真空排水預壓加固高速公路軟基施工技術探究

王青城

(黔東南州交通勘察設計院)

0 前言

軟土地區在我國分布廣泛，大量的公路修筑在軟土地基上，軟土由于其含水量大、壓縮性高、承載能力低的不利特點，給公路工程建設帶來較大的影響和隱患。針對該問題，目前公路路基處理方法中常用的是堆載預壓法和復合地基處理等方法，但是這些方法較難滿足施工穩定、工期和工后沉降的要求，真空預壓法則在這些方面有著非常大的優勢。

1 真空排水預壓法的機理

真空預壓法處理地基時，首先在原地基表面鋪設一定厚度的砂墊層，作為水平排水體，然后在土體中打入袋裝砂井或塑料排水板(以下統稱砂井)，作為豎向排水體，再將不透氣的薄膜鋪設在需要加固的軟土地基表面砂墊層上，薄膜四周埋入土中。通過抽真空裝置產生負壓，再借助于埋設在砂墊層中的管道，將薄膜下土體間的空氣抽出，使其形成相對負壓，由于砂井滲透性較大，該負壓能夠傳遞到砂井中，并且在砂井和周圍土體之間形成孔壓差，使土體中的孔隙水流入砂井并被排出，以達到固結。

2 真空預壓進行排水固結施工要求

(1)加固區必須與外界大氣和加固區外土體有較好的隔水隔氣層。

(2)加固土體內必須有良好的真空壓力傳遞通道和排水排氣通道。

(3)必須有性能良好的、連續的抽真空設備，并保證固結期內膜下真空壓力滿足設計要求。

3 施工質量控制要點

(1)嚴把關鍵材料關。

真空排水預壓加固要取得良好的效果，關鍵的一點就是要保證真空預壓取得效果。換句話說，就是說要保證加固區有好的密封，真空度能盡快地、損失盡可能少地傳遞到垂直排水通道的深部，而實現這一點首要選好加固中所用的關鍵材料，它們主要是塑料排水板和密封膜。即要選擇通水量大的塑料排水板作為垂直排水通道和密封性好的密封膜。

(2)嚴格實施各道施工工藝。

真空排水預壓要達到預期的效果，主要材料嚴格選定后，從施工工藝來說，也要嚴格控制，因為真空排水預壓的工序都是環環相扣，每一環做不好都會影響真空度的大小，就會影響預壓的效果。這關鍵要把好鋪膜、密封溝挖填、膜上加載等幾個環節的施工控制關。

4 工程案例

4.1 工程概況

某高速公路既是省道主骨架，亦是國道主干線，在我國東南沿海地區的一條重要輔助線。施工區主要持力層為淤泥質飽和土，呈流塑狀，具有高壓縮性，厚度約13 m，地基承載力特征值僅為65 kPa;其下為淤泥，流塑狀，厚度約14 m，地基承載力特征值僅為45 kPa;基巖位于地表下40～50 m。采用真空排水預壓的方案加固地基。

4.2 施工內容

(1)施工一個垂直的和水平的排水通道，即施工塑料排水板和砂墊層。

(2)要施工一個使被加固地基與大氣隔絕的保證不透氣的密封層。

(3)要設置一套高效率的抽真空裝置，即在砂墊層內鋪設主管和濾管管網和在密封系統外安裝真空泵等設備。

(4)要設置一套保證能按設計要求進行施工的檢測系統。

4.3 砂墊層施工

根據設計要求，本工程的砂墊層總厚度為80 cm，其中密封膜以下砂墊層為40 cm，主要起水平排水和傳遞真空度的雙重作用。密封膜上的40 cm厚的砂墊層為保護密封膜設置的。砂墊層用砂質量要求:一般采用干凈的中、粗砂，其技術指標須滿足設計和規范要求，砂層的滲透系數不小于1×10-2cm/s，含泥質不大于5%。作為水平排水通道的砂墊層，厚度為40 cm，本次施工分兩層填筑，第一層先鋪填20 cm，整平，適當壓，經監理驗收合格后，按設計要求再鋪設第二層20 cm厚砂墊層。

砂墊層檢測要求及質量標準見表1。

表1 砂墊層檢測項目及質量標準

4.4 塑料排水板施工

4.4.1 塑料排水板施工工藝流程

塑料排水板施工工藝是真空預壓中的關鍵工序，直接關系到真空預壓的效果，須嚴格控制，按設計的間距、深度進行施工。

其施工工藝流程如圖1所示。

圖1 塑料排水板施工工藝流程

4.4.2 塑料排水板施工工序及要求

塑料排水板施工應在鋪設好第一層20 cm厚砂墊層后按下列步驟進行:根據樁位平面布置圖用經緯儀結合皮尺放出排水板板位并作出明顯標記，然后插板機定位，管頭對準板位，其偏差應控制在±30 mm范圍內;開機打插導管至設計標高，如果土層硬可采用振動插板機;如果還打插不下，則需先打引孔，然扣再打插導管;提升導管至砂層面以上0.5 m;剪斷塑料排水板，并按設計要求露出砂層面以上的長度一般不少于30 cm;旁站人員檢查合格后(記錄板位施工情況)，移動插板機至下一板位。

4.4.3 塑料排水板施工質量控制

(1)打插塑料排水板之前，先在插板機上按設計要求的板長作好刻度標記，有的塑料排水板上標有每米長度。打插過程中應注意控制導管的垂直度，偏差不大于1.5%。

(2)打插塑料排水板時，防止出現扭結、斷裂和撕破濾膜的現象。打插排水板時回帶長度不得超過50 cm，且回帶的根數不宜超過打插總根數的5%。驗收標準規定，回帶超過0.5 m要在旁邊重插打一板。打入地基的塑料排水板應為整板，當長度不足需要接長時，應先將兩根板頭濾膜剝開，使板芯直接相連，然后包濾膜扎緊，一般用騎馬釘上、中、下三個釘牢，搭接扎孔眼不要在同一排水槽中，搭接長度不小于20 cm(鐵路驗收標準規定，塑料排水板不得接長使用)。

(3)當一個塊段排水板施工完成，且驗收合格后，應及時用砂料填滿打插時在板周圍形成的孔洞，以免抽真空時密封膜在孔洞處懸空因吸力而被拉破。塑料排水板由板芯和濾膜組成，應具備單孔過水斷面大，排水暢通、質量輕、強度高、耐久性好。

4.5 抽真空系統

根據真空管網設計圖的尺寸，用經緯儀測定的里程及斷面樁，在砂墊層上面再用皮尺測放主、濾管位置，拉線撤白灰作標記，然后采用人工挖溝槽，溝槽寬0.25 m，深度應至第一層砂層面(即0.2 m深)，即主、濾管一般設置在水平排水墊層中部，保證管上有10～15 cm厚的砂覆蓋為宜。主、濾管管材:目前多用PVC塑料管。要求濾水管在抽真空預壓過程中能適應地基的變形差，能承受足夠的徑向壓力，而不出現變形。一般情況下，主管直徑為76 mm，濾管為50 mm。

濾管上設濾水孔，孔徑φ6～8 mm，孔間距8～10 cm左右(間距不宜太小，濾水孔孔徑亦不能過大，否則會影響整個濾管強度)呈三角形排列。濾管外設反濾布套，濾布套一般采用無紡土工布縫制而成，反濾布的滲透系數要達到設計要求即k≥5×10-4cm/s。縫制的濾布套長度應大于管長約0.3 m。一定要把濾管上的孔洞蓋住，再用細繩把濾布套兩端捆扎牢靠。當把濾管裝入布套之前，要清除管內、外泥砂，避免砂、泥等雜物留在管內，被吸入泵體會損壞泵葉。

4.6 密封系統

密封是真空排水預壓法成功與否的關鍵，因此，若采用真空排水預壓法，密封問題要高度的重視。

4.6.1 密封膜的技術要求

密封膜材料要選擇密封性能好，抗老化能力強，韌性好，強度大以及抗穿透能力強的薄膜，一般采用聚氯乙烯薄膜即可，密封膜技術指標應符合表2規定。

表2 密封膜的技術指標

4.6.2 鋪設密封膜的質量要求

加工密封膜的大小要考慮埋入密封溝的尺寸，一般每邊各加寬3～4 m，本區因表層填有碎塊石土，一定要埋在填土層以下的軟土層中;在砂墊層上先鋪一層90 g/m2無紡土工布。保護薄膜在抽真空時，被殘留在砂墊層的硬物刺破，鋪膜時不要拉得太緊，為地基下沉時留有伸展余地;在膜上放置沉降板時，應在板下墊一層土工布;抽真空前應詳細檢查，遇到有孔洞漏氣和粘接不好的地方必須及時補好。

4.6.3 密封溝

密封溝是指在加固區四周挖一定深度用于埋設密封膜的溝槽。溝深視表層土層情況而定，本工程設計為1～2 m，但不能埋在填土層中，挖溝時要注意清除土層中的植物根系。溝壁要平整、薄膜埋入溝底、溝內用粘土回填密實，土中不得夾有石子、瓦磚。回填粘土要濕潤，并用人工踩實。確保密封系統不漏氣，經驗查確認沒有漏氣后，方能向溝內復水。

5 結束語

真空排水預壓法是一項比較新的加固軟土技術，適用于軟土路基。采用真空排水法應盡可能早地完成路基填筑，以保證真空和堆載的聯合作用;真空泵應連續工作，并保持真空荷載不變，這樣可以在較短時間內提高地基的固結度。

［1］ 許佳揚.淺談影響真空排水預壓加固效果的因素［J］.江蘇建筑，2012，(3):22-24.

［2］ 洪寶寧.塑料排水板在真空預壓加固軟基中的作用［J］.廣州大學學報，2002，(2):12-13.

［3］ 張雯靜.真空排水預壓加固施工技術要點探究［J］.科技創新，2008，(7):20-21.