真空預(yù)壓法在道路軟土地基處理中的應(yīng)用
摘要：本文結(jié)合某道路軟土地基處理的工程實際，對真空預(yù)壓法處理軟基的施工工藝和施工質(zhì)量控制進行了分析和研究。
關(guān)鍵詞：施工工藝，質(zhì)量控制
1工程概況
真空預(yù)壓法與常規(guī)的堆載預(yù)壓法相比，真空預(yù)壓法具有施工設(shè)備簡單、加荷速度快、無需堆載材料、加荷過程中不會出現(xiàn)地基失穩(wěn)現(xiàn)象等優(yōu)點，使得地基穩(wěn)定性顯著提高、工期明顯縮短、工程造價降低。
該工程長1524m、路寬40m，為地面道路。工程場地地層分布復(fù)雜，其內(nèi)均為松軟土層，具有高壓縮性、高含水量、大孔隙、低密度、低強度的特點，為減少工后沉降，道路軟基必須處理。為縮短工期，經(jīng)多方論證，對于軟土層較厚的大部分路段采用真空預(yù)壓法處理。其中樁號為KO+120~K1+500即為真空預(yù)壓處理段。
場地內(nèi)的土層分布如下：①1雜填土，雜色，松散，由碎石、磚塊、粘土等組成，不均勻，層厚0.50~2.90m；①2素填土，黃灰色，灰色，很濕，主要由亞粘土夾碎石組成，局部表面為混凝土路面墊層，不均勻，層頂埋深0.00~1.70m，層厚0.30~2.30m；②1粘土，黃灰色，灰色，軟塑，含鐵錳質(zhì)侵染，底部粉性較高，偶見薄層亞粘土，欠均勻，KO+080以南缺失，其余地段分布不均，填土較厚及溝塘處缺，層頂埋深0.50~2.90m，層厚0.30~2.20m；②2淤泥質(zhì)亞粘土，灰色，飽和，流塑，局部含少量腐殖物、貝殼，偶夾薄層亞砂土，欠均質(zhì)，中部地段厚，層頂埋深1.10~3.60m，層厚6.00~26.0m；②3亞粘土夾亞砂土，青灰色，軟~流塑，具水平層理，含云母碎片，局部為含淤泥質(zhì)，不均勻，分布普遍，中部埋深大，層頂埋深8.50~28.80m，層厚1.90~18.40m；②4粉細砂、青灰色，飽和，中密，具水平層理，含云母碎片，局部夾薄層亞砂土，起伏大，中部埋深大，層頂埋深11.50~38.90m，最大層厚8.40m。
2真空預(yù)壓法的施工工藝
主要工序為：場地平整、鋪砂墊層→前期勘探、埋設(shè)監(jiān)測儀器→打設(shè)豎向排水體→粘性土柔性密封墻施工→鋪設(shè)水平濾管，安裝真空泵→鋪土工布、膜→開挖、回填密封溝→抽氣管道和真空泵連接→抽真空、軟基監(jiān)測→抽真空穩(wěn)定至設(shè)計天數(shù)→效果檢測→卸除真空荷載。真空預(yù)壓法處理軟土地基的關(guān)鍵在于真空度的有效傳遞和穩(wěn)定維持，所以在其施工過程中需特別注意以下幾點。
2.1豎向排水體施工工藝
真空度是通過打設(shè)在地基里面的豎向排水體向下及向土體中傳遞的，因此豎向排水體的施工工藝直接影響著真空預(yù)壓施工的效果。常用豎向排水體的形式有：普通砂井、袋裝砂井、塑料排水板。在本次工程中，采用了袋裝砂井的形式。成孔方式采用振動沉管法，即將帶活瓣管尖或套有混凝土端靴的套管沉到預(yù)定深度，然后在管內(nèi)放人做好的袋裝砂井，拔出套管便形成了砂井，要求拔管后帶上砂袋的長度≤0.50m。
另一方面，灌人砂袋的砂宜用干砂，并應(yīng)灌制密實。砂袋長度應(yīng)較砂井孔長度長50cm，使其放人井孔后能露出地面，以便埋人排水砂墊層中。袋裝砂井施工時，所用鋼管的內(nèi)徑宜略大于砂井直徑，但不宜過大，以減小施工過程中對地基土的擾動。
2.2水平排水體施工工藝
墊層材料應(yīng)采用透水性好的砂料，通常采用級配良好的中粗砂，含泥量≤3％。施工中需注意：①墊層平面尺寸和厚度符合設(shè)計要求，厚度誤差為±h／10(h為墊層設(shè)計厚度)，每100m2挖坑檢驗，在本次施工中，因為在水平墊層上鋪設(shè)了雙層的土工布和塑料膜，所以墊層的厚度只有30cm；②與豎向排水通道連接好，不允許雜物堵塞或隔斷連接處，在本次施工中，砂料都經(jīng)過了一定的篩分；③盡量不擾動天然地基；④不得將泥土或其它雜物混入墊層，以免堵塞濾管；⑤真空預(yù)壓墊層，其面層4cm厚度范圍內(nèi)不得有帶棱角的硬物。
2.3水平濾管的布設(shè)
水平濾管有主、支管之別，材料有鋼管和PVC管2種，在本工程中選用了后者。濾水管的平面布置可以有多種形式，如條形、魚刺形等。為保證真空負壓快速而均勻地傳至場地各個部位，可以根據(jù)場地大小和形狀，因地制宜地進行濾水管排列設(shè)計并增設(shè)幾道主管，這樣即使個別泵停機檢修，對真空度幾乎無影響。
2.4塑料土工布、膜的鋪設(shè)
真空預(yù)壓施工中所用的密封膜為密封性、韌性好，抗老化性能和抗穿刺能力強的專用密封膜。其參考指標為：厚度≥0.14mm，抗拉強度≥100N／5cm，延伸率≥250％(縱向)，滲透系數(shù)≤1.0×10-10cm／s。加工好的密封膜面積要大于加固場地面積，一般要求每邊應(yīng)大于加固區(qū)相應(yīng)邊4~5m。而土工布則要求采用大于300g／m2的無紡?fù)凉げ肌榱吮ＷC整個預(yù)壓過程中的密封性，在本次施工過程中先鋪了1層土工布，然后再在其上鋪設(shè)2層密封膜，在每層鋪好后都檢查和粘補了破漏處，以保證最佳的密封性。而在加固區(qū)四周，土工布和密封膜分別留有2~3m和4~5m的超寬余量。
2.5密封溝的開挖和回填
本次工程采用了人工結(jié)合機械開挖的方式進行密封溝施工，開挖寬度>1.0m、深度>1.5m，有的地方達到了3.0m，進入了淤泥層，鋪設(shè)密封膜后，密封溝用挖出的淤泥質(zhì)粘土回填，并用挖掘機前斗夯實。在施工過程中邊開挖、邊埋膜、邊回填，同時埋好膜后在溝內(nèi)覆水，以更好地達到密封的效果。
3真空預(yù)壓法的施工質(zhì)量控制
在本次工程中，根據(jù)真空預(yù)壓法加固公路軟基的特點和施工過程，并根據(jù)現(xiàn)場情況，制定了詳細的監(jiān)測計劃。在采用真空預(yù)壓法進行地基處理的區(qū)域內(nèi)各布置一個監(jiān)測斷面，監(jiān)測斷面樁號為K0+300、K0+820和K1+080。現(xiàn)場監(jiān)測項目主要包括表面沉降、分層沉降、真空度、水平位移、孔隙水壓力和土壓力6個方面。在以下分析中僅以K0+300斷面為例。
3.1真空度
真空度達到設(shè)計要求并維持穩(wěn)定是真空預(yù)壓法處理軟基成功的重要保證。K0+300~K0+800于2004-
01-07開始抽真空，真空度很快達到設(shè)計要求，真空度正常，于1月10日真空度就達到82kPa，然后一直維持在82kPa左右。圖1即為A標監(jiān)測K0+300真空度變化曲線，從圖中可見真空度的大小隨地基深度的增加而衰減，這是因為真空度的傳遞受砂井井阻等的影響�！�
3.2表面沉降和分層沉降
在本工程中，對于真空預(yù)壓處理段觀測斷面而言，由于其抽真空施工一直比較穩(wěn)定，因此土體沉降也比較理想。從實測的沉降情況(見圖2)來看，K0+300斷面2004-01-05至2004-02-12抽真空期間最大沉降為Tb觀測點363mm，最小沉降為Ta。觀測點275mm，平均沉降為312mm，日沉降量最大達45mm。在抽真空初期，其沉降速率較大，越到后來其沉降量越小，但仍在持續(xù)沉降，說明用真空預(yù)壓法處理深厚軟土地基時，其主固結(jié)沉降速率漸趨收斂，而其次固結(jié)沉降亦不容忽視，尤其對工后沉降要求較高的軟基而言。
K0+300斷面分層沉降環(huán)埋設(shè)8個，其分層沉降時程曲線如圖3所示。從圖3可見，土體真空度傳遞較深，土體的沉降量主要發(fā)生在第5個分層沉降環(huán)(深度為12m左右)以上的土體中，這部分沉降占總沉降的85％，從而可見真空預(yù)壓法處理軟基的深度較大�！ �
3.3水平位移
K0+300斷面埋設(shè)水平位移監(jiān)測管1個，其水平位移變化值和水平位移時程曲線如圖4所示。真空預(yù)壓處理軟基具有一個明顯的特點，其處理段的水平位移是向內(nèi)的。從實測的水平位移來看，水平向位移在接近地表處最大，K0+300斷面從1月5日開始抽真空以來至2月7日，水平位移達到88mm，從圖4中可見，隨深度的增加，水平位移急劇減小，這是由于受井阻等的影響，真空度在接近地表處最大，隨深度的增加而遞減。這里可以看出真空預(yù)壓相比堆載預(yù)壓而言有一個明顯的優(yōu)點：預(yù)壓處理段的水平位移是向內(nèi)的，真空預(yù)壓的這個優(yōu)點十分有利于保證地基土體的穩(wěn)定。但另一方面，可能會導(dǎo)致真空預(yù)壓加固區(qū)周圍地基土體的開裂，對周圍已有建筑物或構(gòu)筑物需采取相應(yīng)的防護措施。在本次工程中，附近其它設(shè)施，88mm的內(nèi)向水平位移不會導(dǎo)致不良后果。
3.4孔隙水壓力和土壓力
根據(jù)要求，在A標真空預(yù)壓區(qū)的3個監(jiān)測斷面布置了土壓力盒和孔隙水壓力計。每個斷面3個土壓力盒，4個孔隙水壓力計(深度各為2、5、8、12m)，現(xiàn)場實測的土壓力時程曲線和孔隙水壓力時程曲線分別如圖5、6所示。
從孔隙水壓力時程曲線來看，在抽真空階段產(chǎn)生的超靜孔壓是負的，亦即孔隙水壓力值隨抽真空時間的持續(xù)增加逐漸下降并趨于穩(wěn)定；另一方面這種變化的趨勢隨深度的增加反而趨于不明顯：2m處孔隙水壓力變化明顯，5、10m處孔隙水壓力變化規(guī)律就不是很明顯。這是因為真空度在砂井傳遞過程中會出現(xiàn)衰減，特別是在沒有打設(shè)塑料排水板或打設(shè)質(zhì)量不高的土體中真空度的衰減十分明顯。這也說明了在真空預(yù)壓的施工過程中保證其施工質(zhì)量的重要性。
4結(jié)語
(1)真空預(yù)壓法具有加荷速度快、無需堆載材料、加荷過程中不會出現(xiàn)地基失穩(wěn)現(xiàn)象等優(yōu)點，使地基穩(wěn)定性顯著提高、工期明顯縮短、工程造價降低。
(2)真空預(yù)壓法處理軟土地基的施工過程中需特別注意豎向排水體的打設(shè)、水平墊層的鋪設(shè)、水平濾管的布設(shè)、塑料土工布、膜的鋪設(shè)和密封溝的設(shè)置等。
(3)在真空預(yù)壓法的施工過程中，須建立科學(xué)的監(jiān)測方法，以有效地控制加載周期，確定預(yù)壓及施工的最佳時間，是控制真空預(yù)壓法施工質(zhì)量的有效途徑。
(4)真空預(yù)壓處理軟土地基時，水平位移是向內(nèi)的，這一方面有利于處理軟基的整體穩(wěn)定，另一方面會引起周圍地表面的開裂，影響到已建的建筑物和構(gòu)筑物，需采取一定的措施加以防護。
