真空聯合堆載預壓法在東海島鐵路地基處理中的應用探析

王海寧，李 鵬

（1.中鐵六局集團廣州工程有限公司，廣東廣州510000；2.中鐵工程設計咨詢集團有限公司鄭州設計院，河南鄭州450000）

真空聯合堆載預壓法在東海島鐵路地基處理中的應用探析

王海寧1，李 鵬2

（1.中鐵六局集團廣州工程有限公司，廣東廣州510000；2.中鐵工程設計咨詢集團有限公司鄭州設計院，河南鄭州450000）

以東海島鐵路工程為代表的沿海地區海相、濱海相地區鐵路建設發展迅速，該類軟基處理為鐵路建設的重點，也是保證鐵路運營安全的關鍵，如果軟土地基處理不當，不僅變形量大，而且需要延續較長的時間才能完成[1]，甚至引起路基失穩破壞。這些都會對鐵路的整體質量和整個鐵路工程的施工進度產生負面影響，因此軟基處理是需要大家高度重視的環節。研究表明真空聯合堆載預壓法在處理類似深厚軟基過程中效果十分顯著，地基沉降隨孔隙水壓力變化十分敏感，隨著孔隙水壓力的逐漸增大，地基沉降先顯著增大后逐漸趨穩，可見孔隙水的滲出過程中地基強度在逐漸提高。

沿海地區；軟基處理；施工技術；沉降；真空預壓；堆載預壓

1 引言

隨著我國鐵路事業的快速發展，我國沿海地區的鐵路工程建設取得了較大的進步，沿海地區是我國經濟最發達地區，針對沿海地區特有的軟土地質結構，鐵路建設的質量將直接影響我國的經濟發展，而保障鐵路使用性能的關鍵就是對沉降的控制，一般而言施工期間的沉降對鐵路的使用性能影響較小，具有顯著影響的沉降包括：①路堤基床在列車荷載下的彈塑性變形；②基床以下路堤因自重產生的壓密沉落；③地基在荷載作用下的沉落[2]。因此軟土地基沉降變形必須嚴格控制，軟土地基應合理選用加固措施。基于此，本文主要針對東海島鐵路Ⅱ標段軟土路基探討了東海島地區的軟基處理措施。

2 概述

基于東海島地區主要的海相、濱海相淤泥和淤泥質軟土地質結構，軟基處理主要施工項目有真空聯合堆載預壓、CFG樁復合地基、水泥攪拌樁、高壓旋噴樁以及長短組合樁（CFG樁與攪拌樁結合）等多個種類。軟基處理施工總體布署具有工期短、工程量大的特點，沿海地區的工程場地水域眾多，工程施工組織的過程中，必須合理的劃分好施工流程，組織好勞動力、機械設備、材料物資、周轉資金等資源配置。同時必須結合現場實際情況，安排好雨季和臺風來臨季節的施工，尤其要處理好各工序之間的施工銜接以及施工監測與第三方檢測之間的關系；制定切合現場實際情況的施工組織措施，確保工程工期和質量。由于沿海工程所處位置的軟基大多位于水域地區，相應軟土工程特點主要為：含水率高、孔隙比大、強度低、壓縮性差。因此，在正式施工之前應該先采取填砂措施，待工程所在地基本平整后才可以正式開展施工工作，需要將施工場地內存放的填筑砂、石、土方等外運到軟基處理位置，因此在開展施工工作前應該修筑施工道路便于施工設備、施工材料進入施工現場。經過調查，沿海地區鐵路工程中采用的軟基處理方法基本上都是真空聯合堆載預壓，只有在局部地區可能使用攪拌樁密封墻及CFG樁施工方法，這些施工方法需要長時間用電并且用電量較大，在進行施工之前必須采取措施保證施工的用電安全性，并且要保證配電容量能夠符合工程的實際要求。

3 工程中所采用的施工方案及施工工藝

3.1 真空聯合堆載預壓+CFG樁復合地基概述

針對東海島鐵路DDK27+500-600段深厚軟基工點，設計采用真空聯合堆載加CFG樁復合地基處理。

3.1.1 工點概述

該工點主要為村莊，局部為蝦池，地表主要分布為粉砂，淺黃色，松散-稍密，潮濕飽和；地層中上部分布為淤泥質粉質黏土，褐黃色、軟塑；底層分布有軟黏土，灰色，軟塑-硬塑。填土高度在8.3～8.5m，天然地基承載力較低，不滿足建設需要。出于經濟和安全的考慮，設計思路為：先采用塑料排水板及堆載預壓，初步處理軟基，達到排水和提高強度的目的，然后用中間長，兩側短的CFG樁進行地基加固。

3.1.2 設計主要技術指標

①施工流程：場地整平-打設塑料排水板-埋設真空設備-鋪設砂墊層-抽真空-預壓6個月-打設CFG樁-填筑路基；②塑料排水板正三角形布置，間距1.2m，見圖1，CFG樁正方形布置，樁徑0.5m，間距2m，短樁9m，長樁15m，見圖2。

圖1 塑料排水板布置圖

圖2 CFG長短樁半路基結構布置圖

3.2 主要施工工藝介紹

3.2.1 真空預壓法概述

真空預壓法包括排水系統、抽真空系統、密封系統三個環節，環環相扣缺一不可。在該工程當中施工場地的范圍內大多都是廢棄蝦池，需要采取措施將場地內的雜草、垃圾清除，采取地面整平措施直至場地內地面的最大高差不大于300mm方可進行下步操作。其次，在該工點軟基表明鋪好砂墊層，打設塑料排水板、埋設濾水管，再在砂墊層上鋪設不透氣的塑料薄膜，利用鋼絲橡膠軟管將濾水管與真空泵連接，利用真空泵將密封膜下殘留空氣抽出，膜下空氣排出的過程壓強逐漸減小，而地基深處仍為大氣壓，兩者形成壓力差，將土體空隙中的部分水、氣體抽出，使土體產生固結而加固[3]。

3.2.2 砂墊層

沿海地區的工程會穿過魚塘、泥潭地等復雜地形，在這些地區塑料排水板用途較廣泛，一般正式施工前都經過了初期的吹填處理，但是簡單的吹填處理后土壤的初期承載力較低，在吹填層上進行砂墊層施工時，需要與現場實際情況相結合，本項目砂墊層采用中粗砂，含泥量不大于5%，滲透系數不低于0.02cm/s以保證水平排水效果。在鋪設砂墊層時應該時刻觀察、布置、埋設觀測點保證整個鐵路工程的施工質量，這就大大提高了工作效率。

3.2.3 塑料排水板施工

按照工程的設計要求，該項目塑料排水板選用SPB100系列整體式B型塑料排水板來進行軟基處理，打設深度20m，間距1.2m，梅花形布置，打設垂直度偏差在1.5%以內，每根回帶長度不超過50cm，否則應重新打設。塑料排水板進入砂墊層長度不小于30cm，現場施工時局部地基有較硬夾層時，塑料排水板打設困難，應采用引孔法輔助。塑料排水板現場施工情況見圖1。塑料排水板法之所以在處理深厚軟基領域，具有極廣泛的用途，主要是因為單價較低，排水效果更好，這一技術的發明無疑是對工程建設領域的重要貢獻。

3.2.4 密封溝布置與密封膜施工要點

按照設計圖紙中密封溝設置要求進行施工，即密封溝環繞本工點，深度不小于1.5m，并挖至黏土層，然后壓入密封膜，保證密封膜深入黏土不小于0.5m，以及密封膜無破損，最后回填黏土，確保密封性良好，見圖3。

圖3 施工現場照片（自左往右依次為開挖密封溝、慮管連接、埋設孔壓計、布設密封膜）

3.2.5 真空慮管設計技術指標及施工要點

真空慮管選用加筋PVC塑料管，主管直徑75mm，支管直徑50mm，要求PVC管材的強度能承受400kPa的壓力。主管間距25m左右，慮管排距6m左右，最外層濾水管距場地邊緣距離為2～5m。主管和支慮管間用變徑三通和四通連接，見圖3。支慮管管壁按正三角形開慮水孔，孔徑8mm，孔距50mm，打孔后外包250g/m2的無紡土工布濾膜，濾水管外繞3mm鉛絲，再套上用土工布縫合的反慮布套，并綁扎結實，以便只透水不透砂。整個管網連接好后，即可挖砂溝埋設整個管道于砂墊層內，塑料管應蛇形埋設，以適應地基不均勻沉降。

3.2.6 埋設相關孔隙水壓力計

空隙水壓力計埋設見圖3。遵循鉆孔-投放空隙水壓力計-回填黏土-初始讀數調零-讀數儀監測。同一鉆孔可埋設4個深度不同的孔壓計，以監測地基不同深度處空隙水壓力。其中回填的黏土應人工搓球，直徑不大于2cm。

3.2.7 真空泵布設

射流式真空泵是常用的真空泵，該真空泵的電機功率為7.5kW，當進氣孔處于封閉狀態時，真空泵所具有的真空壓力大于96kPa，膜下真空度應該保持在80kPa以上，真空泵應配備經過標準計量部門檢測合格的真空表、止回閥等部件。應該盡量將其布置在加固區域四周。工作人員應該尤其注意的是必須采取措施保證放置位置的準確性，保證連接位置的密封性，完成安裝后應該及時進行調試，檢查安裝質量，做好抽氣準備。將其和抽真空設備接通，設備正式運轉前必須請監理工程師到現場按照規范進行驗收，保證每一真空范圍都有足夠的備用真空泵。

3.3 監測數據分析

本工點按每天1～2次頻率監測，因為時間尚短，目前采集到的數據只是真空預壓階段，僅以這兩個月內數據做分析來探討地基沉降與孔隙水壓力的關系。將監測數據繪制如圖4所示。

圖4 沉降與真空度關系曲線

由以上地基沉降與真空度的關系可知：①地基沉降變形與相關真空負壓成正比例變化；②淺層孔隙水壓較小，是因為淺層不可避免會存在漏氣現象；③深層孔隙水壓值為正，這說明抽氣泵負壓的傳遞隨距離衰減明顯，上部土層在負壓作用下沉落，擠壓深層土層，孔隙水壓反而為正值；④地基沉降在抽氣第20天左右時驟然增大，這時地基空隙水壓力也達到峰值，隨后沉降逐漸減小，這是因為孔隙水壓力引起地基沉降的過程中，地基孔隙水逐漸滲出，地基強度逐漸提高，沉降趨穩。

4 結論

（1）隨著抽氣泵臺數的增大，地基孔隙水壓逐漸提高，然后趨于穩定；

（2）地基沉降隨孔隙水壓變化敏感，基本成正比變化；

（3）地基不同深度空隙水壓力以中部地基數值最大，表層不可避免有漏氣現象，底層因深度過大，真空度傳遞困難；

（4）真空預壓法處理軟基效果顯著，兩個月的地基沉降即可達到30cm；

（5）隨著真空度的增大，地基沉降先增后趨穩，表明地基孔隙水壓力增大的過程中，地基孔隙水逐漸滲出，地基強度顯著提高。

隨著我國社會經濟的發展，我國的各行各業都取得了較大的發展，鐵路工程的發展速度尤其快，快速發展的鐵路工程促進了我國城市化水平的提高，以東海島鐵路為代表的沿海地區是我國經濟較為發達的地區，沿海地區的鐵路工程建設過程中軟基是一項較為突出的問題，如果沒有采取有效措施進行軟基處理就會對沿海地區的鐵路工程的施工質量產生負面影響，希望通過本文的研究能夠促進沿海地區軟基處理技術的進步，繼而促進整個行業的發展。

[1]鐵道第三勘察設計院集團有限公司.《高速鐵路設計規范（試行）》（TB10621-2009）[S].北京：中國鐵道出版社，2010.

[2]張敏靜，羅 強，等.高速鐵路穿透型CFG樁復合地基沉降計算修正系數研究[J].巖土力學，2013（2）：519～525.

[3]趙鳳岐.真空聯合堆載預壓法處理軟基監測、數值模擬與沉降預測[D].河北工業大學，2012.

U416.1

A

2095-2066（2016）33-0198-02

2016-11-17

王海寧（1989-），男，助理工程師，大專，主要從事鐵路工程施工工作。