用φ50mmPVC钢丝软管，支管采用φ25mmPVC钢丝软管布置。
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图4-7水管连接
4.2.4 增压系统
增压管由若干节依次相连的透水软管组成，透水软管由螺旋形弹性支撑架和滤布组成，每节透水软管的两头置有可配接的螺纹接头，第一节软管前端上旋接有锥形封头，最末节软管后端旋接有法兰。材料采用的增压管长度为8m，透气段长6m，不透气段长2m，为保证增压施工过程中增压管临近地表层部分不漏气，在增压管后端2m设置不透气段。
4.2.5 密封体系
（1）密封体系
密封系统分为深层密封和浅层密封，深层密封可采用水泥搅拌桩、钢板桩、高压旋喷桩及灌浆法；浅层密封可采用密封膜、密封沟、表层裂缝处理。
（2）密封沟施工
在加固区四周边界开挖隔离沟，呈倒梯形，内外坡平滑无砂料存在，底宽1m，深不小于1.5m，并保证其底面进入不透水层至少0.5m，铺设密封膜后采用纯黏土或淤泥回填密实。
（3）铺设密封膜
将出膜弯管和真空虑管连接好，出口压盘于地面平齐，并放好下橡胶圈，然后铺设一层针刺长丝土工布和两层真空膜，密封膜采用热合法加工，加工后形状与加固区一致，加工后的膜面积每边长度大于加固区边3～5m，加工后的密封膜在运输前，沿垂直热合缝方向收拢，不得卷成一卷，弯曲半径不得小于1m。铺设密封膜前将打设塑料排水板留下的孔洞填平，密封膜铺设时从上风向向下风向伸展，加固区四周余留量基本一致，施工人员穿软底鞋上膜，每铺一层，由专人检查，若有孔洞，及时粘补。在密封沟内侧把膜铺平，真空膜将其边沿折于沟底，不可外铺于外侧坡上。
图4-8 密封膜铺设 图4-9密封膜铺设
5.2.6 真空泵、空气压缩机等抽真空系统
在铺膜前先把不倒翁集水井下节罐体与真空主管连接好，并做好保护工作，铺膜完毕后沿出膜装置管口剪开，将两层土工布放置在真空膜下，并装好上节罐体和罐体内部排水泵，两节罐体之间用不锈钢螺丝连接，每个不倒翁集水井可承担4000～6000m2。
5.2.7 抽真空
首先试抽真空。在膜面上，压膜沟处仔细检查有无漏气处，发现后及时补好。当真空度达到60kPa，经检查无漏气现象后，将膜下真空度提高到80kPa。为保证抽真空的正常进行，需要24小时不间断地观察检查，对真空度表、真空泵的变化要做好记录，当发现漏气、泵损坏等问题要及时维修，保证真空系统、密封系统正常工作。
5.2.8卸载标准
在膜下真空度80kPa维持不变的情况下，连续5～7天的沉降速率小于2mm/d；抽真空时间不得少于2～3个月；处理完成后土体固结度不小于85%。
6.效益分析
6.1施工工艺流程
6.1.1缩短工期
常规真空预压光抽真空时间就需要4个月以上，采用增压式真空预压法从进场施工到卸载验收只需4个月，其中抽真空时间缩短至80～90天。
6.1.2经济性好
减少排水固结的时间；扩大排水板间距减小材料用量。
6.1.3软基处理效果好
采用手型接头，直接连接排水板与真空管，取代中粗砂粉砂垫层,实现低碳环保。缩短真空传递路径，减少了真空度的沿程损失，加快固结时间，提高加固效果。
7.结语
结合本项目的实际情况，施工过程中遇到诸多设计问题，对塑料排水板的插打、密封膜的铺设进行了总结，不但成功的应用于本实例施工，而且为真空预压的优化设计提供了宝贵意见，为后续的施工总结了宝贵的经验和方法，该工程技术亦可以多领域应用于其他软基处理施工，不但可以节省成本投入、缩短施工工期，而且施工过程安全、质量保证有效，值得推广应用。
参考文献:
《杭绍台施路-02-01，东关站DK27+109.31～DK30+247.44路基设计图》;
《杭绍台施路通-01～10，路基通用图》；
《高速铁路路基工程施工技术-中国铁道出版社》。
《高速铁路路基工程施工质量验收标准，TB10751-2018》。
《高速铁路路基工程施工技术规程，Q/CR9602-2015》
论文作者:毕超群
论文发表刊物:《防护工程》2019年18期
论文发表时间:2020/1/10
标签：排水板论文; 真空论文; 预压论文; 套管论文; 塑料论文; 路基论文; 软管论文; 《防护工程》2019年18期论文;