真空加堆載預壓在高速公路中的應用

裴璐璐

摘要：在軟土地基上修建高速公路，容易產生較大的不均勻沉降，并且在填筑路基的過程中容易出現路基失穩的現象。近年來，隨著我國高速公路的迅速發展，軟土路基的固結沉降、變形及強度問題成為國內建筑和道路工程學者研究的重要問題之一。本文結合真空加堆載預壓在浙江高速公路中的應用，分析了加固機理及其優越性，提出了現場施工控制要點。

關鍵詞：真空預壓;高速公路;施工

前 ?言

在深厚軟基的加固處理中，將真空預壓法與堆載預壓相結合的真空-堆載聯合預壓法，既能滿足施工工藝的要求，又不耗費工期，而且造價比較合理，能大幅提高軟基加固的效果。因此，在我國部分沿海地區的高速公路的軟基處理中，真空聯合堆載預壓法已有較多的應用，并且已取得了較好的經濟效益與社會效益。本文分析了真空聯合堆載預壓法的加固機理，并對浙江省內某高速公路試驗段現場試驗的監測結果做出了具體分析。

一、加固機理及其優越性

真空堆載聯合預壓法在工程建設中運用成熟的一種技術，近幾年逐步在高速公路推廣的處理軟土路基的一種新方法，它主要包括排水系統和加壓系統。排水系統是由豎向和水平向兩部分組成，豎向排水系統是由塑料排水板（或砂井、袋裝砂井）組成;水平排水系統是由砂墊層及埋入其中的PVC管組成;加壓系統是借助覆蓋在砂墊層上的不透氣薄膜用真空泵來形成的負壓，膜上堆載及地下水位降低使土體由飽和重度變為濕重度而增加外荷。地下水在上述荷載作用下發生由地基向排水板的徑向滲流，匯集到砂墊層中并由真空排水系統攜走，使土體有效應力增加，同時發生固結。真空2堆載聯合預壓往往是利用工程需要堆載（如路堤填土），并在真空預壓的基礎上利用堆載施加外載，增加總應力，增加軟土中孔隙水壓力，加大軟土與砂井中的孔隙水壓力差，加快軟土排水固結。

真空堆載聯合預壓法主要有以下優點：①保證填筑過程中路堤的穩定。對處理范圍內的軟基而言，真空預壓期間的軟土受真空的約束，不會向路堤外側移動，相反還有向路線中心線方向收縮的趨勢。②在真空和填土堆載的聯合作用下，軟土地基的排水固結得以加速進行，軟土很快達到一定的固結度，強度得到迅速提高，能防止橋臺及相鄰臺墩遭受推移作用，從而使橋臺施工得以提早進行，為路、橋同步建成交工提供寶貴的時間。③被處理軟土有較高的固結度。從所有真空聯合堆載預壓與相鄰堆載（超載）預壓處理后的沉降觀測結果看，前者的總沉降值均大于后者;加上真空預壓處理的路段兩側的地面略微下沉，而普通堆載預壓路基兩側地面略微隆起的現象，表明被真空預壓處理后的軟土體積收縮率較大，即排水后固結度較大。④對環境影響較小。由于真空預壓處理路段一般不再需要超載，因而可以少挖土方，少棄土方，對沿線的植被破壞也比較小，土方施工產生的污染也小。

二、施工情況

塑料排水板按五角星狀布置，間距1.4m，打設深度為22m。2000年4月25日正式抽空，由于薄膜出廠時搭接處密封性不好，剛開始十天左右真空度不穩，在65kPa左右。后來真空度基本均維持在80KPa以上，滿足設計要求。近8000平方米的加固區，只用四臺真空泵，就可以保證膜下真空度維持在80kPa以上。在開始抽真空后，沉降速率增加迅速，幾天內即達到10.8mm/天，僅15天的時間，地基的沉降量就達到了10.05cm，盡管沉降速率和沉降量比較大，地基沒有出現失穩。然后，真空度維持不變，沉降速率開始減慢，這說明地基的滲流并不是穩定的。

三、現場施工控制要點

1.排水系統

豎向排水通道采用塑料排水板在插入時按照圖紙要求，距離淤泥層底面50cm，不能穿過淤泥層進入砂層，一旦豎向排水通道的排水板與細砂層連通，砂層中的水會不斷地被抽至表層，降低真空度。另一方面，排水板必須達到設計深度，達不到規定深度的豎井會改變設計計算模型，豎井范圍以外部分的固結度達不到設計要求，整個軟上層的固結度降低，工后沉降加大。施工采用的塑料排水板插板機適應軟上行走的要求，重量輕，壓入力小，在遇到夾砂層阻力壓不到標高位置的，應在旁邊位置補插。

水平排水通道包括砂墊層及埋設于砂墊層中的排水濾管，砂墊層連接豎向排水板和橫向布置的濾管，采用潔凈的中粗砂，水平滲透系數大于1X10-2cm/s。排水濾管與主管在現場連接，濾管外可用1～2層上工布包裹，并且考慮地基沉降過程中的不均勻變形的影響，對濾管的接頭和連接處采用外包膠帶紙，適當預留一定的變形量。真空排水濾管均勻分布，呈魚刺狀連接布置，可以使真空壓力分布均勻。

2.密封系統

密封膜的鋪設和密封措施是施工的關鍵，密封膜在工廠加工，熱合成型，各項性能指標需滿足要求?，F場鋪設密封膜分兩層進行，鋪好后在膜上仔細檢查有無可見的破裂口，一般的破裂口多出現在密封接縫處，補好破裂處再鋪設上層薄膜。四周及出膜口要留有可收縮富余的密封膜密封溝是真空預壓成功的關鍵，需掌握好2個環節：一是膜的四周密封處與軟土接觸要有足夠長度;二是膜周邊密封處應用一定壓力將薄膜壓入淤泥中，并用粘土回填至密封溝中壓實密封膜的厚度一般只有0.14mm左右，施工中防止被銳物刺破，膜的上、下層均采用保護措施。

3.開始抽真空的速率控制

開始階段控制真空加壓的速率，以抽出砂墊層中的空氣，真空壓力從200mmHg，逐級增加，隨著膜下空氣的排出及上層開始排水固結程度的提高，膜內真空度逐漸增大并穩定在80kPa之上。在開始抽真空階段，隨著空氣及水的排出，全面檢查密封膜及密封溝的密封狀態，如有漏氣，對漏氣部分應及時修補和密封，防止影響真空效果，這是開始階段的一項重要的檢查工作。

四、應用創新

在探討真空預壓與堆載預壓相結合、地基土體在正負壓共同作用下的固結特性和變形特點的基礎上，改進了真空聯合堆載預壓下地基的抗滑移穩定計算模型，分析其沉降變形機理，并將其應用到試驗段工程中，獲得了較好的效果。采用有向別于傳統的豎向排水、抽真空軟土地基加同技術，并將之運用于浙江沿海高速公路軟基加固試驗段工程中，其后的監測數據證實了該技術的可行性，并取得較好的加固效果。

五、結束語

在軟基處理中，首先應該考慮地質情況，真空堆載聯合預壓最大的優點在于能處理深層軟基，效果明顯。對于工期不緊，地質情況較好的地區，建議使用排水堆載預壓或一般堆載預壓，能節約資金。

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