真空聯合堆載預壓技術在工程實例中的應用

摘要：真空聯合堆載預壓，是在真空預壓法和堆載預壓法基礎上演化而來，兩者均屬于排水固結法；兩者聯合施工，通過真空壓力（負壓）及堆載壓力（正壓）雙重作用對深厚軟土地基進行有效處理，在不平衡水壓力下，土體中孔隙水及氣體通過豎向排水系統順勢排出，從而達到軟土固結效果。

關鍵詞：真空聯合堆載預壓；排水；固結

一.前言

1952年瑞典皇家地質學院教授W.Kjellman提出真空預壓理論，1957年美國費城機場跑道修建中應用，1980年我國天津新港首次應用，1983年我國開展真空-堆載聯合預壓法研究，近年來真空-堆載聯合預壓法廣泛應用于各種軟土地基處理工程中。

二.施工原理

真空聯合堆載預壓法是在需要加固的軟土地基區域鋪設砂墊層，四周采用雙排攪拌樁施做密封墻，同步插打垂直排水通道（砂井或塑料板排水板），再在砂墊層頂面鋪設密封膜使其與大氣隔絕，密封膜四周壓入密封溝中形成密閉結構，通過砂墊層內埋設吸水管道，用真空泵進行抽氣，使其形成真空負壓（見圖1）。當抽真空時，在砂墊層、塑料排水板通道先后形成壓差，在此壓差作用下，土體中的孔隙水不斷由排水通道排出，從而使土體固結；同時在砂墊層上再分層堆載，與抽真空共同作用，加速土體中孔隙水壓力的消散及土體固結。

圖1真空預壓示意圖

三.適用范圍

本工藝適用于含水量高、孔隙比大、強度低、滲透系數和固結系數小的粘性土和淤泥質粘土；可用于公路、市政、鐵路等軟土地基加固。

四.工程實例

Y-N城市輕軌工程車輛段位處稻田、香蕉田淤泥地段，軟土淤泥深厚，達16-19米，含水量大，塑性指數高，滲透系數小，承載力極差，通過經濟比選分析，其中8.2公頃采用真空聯合堆載預壓法進行軟土地基處理，根據地形分4個區域施工，現選其中F區域（3.1公頃）為例，對其詳細的施工環節及控制要點進行敘述。

1、砂墊層施工

場地平整，清理腐植雜物，然后鋪設50cm厚具有良好滲透系數的粗砂墊層，攤鋪整平。

砂墊層中要注意清理含尖棱石子和貝殼等易刺穿密封膜的雜物。

2、密封墻施工

密封墻采用膨潤土攪拌樁，兩排布置，樁徑采用700mm，搭接長度為200mm，密封墻的寬度為1.2m。密封墻打設深度務必要穿透淤泥層，滿足密封性要求，隔斷地下水氣連接；此步工序至關重要，一定要嚴控泥漿配合比及施工操作。

密封墻施工完成后選擇幾處鉆芯取樣室內檢測及現場插管滲水試驗，以檢測密封墻密封性。

3、排水板施工

排水板間距1.1m，正方形布置。排水板沉管前末端設置薄鐵片板靴，以防拔管時回帶。拔管后排水板露出墊層30cm左右；拔管后基底會有大量氣體及淤泥上涌，經過日曬，淤泥成塊后清理干凈，并將外露排水板埋入砂層。

排水板的打設深度一定要滿足設計要求，既不能太淺也不能太深。打設太淺，處理層排水不足，真空度不佳，固結度難就難以達標；打設太深，穿透處理層，直接進入底下透水層，則透水層排水直接到地面，同樣影響處理層固結度。

4、監測施工

埋設完塑料排水板后安裝監控系統，包括：地面沉降量，分層沉降量、真空壓力、孔隙水壓力、水平位移觀測以及地面水平位移觀測。

5、布真空管

將砂墊層挖深10~20cm溝槽，布設真空管。真空管分為主管和濾管，均為PVC硬塑料管，主管通徑為Φ75mm，濾管通徑為Φ63mm；主管和濾管布置為魚刺形，采用三通、四通及軟接頭套接；濾管鉆小孔，制成花管，外套無紡土工布，防止雜物進入管道。

6、鋪土工布與真空膜

第一層土工布鋪設于平整的砂墊層上，第二次土工布在試抽完成后鋪設于兩層真空膜之上，均作為真空膜的保護層。

真空膜采用2層聚乙烯或聚氯乙烯薄膜（整張訂制），在無風天氣人工分層鋪設，覆蓋整個單元并超出周邊5m；膜體周邊埋入密封溝（溝深＞1.5m）內，用土回填密封溝并壓實，超出部分采用袋裝粘土及摻膨潤土粘土回填壓實。

監測設備需破膜外露，對于真空膜破口處做好密封，杜絕漏氣。

7、出膜連接與抽真空系統安裝

抽真空設備主要包括出膜裝置和真空射流泵。出膜處安裝閥門，通過鋼絲膠管連接至射流真空泵（功率＞7.5kW，抽真空能力＞95kPa）。各部位連接必須牢固，密封可靠；且應預留備用泵。

8、試抽真空

兩層真空膜施工結束后即進行試抽真空直到膜下真空壓力穩定保持在80kPa以上，在試抽過程中檢查整個加固區，如膜上發現有孔洞要及時粘補。試抽真空壓力達到穩定值后進行第二層土工布施工。

9、正常抽真空

試抽達到要求后（膜下真空度穩定在80kPa以上）可轉入正常抽真空階段；現場配備足夠的發電機，保證持續電源，以便80%真空泵量正常運行，維持真空壓力≥80kPa，持續不斷。

10、堆載預壓

連續抽真空15天，地基沉降速率不大于30mm/d，同時沉降速率相對穩定且逐步下降，即可對堆載預壓層分層填筑、壓實。

堆載第一層鋪設厚度控制在50cm左右，采用細粒土，先人工攤鋪，再機械緩慢逐步推進，以免戳破密封膜；其它堆載在持續不斷抽真空前提下，按要求完成設計量。

11、真空卸載

真空預壓卸載條件：真空堆載聯合作用時間滿足設計計算要求；實測地面沉降速率連續5天平均沉降量≤2mm/d；ASAOKA法根據實測數據判定的地基土層固結度達到 ≥ 90%。

12、工后檢測

加固工作結束后，進行原位測試及取樣試驗，以獲得對比數據評價地基處理效果。

原位試驗包括：靜力觸探試驗（可測孔隙水壓力）CPT、十字板剪切試驗（VST）以及靜載荷試驗。

室內試驗：在鉆孔內每隔2m取一原狀土樣以及進行一次標準貫入試驗（SPT）進行土的物理力學性質試驗（重度、含水量、孔隙比、壓縮系數、變形模量）。

13、工程效果

F區域經過140天的真空聯合堆載預壓，真空壓力一直保持80KPa以上；工后總沉降量為1.69m，沉降速率連續10天為1.21mm/d；孔隙水壓力穩定，軟土固結效果明顯；水平傾斜位置沒有變化，地基明顯穩定；采用 Asaoka法分析地基固結度為 99.5%，其它各項試驗檢測項目結果均滿足設計要求。

五.總結

真空聯合堆載預壓法是真空預壓法和堆載預壓法的良好結合，既解決了真空預壓法的荷載不足問題，又解決了堆載法手段單一，耗時長的弊病，同時經濟適用，便于操作，在造價、工期、效果、環保等方面具有較大的優越性，是一種實用、經濟、適應性廣的大面積軟基處理的有效方法，在軟土地基加固處理中具有廣闊的應用前景。

參考文獻：

[1]TB10001-2005鐵路路基設計規范．北京：中國鐵道出版社，2005

[2]JTS147-2-2009真空預壓加固軟土地基技術規程.北京：交通出版社，2009

[3]JST206-1-2009水運工程塑料排水板應用技術規程.北京：交通出版社，2009