真空預壓技術在公路軟土路基處理中的應用研究

徐曉偉

摘要：文章主要對真空預壓技術在公路軟土路基中的應用問題進行了研究，首先對常用軟土地基處理方法進行了比較，然后分析了真空堆載預壓法的基本原理，最后探討了真空堆載預壓法的施工實例。

關鍵詞：真空堆載預壓；軟土地基；公路路基

中圖分類號：U213 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）13-0066-02

1 常用軟土地基處理方法比較

1.1 軟土地基的工程性質

我國地域廣闊、地質結構復雜多樣，特別是在沿海地區以及內陸的湖泊地區存在著大量的軟土土質，這種土質一般具有強度低、滲透程度差、靈敏度高、壓縮性高以及孔隙比大等特點。這種地質結構給工程建設帶來了很大的困擾，特別是在地基處理中會面臨著許多難題，因此軟土路基的處理問題是軟土地質公路建設中一個非常關鍵的問題，處理的好壞直接影響著公路建設的質量。根據《公路工程名詞術語》中對軟土的定義，軟土主要指“天然含水量大、壓縮性高、承載能力低的淤泥沉積物及少量腐殖質所組成的土”，其主要成分有淤泥、淤泥土質和泥炭。從物理力學的角度來看，軟土具有以下三個特點：首先，軟土具有低密度、低強度以及高含水量等特點，具體而言，軟土的土體強度在10～30kPa之間，其含水量可以達到45%以上，孔隙比大于1.0；其次，軟土具有一定的結構性，當應力水平比較低時，軟土會展現出良好的力學特性，而當應力水平加大以后，就有可能產生結構性破壞，并且這種力學性質的惡化是不可逆的，在短期內難以恢復；最后，地表部分由于受風化、淋濾以及溫差等自然氣候的影響，往往會在軟土表面形成一層硬殼層，硬殼層具有高強度、高結構性以及低壓縮性等特點，在進行路基建設時可以充分利用硬殼層，避免使其破壞。

1.2 軟土地基處理方法比較

地基處理是公路建設的一個重要環節，并且投資比重很大，所以，科學地選擇地基處理方法，達到經濟、高效的目的是非常重要的，軟土地基處理的方法主要有以下四種：（1）堆載預壓法：該方法要求有良好的排水條件和必要的預壓期，如果遇到不均勻沉降等問題就會延長施工工期，導致工期的不確定，該方法的優點在于增強了土體本身的強度，使土體的抗環境擾動能力有所提高；（2）粉噴樁法：該方法是將水泥粉輸送至軟土層內部，并利用鉆頭旋轉向四周土體進行噴射，從而達到硬化軟土的目的，該方法施工振動小、噪音低、簡便易行，但是經濟性較差；（3）排水固結法：該方法主要通過加速軟土的水分排出來增加土體強度，具體的排水管道可以采用袋裝砂井、普通砂井、塑料排水板等，由于塑料排水板預壓法的預壓期較長，應盡量采用等載或超載預壓，這樣既能提高進度，又能改進加固效果；（4）真空預壓法：該方法利用真空負壓作為超載預壓荷載，屬于排水固結法的升級，能較好地解決常見堆載施工的缺陷，其具有造價低、材料省、無污染、質量穩定等特點。

2 真空堆載預壓法的原理分析

2.1 堆載預壓的原理

堆載預壓一般利用堆土和砂石料進行堆載，并采用總量分級加荷或超載的方式進行預壓，如果屬于超厚地基，在施工中往往會在地基內部搭設排水管道來縮短預壓時間，經過預壓處理，土體中的孔隙水會逐漸排出，孔隙體積也會逐漸縮小，這就自然會導致地基發生固結變形，從而地基的強度得到增強，土體的有效應力得到提高。

2.2 真空預壓的原理

真空預壓首先要在軟土表面鋪墊一層50cm左右的砂墊層，作為水平排水體，然后在軟土中打入砂井，作為豎直排水體，另外，將不透氣薄膜覆蓋在砂墊層上，并將薄膜四周埋入土中以便固定。在施工中利用砂墊層中的管道，將薄膜下軟土的空氣抽出，使其形成負壓，當負壓通過砂井傳遞到砂井周圍的軟土中，會促使軟土中的孔隙水通過砂井排出，從而提高軟土地基的強度。

2.3 真空堆載預壓法的分析

真空堆載預壓法顧名思義，就是將真空預壓技術和堆載預壓技術相結合，對公路軟土路基進行加固的方法。該方法的基本原理是通過抽真空產生負壓，并通過堆載產生正壓，將這兩種壓力相結合，加速了軟土路基中孔隙水壓力的不平衡，這種壓力不平衡會導致孔隙水通過豎向排水管道慢慢排出，使軟土土體的強度明顯提高，并發生固結變形。真空堆載預壓法有以下三個重要特點：（1）真空預壓中的壓力是球應力，這會促使軟土路基中的應力呈現為球應力增加，不用擔心填筑時的加載速度，真空壓力越大地基越穩定，并且有效地縮短了工期；（2）由于是真空和堆載雙重作用，路基土體的影響程度深、壓縮量大，將會大大降低工后沉降；（3）真空荷載所形成的軟土內部負壓，有利于軟土孔隙水的上升，從而加快路基土體的排水，提高固結速度。

3 真空堆載預壓法的施工實例

3.1 工程概況

某擬建公路所處地勢起伏，水網密布，以耕地、溝、塘為主，根據該地區的地質資料，該地區以粉土和粘性土為主，素填土廣泛地分布于地表表面，根據鉆孔勘探數據，整個工程場地土層分布較為均勻，淺層素填土以粘性土為主，局部有少量碎石，另外有一些根植土。淺層素填土下方存在厚度約11m左右的淤泥質粉質粘土，該土層具有高壓縮性、中等韌性、含水量大、空隙率大等特征，屬于軟土地基。

3.2 各項指標對比

由于該公路所處地段屬于典型的軟土地基，所以在該路段采用真空堆載預壓技術進行公路路基的施工，為了考察該技術的有效性，在施工前對土樣進行了含水率試驗、干密度試驗等試驗，并在施工完成半年以后，再次在原地取土樣，進行同樣的試驗。通過對各項指標的對比發現，預壓前后軟土路基的含水量有較為明顯的下降，在預壓前，各個取土深度的含水量基本都在40%以上，最大含水量達到47%，最低為37%；而在預壓之后，基本含水量都在40%以下，最大為39%，最低為32%；干密度也有所提高，預壓前干密度范圍在1.02～1.21g/cm3之間，預壓后范圍在1.41～1.49g/cm3之間。

3.3 監測數據分析

為了對施工路段的地基沉降變形情況進行實時監測，施工隊監測人員在監測斷面埋設了測斜管、分層沉降環、孔隙水應力計等設備，主要監測包括地基沉降監測、水平位移監測、孔隙水壓力監測等。根據檢測，在沉降方面，施工后半年最大沉降的沉降量為1524mm，斷面最大平均沉降為1413mm，有效地減少了后期的固結沉降；在水平位移方面，某斷面地表水平位移達到65mm，與之間隔100m的斷面水平位移達到61mm，這說明真空堆載方法可以避免路基發生剪切破壞；在孔隙水壓力方面，傳感器數據顯示從加載開始，各監測點的孔隙水壓力明顯下降，同時發現，由于停電等原因導致膜下真空度下降，砂井中的孔隙水壓力會立即變大。這說明真空產生的負壓力對孔隙水壓力作用明顯，從上述監測可以看出，真空堆載預壓法可以較好地解決軟土路基處理的難題，是比較理想和經濟的軟土路基處理方法。

參考文獻

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（責任編輯：周 瓊）