真空-堆载联合预压处置软土路基探讨

张新宇

张新宇

山东建筑大学山东济南250101

摘要:系统地总结了真空-堆载联合预压加固软土地基的特点；在此基础上结合某实验段，对真空预压加固软基过程的分层沉降、孔隙水压力、表面沉降和水平位移等随真空度和时间的变化进行详尽而深入的分析，对该方法加固软土路基的效果进行有益的探讨；总结该实验段真空-堆载联合预压的加载过程及卸真空计划，提出科学而实用的真空卸载标准。

关键词：真空-堆载联合预压；软土地基；施工工艺

前言：近年来，真空预压法在软基加固方面得到了应用，并取得较好的效果。然而，真空预压法在加固原理上有别于其它方法，理论指导和工程经验均不成熟，目前也无完善的施工规范。本文希望通过对真空-堆载联合预压的探讨，能为该方法的进一步研究及应用提供理论依据，从而指导工程实践。

1加固特点

1.1真空预压法加固原理

真空预压法，首先在需要加固的软土地基内设置砂井或塑料排水板等竖向排水通道；在地面铺设排水砂层，其上覆盖不透气的密封膜与大气隔绝，通过埋设在砂垫层中的吸水管道，用抽真空装置进行抽真空，使土体内部与排水通道、垫层之间形成压力差，降低土体孔隙水压力，最终孔隙水不断由排水通道吸出。而传统的堆载预压法则是通过直接在路基上施加堆载，使土内总应力增加，产生超静孔隙水压力，将孔隙水挤出土体之外。

1.2联合预压加固效果

（1）固结速度。真空-堆载联合预压是在真空预压的基础上，再利用路堤填土进行堆载预压，即将两种排水固结法同时应用，在孔隙水的排出上获得吸、挤的双重效果，土体固结速度自然更快。土体固结速度会从路基的沉降速率上表现出来。

（2）加固深度。加固深度主要取决于预压所引起孔隙水压力变化的土体深度。由于排水通道可将真空压力传递到土层下部，故真空-堆载联合预压加固深度也较堆载预压大。在实际工程中，加固深度可从孔隙水压力和深度沉降的实测数据上分析得知。例如某试验段现场实测数据显示，在20m长的袋装砂井下土层仍有沉降；25m处孔隙水压力在预压后期也有增长，都说明联合预压方法的加固影响深度可达到袋装砂井底部以下2~3m，比较适合加固深厚软土层。下文的实例探讨中笔者也对这个问题进行了详尽的分析。

（3）强度增长。在真空-堆载联合预压加固软基方法中，当真空度达80kPa时，真空荷载相当于4~5m高度的填土荷载，这使得该方法在预压过程中的等效超载高度高，加之固结速度快、影响深度深等因素，都使得地基强度增长快，而且提高幅度大。据十字板强度试验及室内土工试验结果显示，地基加固后强度可提高2~3倍。

（4）压实效果。在真空压力作用下，地基产生向着预压区内的水平变形，四周土体向预压区移动使整个加固地基呈收缩的趋势，这与堆载预压的地基变形

2施工技术探讨

2.1真空联合堆载预压的主要施工工序

(1)铺设砂垫层(2)打设搅拌桩密封墙(3)打设塑料排水(4)铺设真空预压管系(5)铺设保护土工布1层、密封膜3层，密封膜入密封沟(6)抽真空(7)真空膜上铺设保护土工布1层(8)膜上填中粗砂0.3m(9)分层填筑土方(10)满载预压(11)真空停泵卸载。

2.2各工序施工方法及控制要点

(1)场地平整。通过抽真空的方法对软基加固后，呈现出中间沉降量大，四周沉降量小的锅底形状。因此，在施工场地平整时，应使中间高，两侧低，横坡控制为2%。这样做，可以防止软基出现中部低、两侧高的现象，有利于排水，避免沉降过大而引起滤管破裂或者变形问题，确保排水的通畅.

(2)砂垫层铺设。抽真空预压法进行软土加固，需要60cm的中砂垫层，场地平整完毕后，首先要填一层30cm的砂垫层，以方便机械行走。在塑料排水板打设完成以后，再铺填30cm砂垫层，将其作为塑料排水板和滤管的过渡层，作用为:一是真空度通过塑料排水板进行传递，二是地下水利用塑料排水板到达砂垫层，再从砂垫层流向主管，最后从真空泵中排出。

(3)打设粘土密封墙。粘土密封墙的主要作用是隔断软基处治范围以外的水和气，是真空预压的侧向密封系统。粘土密封墙的施工质量对膜下真空度达到设计要求起着至关重要的作用，如果密封墙施工不好，加固区内易出现侧向边界漏气，导致真空预压能量的损失，影响膜下真空度的提升和稳定以及软基的最终加固效果。

(4)塑料排水板打设。塑料排水板在真空预压法中作用为垂直排水通道，不仅缩短了排水距离，而且加快了土体固结。同时还承担着传递真空度的作用。由此可见，塑料排水板的施工工艺对真空预压法的施工质量和工期影响较大。

(5)主管与滤管的布置。地下水水平排水系统一般由主管和滤管组成，其铺设的合理性有利于确保真空预压施工的整体质量，也对真空堆载联合预压的加固效果产生决定性影响。这是由于地下水的排出过程是一种带有阻力的水流动的过程，阻力的存在会消耗“真空度”。为此，在主、滤管布置过程中，我们应减少水流体在管路流动中的阻碍，使水流动更加顺畅。

(7)密封系统的布设。真空联合堆载预压过程为：通过真空泵给软土地基施加负压，并利用密封膜将软基与大气分离，再在密封膜上分层堆载而使软基在正负压的共同作用下达到加固的目的。因此，真空度的有效传递和稳定维持是真空联合堆载预压法在地基处理施工应用中确保施工质量的关键，而真空度能够得到传递和稳定维持的关键在于密封系统的正确布设和有效维护。包括密封膜与土工布的材料质量达到要求、水位管与分层管的合理出膜、密封沟的质量和软土层深部的有效密封等。

(8)抽真空装置的布设。抽真空装置布设的施工要点:

①整个抽真空装置数量的确定，目前很多相关资料一般由以下几个方面决定：a、分区面积b、地质情况c、塑料排水板打设深度d、设计膜下真空度e、工后沉降要求。工程实践中，对于淤泥质土一般可按一台泵控制800~1200m2的面积布置。真空泵的布置方式应按抽气时水汽运行最有能量、最快的速度考虑，应将抽真空装置布置在加固场地的一侧，而不是两侧，以免造成“夺气”，“夺气”现象使水汽不能以最快的速度排出，耗散能量，同时，在计划布设抽真空装置时，应预留真空泵备用，其数量应结合现场情况来确定。

②确保抽真空的装置安装高程低些，循环水箱的安装高度的一半应与膜齐平，这样能够节省膜下抽出水的排出能量。

(9)第二层土工布、砂垫层铺设。工程实践中，对一般软粘土，当膜下真空度超过-80KPa以后，约6天左右可进行第二层土工布铺设，10d可进行堆载，填上较高或加载强度过大时应注意稳定间题，可采用分级进行施压方式，并合理计算分级施压级数，在现场施工中，一般根据沉降速率来进行加载速度控制。

3结语

综上所述，真空联合堆载预压技术作为公路软基处理中的关键技术，其施工质量的优劣对公路工程的整体质量影响较大。因此，在施工中为确保施工质量，预防安全事故的发生，施工单位应做好真空联合堆载预压施工工序控制，结合施工现场情况及当地自然条件、地质条件等进行施工，以提高施工技术水平，确保公路工程的施工质量。

参考文献:

[1]施海标.真空联合堆载预压法处理深厚淤泥土地基的工程应用[D].西安：西安建筑科技大学，2015.

[2]周平.真空联合堆载预压法加固特性及软基稳定性分析[D].北京：北京交通大学，2012.