真空聯合堆載預壓法在高速公路建設中的應用

徐 哲

我國沿海及長江中下游、珠江三角洲等地區廣泛分布著大量近代沉積的軟土地層，這種軟土地層具有含水量高、孔隙比大、滲透性差、強度及承載力低等特點，具有明顯流變性和一定的結構性。隨著經濟的高速發展，近年來我國高速公路建設的發展迅速，將不可避免地要在軟土地基上修建越來越多的高速公路。要在軟土地基上修建公路，必須解決好兩個方面的問題:1)路基要有足夠的穩定性;2)工程完工后，路基沉降穩定。否則會直接影響路基填筑和路面工程的質量，出現路基滑轉、路面沉陷、橋頭跳車等質量病害。近年來，真空預壓被逐漸應用于高速公路軟基處理中，真空預壓與路基堆載相結合后，便形成了真空堆載聯合預壓。此方法造價低、工期短、節省土方、加固效果有保證。

1 真空聯合堆載預壓加固機理

真空聯合堆載預壓實際上是真空預壓法和堆載預壓法的聯合。通過室內試驗和有限單元法分析，表明地基在負壓條件下進行堆載，正負壓共同作用下效果是可以疊加的。真空聯合堆載預壓是在真空預壓的基礎上利用路基填筑施加外載，增加總應力，增加軟土中孔隙水壓力，加大軟土與排水通道中的孔隙水壓力差，在此壓力差和堆土荷載的聯合作用下，土體中的孔隙水不斷排出，加快軟土排水固結，直至達到預期目的。同時由抽真空引起的負超靜孔隙水壓力和堆載引起的超靜孔隙水壓力可以產生部分抵消應力，使土體在快速堆載時不致產生過高的超靜水壓力，從而也保證了工程施工時土體的穩定，提高地基的承載力。

2 施工工藝及方法

1)鋪設砂墊層和打設塑料排水板。在原地面清表壓實后攤鋪厚30 cm砂墊層，在施工前要對砂料進行嚴格檢測，要求含泥量不大于5%;豎向排水體采用寬10 cm、厚4mm B型板，芯板不容許采用再生塑料。呈梅花形布置，間距為 1.0 m，打入深度為20m，施工時要注意控制回帶長度，回帶長度不得大于 50 cm。

2)安設濾管和真空泵。真空濾管采用φ76 mm硬質透水管(硬聚氯乙烯或聚丙烯管)壁厚2.9mm，打孔加工后包土工織物濾水管層，并捆扎結實，濾水層應只透水氣不透砂。全部濾管均埋入砂墊層內，施工時要注意濾管的間距和連接的緊密性。真空泵功率為7.5 kW，約1 000m2布設一臺。

3)鋪設密封膜。應先清除砂墊層表面雜物，并人工細平砂墊層。待埋完真空表測頭及其他觀測儀器后，人工鋪設密封膜。密封膜采用三層聚乙烯或聚氯乙烯薄膜，密封膜質量必須符合設計要求，密封膜要求在工廠熱合一次成型，若現場搭接，搭接寬度不得小于 2m。封膜采用兩層土工膜，人工鋪設第一層土工膜，認真檢查是否有漏洞并進行及時修補，再鋪設第二層土工膜，最后用黏土回填密封溝。鋪密封膜是本工程的關鍵工序，質量好壞直接影響加固效果，防止密封膜的損壞。

4)抽真空、進行膜上堆載。把濾水管通過出膜器與真空泵連接后，就開始抽真空。抽真空后，加固區膜下真空度會持續上升，當真空度達到并維持在80 kPa以上時，即進入了正常真空預壓階段。在進行堆載前應在密封膜上鋪設無紡土工布和砂墊層，防止填料刺破密封膜。正常抽真空 10 d后，可進行路基填筑施工;第一層填料應采用細料，路基填筑速度不應過快，嚴格按照沉降情況進行堆載施工，防止加荷速率過快發生路基失穩現象。

3 工程概況

某濱海高速 K17+040～K17+374路段由于受工期的嚴重制約，經變更改為真空聯合堆載預壓法處理軟基，處理面積約2萬m2。

1)設計計算參數。a.路基橫斷面:計算行車速度100 km/h，路基頂寬26m，行車道和硬路肩橫坡為2%，土路肩為3%，邊坡坡率為1∶1.5，路堤邊坡坡腳寬1.0m護道，其外側設置邊溝。b.路基的重度，平均取20 kN/m3，路段填土高度5.0m。c.固結度取值為70%。

2)監測內容。施工監測主要包括真空度，地下水位，地表沉降量，水平位移，孔隙水壓力等觀測。

3)荷載情況。整個加固區的預壓荷載包括真空荷載和堆載荷載。真空預壓區于 2009年 6月 30日正式抽真空，2009年 7月11日膜下真空度達到 80 kPa，并開始進行堆載聯合預壓，2009年8月 30日堆載施工全部結束，堆載厚度約為 5m為等載預壓，至2009年 11月 11日，真空預壓歷時為 135 d。

4 加固效果分析

1)水平位移分析。根據現場觀察量測結果最大水平位移發生在地表處，最大水平位移量為 42.04mm，影響深度約為 8m。在抽真空初期，由于真空負壓的作用，土體的水平位移均向區內變化，對地基的穩定來說，是處于安全狀態。在進行堆載施工時，土體位移在荷載厚度不斷增加的過程中，有向區外變化的趨勢，但變化速率較小。在堆載高度達到設計要求后，雖然最大水平位移仍向區內變化，但深度 2 m以上的土體位移已完全向區外變化，而深度 2m以下的土體位移雖仍向區內變化，但其數量明顯減小。

2)孔隙水壓力。在抽真空的初期，孔隙水壓力數值迅速減小，孔壓的消散速率很大。在進行堆載施工期間，隨著荷載厚度的不斷增加，孔隙水壓力也隨著增大。以后在真空聯合堆載預壓期間，隨著時間的推移，孔隙水壓力漸漸減小，但消散速率不大。

3)沉降量及固結度。a.沉降量。地表沉降觀測，在抽真空初期，沉降率很大，曲線較陡，地基土固結效果明顯，期間最大速率達到43mm/d。在進行堆載施工期間，隨著荷載厚度的不斷增加，地表沉降測點出現一個沉降速率較大的過程，最大沉降速率為28.0mm/d，但加荷結束后沉降速率很快變小。b.固結度。利用地表沉降量，從實測沉降曲線上可以推算最終沉降量，從而求得地基土的固結度，見表1。

表1 各測點的沉降量與固結度

4)指標評價。a.抽真空初期，真空度上升較快，后期變慢，基本趨于平穩，說明在整個真空聯合堆載預壓過程中，地基是穩定的。b.抽真空效果是非常明顯的，自 2009年 6月 30日正式抽真空起，至2009年11月11日歷時135 d，地表沉降296mm～799mm，平均沉降489mm。c.根據沉降曲線推算平均固結度均為73%，均滿足設計要求的停止抽真空的條件。d.采用真空聯合堆載施工方法，比僅堆載預壓施工工期提前 4個月。

5 結語

真空聯合堆載預壓法在本工程的應用中，各項指標均滿足設計和規范要求，說明在高速公路建設中采用真空聯合堆載預壓法是切實可行的，并能取得很好的加固效果。采用此法來處理深厚軟土地基相對于等超載預壓、粉噴樁等加固軟基的傳統方法而言，具有加固效果明顯、造價低、縮短工期等優點。

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