真空预压法在道路软土地基处理中的应用

　　摘要：本文结合某道路软土地基处理的工程实际，对真空预压法处理软基的施工工艺和施工质量控制进行了分析和研究。
　　关键词：施工工艺，质量控制
　　1工程概况
　　真空预压法与常规的堆载预压法相比，真空预压法具有施工设备简单、加荷速度快、无需堆载材料、加荷过程中不会出现地基失稳现象等优点，使得地基稳定性显著提高、工期明显缩短、工程造价降低。
　　该工程长1524m、路宽40m，为地面道路。工程场地地层分布复杂，其内均为松软土层，具有高压缩性、高含水量、大孔隙、低密度、低强度的特点，为减少工后沉降，道路软基必须处理。为缩短工期，经多方论证，对于软土层较厚的大部分路段采用真空预压法处理。其中桩号为KO+120~K1+500即为真空预压处理段。
　　场地内的土层分布如下：①1杂填土，杂色，松散，由碎石、砖块、粘土等组成，不均匀，层厚0.50~2.90m；①2素填土，黄灰色，灰色，很湿，主要由亚粘土夹碎石组成，局部表面为混凝土路面垫层，不均匀，层顶埋深0.00~1.70m，层厚0.30~2.30m；②1粘土，黄灰色，灰色，软塑，含铁锰质侵染，底部粉性较高，偶见薄层亚粘土，欠均匀，KO+080以南缺失，其余地段分布不均，填土较厚及沟塘处缺，层顶埋深0.50~2.90m，层厚0.30~2.20m；②2淤泥质亚粘土，灰色，饱和，流塑，局部含少量腐殖物、贝壳，偶夹薄层亚砂土，欠均质，中部地段厚，层顶埋深1.10~3.60m，层厚6.00~26.0m；②3亚粘土夹亚砂土，青灰色，软~流塑，具水平层理，含云母碎片，局部为含淤泥质，不均匀，分布普遍，中部埋深大，层顶埋深8.50~28.80m，层厚1.90~18.40m；②4粉细砂、青灰色，饱和，中密，具水平层理，含云母碎片，局部夹薄层亚砂土，起伏大，中部埋深大，层顶埋深11.50~38.90m，最大层厚8.40m。
　　2真空预压法的施工工艺
　　主要工序为：场地平整、铺砂垫层→前期勘探、埋设监测仪器→打设竖向排水体→粘性土柔性密封墙施工→铺设水平滤管，安装真空泵→铺土工布、膜→开挖、回填密封沟→抽气管道和真空泵连接→抽真空、软基监测→抽真空稳定至设计天数→效果检测→卸除真空荷载。真空预压法处理软土地基的关键在于真空度的有效传递和稳定维持，所以在其施工过程中需特别注意以下几点。
　　2.1竖向排水体施工工艺
　　真空度是通过打设在地基里面的竖向排水体向下及向土体中传递的，因此竖向排水体的施工工艺直接影响着真空预压施工的效果。常用竖向排水体的形式有：普通砂井、袋装砂井、塑料排水板。在本次工程中，采用了袋装砂井的形式。成孔方式采用振动沉管法，即将带活瓣管尖或套有混凝土端靴的套管沉到预定深度，然后在管内放人做好的袋装砂井，拔出套管便形成了砂井，要求拔管后带上砂袋的长度≤0.50m。
　　另一方面，灌人砂袋的砂宜用干砂，并应灌制密实。砂袋长度应较砂井孔长度长50cm，使其放人井孔后能露出地面，以便埋人排水砂垫层中。袋装砂井施工时，所用钢管的内径宜略大于砂井直径，但不宜过大，以减小施工过程中对地基土的扰动。
　　2.2水平排水体施工工艺
　　垫层材料应采用透水性好的砂料，通常采用级配良好的中粗砂，含泥量≤3％。施工中需注意：①垫层平面尺寸和厚度符合设计要求，厚度误差为±h／10(h为垫层设计厚度)，每100m2挖坑检验，在本次施工中，因为在水平垫层上铺设了双层的土工布和塑料膜，所以垫层的厚度只有30cm；②与竖向排水通道连接好，不允许杂物堵塞或隔断连接处，在本次施工中，砂料都经过了一定的筛分；③尽量不扰动天然地基；④不得将泥土或其它杂物混入垫层，以免堵塞滤管；⑤真空预压垫层，其面层4cm厚度范围内不得有带棱角的硬物。
　　2.3水平滤管的布设
　　水平滤管有主、支管之别，材料有钢管和PVC管2种，在本工程中选用了后者。滤水管的平面布置可以有多种形式，如条形、鱼刺形等。为保证真空负压快速而均匀地传至场地各个部位，可以根据场地大小和形状，因地制宜地进行滤水管排列设计并增设几道主管，这样即使个别泵停机检修，对真空度几乎无影响。
　　2.4塑料土工布、膜的铺设
　　真空预压施工中所用的密封膜为密封性、韧性好，抗老化性能和抗穿刺能力强的专用密封膜。其参考指标为：厚度≥0.14mm，抗拉强度≥100N／5cm，延伸率≥250％(纵向)，渗透系数≤1.0×10-10cm／s。加工好的密封膜面积要大于加固场地面积，一般要求每边应大于加固区相应边4~5m。而土工布则要求采用大于300g／m2的无纺土工布。为了保证整个预压过程中的密封性，在本次施工过程中先铺了1层土工布，然后再在其上铺设2层密封膜，在每层铺好后都检查和粘补了破漏处，以保证最佳的密封性。而在加固区四周，土工布和密封膜分别留有2~3m和4~5m的超宽余量。
　　2.5密封沟的开挖和回填
　　本次工程采用了人工结合机械开挖的方式进行密封沟施工，开挖宽度>1.0m、深度>1.5m，有的地方达到了3.0m，进入了淤泥层，铺设密封膜后，密封沟用挖出的淤泥质粘土回填，并用挖掘机前斗夯实。在施工过程中边开挖、边埋膜、边回填，同时埋好膜后在沟内覆水，以更好地达到密封的效果。
　　3真空预压法的施工质量控制
　　在本次工程中，根据真空预压法加固公路软基的特点和施工过程，并根据现场情况，制定了详细的监测计划。在采用真空预压法进行地基处理的区域内各布置一个监测断面，监测断面桩号为K0+300、K0+820和K1+080。现场监测项目主要包括表面沉降、分层沉降、真空度、水平位移、孔隙水压力和土压力6个方面。在以下分析中仅以K0+300断面为例。
　　3.1真空度
　　真空度达到设计要求并维持稳定是真空预压法处理软基成功的重要保证。K0+300~K0+800于2004-
　　01-07开始抽真空，真空度很快达到设计要求，真空度正常，于1月10日真空度就达到82kPa，然后一直维持在82kPa左右。图1即为A标监测K0+300真空度变化曲线，从图中可见真空度的大小随地基深度的增加而衰减，这是因为真空度的传递受砂井井阻等的影响。
　　                
　　3.2表面沉降和分层沉降
　　在本工程中，对于真空预压处理段观测断面而言，由于其抽真空施工一直比较稳定，因此土体沉降也比较理想。从实测的沉降情况(见图2)来看，K0+300断面2004-01-05至2004-02-12抽真空期间最大沉降为Tb观测点363mm，最小沉降为Ta。观测点275mm，平均沉降为312mm，日沉降量最大达45mm。在抽真空初期，其沉降速率较大，越到后来其沉降量越小，但仍在持续沉降，说明用真空预压法处理深厚软土地基时，其主固结沉降速率渐趋收敛，而其次固结沉降亦不容忽视，尤其对工后沉降要求较高的软基而言。
　　K0+300断面分层沉降环埋设8个，其分层沉降时程曲线如图3所示。从图3可见，土体真空度传递较深，土体的沉降量主要发生在第5个分层沉降环(深度为12m左右)以上的土体中，这部分沉降占总沉降的85％，从而可见真空预压法处理软基的深度较大。
　　             
　　3.3水平位移
　　K0+300断面埋设水平位移监测管1个，其水平位移变化值和水平位移时程曲线如图4所示。真空预压处理软基具有一个明显的特点，其处理段的水平位移是向内的。从实测的水平位移来看，水平向位移在接近地表处最大，K0+300断面从1月5日开始抽真空以来至2月7日，水平位移达到88mm，从图4中可见，随深度的增加，水平位移急剧减小，这是由于受井阻等的影响，真空度在接近地表处最大，随深度的增加而递减。这里可以看出真空预压相比堆载预压而言有一个明显的优点：预压处理段的水平位移是向内的，真空预压的这个优点十分有利于保证地基土体的稳定。但另一方面，可能会导致真空预压加固区周围地基土体的开裂，对周围已有建筑物或构筑物需采取相应的防护措施。在本次工程中，附近其它设施，88mm的内向水平位移不会导致不良后果。
　　3.4孔隙水压力和土压力
　　根据要求，在A标真空预压区的3个监测断面布置了土压力盒和孔隙水压力计。每个断面3个土压力盒，4个孔隙水压力计(深度各为2、5、8、12m)，现场实测的土压力时程曲线和孔隙水压力时程曲线分别如图5、6所示。
　　                   
　　从孔隙水压力时程曲线来看，在抽真空阶段产生的超静孔压是负的，亦即孔隙水压力值随抽真空时间的持续增加逐渐下降并趋于稳定；另一方面这种变化的趋势随深度的增加反而趋于不明显：2m处孔隙水压力变化明显，5、10m处孔隙水压力变化规律就不是很明显。这是因为真空度在砂井传递过程中会出现衰减，特别是在没有打设塑料排水板或打设质量不高的土体中真空度的衰减十分明显。这也说明了在真空预压的施工过程中保证其施工质量的重要性。
　　4结语
　　(1)真空预压法具有加荷速度快、无需堆载材料、加荷过程中不会出现地基失稳现象等优点，使地基稳定性显著提高、工期明显缩短、工程造价降低。
　　(2)真空预压法处理软土地基的施工过程中需特别注意竖向排水体的打设、水平垫层的铺设、水平滤管的布设、塑料土工布、膜的铺设和密封沟的设置等。
　　(3)在真空预压法的施工过程中，须建立科学的监测方法，以有效地控制加载周期，确定预压及施工的最佳时间，是控制真空预压法施工质量的有效途径。
　　(4)真空预压处理软土地基时，水平位移是向内的，这一方面有利于处理软基的整体稳定，另一方面会引起周围地表面的开裂，影响到已建的建筑物和构筑物，需采取一定的措施加以防护。