真空聯合堆載預壓法的設計及應用探討

唐江龍

(廣西翔路建設有限責任公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

我國分布著較大范圍的軟土地基，其特點為：低強度、大壓縮性、大含水量，難以滿足工程建設的需要。而隨著國民經濟的發展，港口、工民建、市政道路、機場跑道等大量構筑物需在軟土地基上修筑，因此，必須對軟土地基進行處理以滿足各項工程實踐要求。

1 方法簡介

真空聯合堆載預壓法在1952年由瑞典教授杰爾曼(w.Kjellman)提出，經眾多科研人員潛心研究、在施工材料與機械不斷發展的條件下，直到20世紀80年代才日趨完善。該方法適用于含水量高、強度低、壓縮性大的一般軟黏土地基，具有施工周期相對較短、固結速度相對較快、強度高、施工過程中不易產生滑移等特點。

2 加固原理

真空聯合堆載預壓法是將真空預壓和堆載排水固結聯合使用的方法，該方法加固地基的目的主要有：(1)為消除完工后地基沉降變形而加速施工期的沉降變形；(2)為增加地基在建設期和完工后的穩定性及地基承載力而提高地基強度。

真空聯合堆載預壓法是在需要加固的地基內設置排水通道(一般采用砂井或塑料排水板)，然后在地面鋪設砂墊層，砂墊層上部加載，以增加土中的附加應力；同時與大氣隔絕(一般在砂墊層上覆蓋密封膜等不透氣材料)，通過排水通道縮短孔隙水的排出途徑，用真空裝置進行抽氣，排出膜內空氣，借助大氣壓力，同時在堆載預壓下，兩者聯合發揮作用，加快土體固結收縮。

3 設計與計算

3.1 設計參數的確定

3.1.1 最終沉降近似估算

真空預壓最終沉降δ∞可表示成式(1)：

δ∞=CμCACHHCβqJs(∞)

(1)

式中Cμ——泊松比修正系數；

CA——加固區面積修正系數；

CH——砂井長度修正系數；

H——砂井長度；

Cβ——加固區長寬比修正系數；

q——膜下真空壓力；

Js(∞)——柔面函數穩定值。

粘彈性土路基可采用麥欽特模型模擬計算：

(2)

若采用彈性土體：

(3)

3.1.2 固結度的計算

計算得出最終沉降結果后，位移時程曲線可由變形比R求得。

如充分考慮涂抹和井阻影響水平和豎向滲流共同作用，一般采用麥欽特模型計算，地基內總平均固結度U計算公式可表示為式(4)：

(4)

變形比R的計算公式可表示為式(5)：

(5)

式中：γω——水的重力密度；

kv——原狀黏土豎向滲透系數；

kh——水平向滲透系數；

re——單井有效排水區半徑；

f——井徑比和涂抹影響函數。

ks——涂抹區滲透系數；

kw——砂井中滲透系數。

其余符號同上。

3.2 設計步驟

真空聯合堆載預壓處理地基設計計算方法為：

(1)根據地質勘察報告提交資料確定各種計算指標及參數；

(2)根據項目沿線材料供應情況，確定砂井情況(砂井類型、半徑、滲透系數等)；

(3)根據初步確定膜下真空壓力q值，初步確定堆載預壓荷載值(堆載填土高度)；

(4)確定砂井長度和加固深度；

(5)計算確定最終沉降；

(6)計算確定砂井間距或真空歷時；

(7)校核沉降計算結果。

4 工程實例

4.1 工程地質概況

某道路穿越河口淤積平原區，該區域地面坡度平緩，高程在0.4～3.0 m，最低為0.0 m，河溝縱橫，多為魚塘，少量農田、耕地。地層上部結構為河口三角洲沉積的軟土淤泥和淤泥質土，下部為風化殘積土，基底為古生代寒武系變質砂巖，中生代侵入花崗巖分布其間淤泥、淤泥質土呈流塑—軟塑狀，擾動易失水離析，具含水量高、壓縮性高、靈敏度高、欠固結、低承載力等特點，工程性質較差。

工程地質評價該段路基其上部濱海相淤泥屬不良地基土，據其物理力學特征，具有壓縮性高(a1-2≥0.5)、靈敏度高(St為4.0～8.2)、欠固結(Pc

經初步測算，采用水泥攪拌樁處理地基價格約175元/m2，真空聯合堆載預壓處理地基價格約135元/m2，結合本項目地形、造價等綜合比選，設計擬采用真空聯合堆載預壓法進行地基處理。

4.2 工程處理及施工要求

(1)施工應嚴格按照相關規范規定的要求進行。

(2)施工前應先排除地面水，后平整場地。場地平整遇有起伏地面時，為更好排除地面及地下水，應將原地表削成一斜面。場地平整后再填筑墊層(一般采用砂礫石，厚度不小于設計規定值)，埋設塑料排水板和排水濾管(坡腳采用漿砌片塊石護腳以方便排水同時預防墊層細粒顆粒流失)。

(3)為保證排水效果，砂礫石墊層所用天然砂礫料須級配良好、最大粒徑≤50 mm、無雜質、含泥量不得大于規范規定值。同時砂礫石在施工過程中應避免引起軟土隆起或過大擾動。

(4)埋設塑料排水板時按要求呈正三角形布置，嚴禁出現扭曲、斷裂等現象，其間距尺寸按設計規定埋設(誤差≤15 cm、垂直度≤2.0%)，埋設深度不小于設計值，表露墊層上的塑料排水板長度≥20 cm。

(5)縱橫交錯埋設排水管，排水管埋設深度不小于設計值，同時主管應預留連接真空泵空間。在埋設排水管的同時埋設孔隙水壓力儀、測斜儀、沉降標等監測儀器。

(6)路基應按規范要求分層填筑，時間不得小于設計規定值。填筑時嚴格按設計要求進行觀測，以便指導施工時的填筑速度，避免失穩造成路基剪滑破壞。以路基中線沉降速率、路基坡腳水平位移速率為控制標準(不大于設計規定值)。超過設計規定控制標準時，應立即停止填筑，及時通知監理單位、建設單位和設計單位。實際觀測路基沉降穩定(觀測時間及沉降量不大于設計規定值)后方可進行路面施工。

(7)路基處理完成以后，方可進行路基邊坡、排水及路面底基層的施工。

4.3 加固效果

經真空聯合堆載預壓處理6個月后，實測地基承載力特征值達到80 kPa，地基承載力極限值達到160 kPa，滿足設計要求。實測最大沉降值為78.5 cm(小于設計規定90 cm)，實測工后沉降2.6 cm(小于理論工后沉降9.4 cm)。

5 結語

(1)真空聯合堆載預壓法加固地基具有良好的經濟性，較其它處理方式節約投資約20%。

(2)真空聯合堆載預壓法加固地基工期短，6個月后地基承載力就能滿足設計要求；而其它處理方式一般要10～12個月時間。

(3)真空聯合堆載預壓法加固地基有良好的加固效果，實測沉降值一般小于理論計算值，地基穩定性較好。

(4)真空聯合堆載預壓法處理地基工期短、技術成熟、可靠、經濟合理，在眾多項目建設中使用，已取得良好的社會經濟效益。