真空加堆载预压在高速公路中的应用

摘要：在软土地基上修建高速公路，容易产生较大的不均匀沉降，并且在填筑路基的过程中容易出现路基失稳的现象。近年来，随着我国高速公路的迅速发展，软土路基的固结沉降、变形及强度问题成为国内建筑和道路工程学者研究的重要问题之一。本文结合真空加堆载预压在浙江高速公路中的应用，分析了加固机理及其优越性，提出了现场施工控制要点。

关键词：真空预压;高速公路;施工

前  言

在深厚软基的加固处理中，将真空预压法与堆载预压相结合的真空-堆载联合预压法，既能满足施工工艺的要求，又不耗费工期，而且造价比较合理，能大幅提高软基加固的效果。因此，在我国部分沿海地区的高速公路的软基处理中，真空联合堆载预压法已有较多的应用，并且已取得了较好的经济效益与社会效益。本文分析了真空联合堆载预压法的加固机理，并对浙江省内某高速公路试验段现场试验的监测结果做出了具体分析。

一、加固机理及其优越性

真空堆载联合预压法在工程建设中运用成熟的一种技术，近几年逐步在高速公路推广的处理软土路基的一种新方法，它主要包括排水系统和加压系统。排水系统是由竖向和水平向两部分组成，竖向排水系统是由塑料排水板（或砂井、袋装砂井）组成;水平排水系统是由砂垫层及埋入其中的PVC管组成;加压系统是借助覆盖在砂垫层上的不透气薄膜用真空泵来形成的负压，膜上堆载及地下水位降低使土体由饱和重度变为湿重度而增加外荷。地下水在上述荷载作用下发生由地基向排水板的径向渗流，汇集到砂垫层中并由真空排水系统携走，使土体有效应力增加，同时发生固结。真空2堆载联合预压往往是利用工程需要堆载（如路堤填土），并在真空预压的基础上利用堆载施加外载，增加总应力，增加软土中孔隙水压力，加大软土与砂井中的孔隙水压力差，加快软土排水固结。

真空堆载联合预压法主要有以下优点：①保证填筑过程中路堤的稳定。对处理范围内的软基而言，真空预压期间的软土受真空的约束，不会向路堤外侧移动，相反还有向路线中心线方向收缩的趋势。②在真空和填土堆载的联合作用下，软土地基的排水固结得以加速进行，软土很快达到一定的固结度，强度得到迅速提高，能防止桥台及相邻台墩遭受推移作用，从而使桥台施工得以提早进行，为路、桥同步建成交工提供宝贵的时间。③被处理软土有较高的固结度。从所有真空联合堆载预压与相邻堆载（超载）预压处理后的沉降观测结果看，前者的总沉降值均大于后者;加上真空预压处理的路段两侧的地面略微下沉，而普通堆载预压路基两侧地面略微隆起的现象，表明被真空预压处理后的软土体积收缩率较大，即排水后固结度较大。④对环境影响较小。由于真空预压处理路段一般不再需要超载，因而可以少挖土方，少弃土方，对沿线的植被破坏也比较小，土方施工产生的污染也小。

二、施工情况

塑料排水板按五角星状布置，间距1.4m，打设深度为22m。2000年4月25日正式抽空，由于薄膜出厂时搭接处密封性不好，刚开始十天左右真空度不稳，在65kPa左右。后来真空度基本均维持在80KPa以上，满足设计要求。近8000平方米的加固区，只用四台真空泵，就可以保证膜下真空度维持在80kPa以上。在开始抽真空后，沉降速率增加迅速，几天内即达到10.8mm/天，仅15天的时间，地基的沉降量就达到了10.05cm，尽管沉降速率和沉降量比较大，地基没有出现失稳。然后，真空度维持不变，沉降速率开始减慢，这说明地基的渗流并不是稳定的。

三、现场施工控制要点

1.排水系统

竖向排水通道采用塑料排水板在插入时按照图纸要求，距离淤泥层底面50cm，不能穿过淤泥层进入砂层，一旦竖向排水通道的排水板与细砂层连通，砂层中的水会不断地被抽至表层，降低真空度。另一方面，排水板必须达到设计深度，达不到规定深度的竖井会改变设计计算模型，竖井范围以外部分的固结度达不到设计要求，整个软上层的固结度降低，工后沉降加大。施工采用的塑料排水板插板机适应软上行走的要求，重量轻，压入力小，在遇到夹砂层阻力压不到标高位置的，应在旁边位置补插。

水平排水通道包括砂垫层及埋设于砂垫层中的排水滤管，砂垫层连接竖向排水板和横向布置的滤管，采用洁净的中粗砂，水平渗透系数大于1X10-2cm/s。排水滤管与主管在现场连接，滤管外可用1～2层上工布包裹，并且考虑地基沉降过程中的不均匀变形的影响，对滤管的接头和连接处采用外包胶带纸，适当预留一定的变形量。真空排水滤管均匀分布，呈鱼刺状连接布置，可以使真空压力分布均匀。

2.密封系统

密封膜的铺设和密封措施是施工的关键，密封膜在工厂加工，热合成型，各项性能指标需满足要求。现场铺设密封膜分两层进行，铺好后在膜上仔细检查有无可见的破裂口，一般的破裂口多出现在密封接缝处，补好破裂处再铺设上层薄膜。四周及出膜口要留有可收缩富余的密封膜密封沟是真空预压成功的关键，需掌握好2个环节：一是膜的四周密封处与软土接触要有足够长度;二是膜周边密封处应用一定压力将薄膜压入淤泥中，并用粘土回填至密封沟中压实密封膜的厚度一般只有0.14mm左右，施工中防止被锐物刺破，膜的上、下层均采用保护措施。

3.开始抽真空的速率控制

开始阶段控制真空加压的速率，以抽出砂垫层中的空气，真空压力从200mmHg，逐级增加，随着膜下空气的排出及上层开始排水固结程度的提高，膜内真空度逐渐增大并稳定在80kPa之上。在开始抽真空阶段，随着空气及水的排出，全面检查密封膜及密封沟的密封状态，如有漏气，对漏气部分应及时修补和密封，防止影响真空效果，这是开始阶段的一项重要的检查工作。

四、应用创新

在探讨真空预压与堆载预压相结合、地基土体在正负压共同作用下的固结特性和变形特点的基础上，改进了真空联合堆载预压下地基的抗滑移稳定计算模型，分析其沉降变形机理，并将其应用到试验段工程中，获得了较好的效果。采用有向别于传统的竖向排水、抽真空软土地基加同技术，并将之运用于浙江沿海高速公路软基加固试验段工程中，其后的监测数据证实了该技术的可行性，并取得较好的加固效果。

五、结束语

在软基处理中，首先应该考虑地质情况，真空堆载联合预压最大的优点在于能处理深层软基，效果明显。对于工期不紧，地质情况较好的地区，建议使用排水堆载预压或一般堆载预压，能节约资金。

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