真空堆載聯合預壓在溫州圍墾區市政道路中的應用

王榮芳

(天津市政工程設計研究總院有限公司 天津市 300191)

0 引言

真空堆載聯合預壓法[1]對于處理深厚淤泥及淤泥質土具有處理效果好、加荷時間短、施工安全方便、地基不易失穩[2-3]、經濟效益好等優點，其設計理論、施工工藝等都已經比較成熟，在沿海圍墾區淤泥及淤泥質土地基處理中得到了廣泛應用。以溫州圍墾區市政道路項目為依托，結合真空堆載預壓軟土地基處理的監測成果，統計分析真空堆載預壓處理地基的沉降變形和土體特性、參數的變化規律，為理論研究提供參考資料，也為以后類似工程的地基處理提供參考依據。

1 項目概況

1.1 工程概況

項目區位于溫州市經濟技術開發區濱海新城甌飛起步區內，甌江與飛云江之間的灘涂，東臨東海。本次擬建工程為圍墾起步區內的12條市政道路及配套工程，其中主干路2條，次干路4條，支路6條，道路寬度20～50m。

1.2 主要技術指標

(1)路基工后沉降：一般路段≤30cm。

(2)地基承載力≥80kPa。

(3)連續5晝夜實測沉降速率≤0.5mm/d；根據實測沉降曲線推算的固結度≥85%；殘余沉降或工后沉降值滿足設計要求。

1.3 工程地質概況

項目區地貌屬海積平原，現狀場地均為淺灘吹填，場地表層5m沖填土進行過塑料排水板預處理，地形相對平坦。本次勘察路段在勘探深度范圍內巖土層劃分為7個工程地質層組，14個工程地質層及1個夾層。其中第1層為吹填土層，第2、第3層為海積相的淤泥和淤泥質土，其物理力學性質均較差，承載力低，各軟土分層厚度及參數見表1。

表1 巖土分層及其參數

2 道路軟基處理方案

2.1 軟基方案比選

目前國內外出現了很多適用于吹填土的處理方法，最常用的是復合地基法及排水固結法。

復合地基法是指在地基處理過程中對天然地基部分土體采取增強、置換、加筋等措施，由天然地基土體和增強體兩部分組成的人工地基，其本質是通過樁和樁間土共同直接承擔荷載，能夠有效地減少軟土層的總沉降和工后沉降，縮短工程工期。目前比較常用的復合地基方法有水泥攪拌樁、旋噴樁、灰土擠密樁、CFG樁等。

排水固結法其基本原理是軟土地基在附加荷載的作用下，逐漸排出孔隙水，使孔隙比減小，產生固結變形，隨著土體超靜孔隙水壓力的逐漸消散，土的有效應力增加，地基抗剪強度相應增加，并使沉降提前完成[4-5]。目前比較常用的復合地基方法有堆載預壓、真空預壓、真空堆載聯合預壓等。

表2 軟基路基處理方案對比表

由表2可以看出，真空堆載聯合預壓造價遠低于水泥攪拌樁和旋噴樁，其兼具了堆載預壓、真空預壓的特點，具有處理效果好、加荷時間短、施工安全方便、地基不易失穩、經濟效益好等優點，因此該工程選用真空堆載聯合預壓進行軟基處理。

2.2 設計技術要點

道路軟基處理采用真空堆載聯合預壓，處理面積約210000m2。結合道路平面位置情況，共分為10個分區，每個分區面積不超過25000m2。

主要施工工藝包括：場地平整→鋪設高強度編織布→打設塑料排水板→布設排水主管、支管→連接塑料排水板、排水管→鋪設2布2膜→施工密封溝(密封墻)→連接抽真空設備→埋設監測儀器→抽真空→堆載→抽真空→滿足設計要求后卸載→效果檢測。

圖1 真空堆載聯合預壓橫斷面圖

(1)排水系統

豎向排水系統采用B型塑料排水板，間距1m，板長20m。水平排水系統采用直連技術，通過使用蝶形排水接頭將排水主管、支管和塑料排水板直接相連，消除傳統真空預壓工藝真空度傳遞過程中砂墊層、濾管、濾膜的阻尼作用，提高了真空荷載的利用效率，進而提高土體和排水板的壓力差，增加有效應力，縮短加固時間，提升加固效果。由于現狀地表均為淤泥質土，為防止塑料排水板與管道接頭的堵塞，本次保留了30cm砂墊層，同時可作為水平排水通道，與傳統真空預壓50～60cm砂墊層相比，大大節約了中粗砂資源，降低了材料的使用費用，具有十分良好的經濟效益。

(2)密封系統

密封系統采用2步2膜工藝(2層無紡土工布+2層防水土工膜)，外側設置粘土密封溝，確保加固土體與大氣的有效隔絕。對于部分淤泥夾砂路段，外側設置15m粘土密封墻，密封腔穿透淤泥夾砂層，進入下層淤泥層≥2m。粘土密封墻采用雙排攪拌樁工法施工，樁徑0.7m，搭接寬度≥0.2m，滲透系數≤1×10-6m/s。

(3)抽真空系統

采用真空射流泵，射流泵裝置按1000m2左右布置一套，真空壓力不應小于95kPa，膜下真空壓力不小于85kPa。

(4)堆載

膜上堆載高度1.5m，堆載在真空預壓滿載30d后進行，采用場地內開挖土方進行堆載。為避免造成防滲土工膜的破壞，膜上堆載應分級加載，每級堆載高度0.5m，加載過程中地基向加固區外的側向位移速率應小于5mm/d，沉降速率應小于30mm/d。

(5)沉降計算

依據巖土工程勘察資料，用分層總和法對沉降進行計算，將真空度(大氣壓力差)85kPa和1.5m土方堆載25kPa作為附加應力計算真空堆載聯合預壓的沉降，采用理正巖土7.0進行分析計算，壓縮參數采用e-p曲線法。真空堆載聯合預壓210d，路基總沉降為1.297m，路面竣工后基準期內的殘余沉降為0.124m，可滿足路基工后沉降30cm的要求。

3 軟基處理結果分析

3.1 沉降結果分析

本項目真空預壓共分為10個分區，其中1～4分區于2011年5月開始平整場地、鋪設土工布、插打塑料排水板，8月開始真空預壓，9月上旬完成1.5m土方堆載，路基堆載預壓時間約7個月，2022年3月沉降趨于穩定，現正在進行管線配套的施工。

為了對軟基處理的效果進行分析，本次通過沉降及固結度來評定加固效果是否滿足預期要求。道路每20m設置一處沉降斷面進行監測，選取四個不同分區路中沉降監測結果的平均值進行分析。真空堆載預壓210d，卸載前連續5d實測沉降速率為0.4mm/d，路基的累計沉降為1273mm。

圖2 實測沉降隨時間的變化曲線

根據實測沉降曲線采用三點法進行最終的沉降量和固結度預測，卸載時地基的平均固結度為95.1%，可滿足道路建設的要求。

S∞=[S3(S2-S1)-S(S3-S2)]/[(S2-S1)-(S3-S2)]，Ut=St/S∞

式中：S∞為最終沉降量；S1、S2、S3分別為t1、t2、t3時刻的沉降量，t3-t2=t2-t1。

不同時刻的沉降量、固結度結果見表3。

表3 不同時刻沉降速率、沉降量、固結度

3.2 鉆孔取樣實驗結果分析

對地基處理前后四個分區不同土層的含水率、孔隙比及壓縮模量、固結快剪黏聚力、摩擦角等強度指標進行統計對比分析，結果見表4。經真空堆載聯合預壓處理后，隨著土體孔隙水的消散與排除，降低了其含水率，使得土體固結壓縮，孔隙比減小，粘聚力和摩擦角增大，土體的物理力學性質得到很大改善。

表4 加固后土體主要物理力學指標

3.3 現場載荷試驗

對處理后地基進行現場平板載荷試驗，四個分區處理后的場地承載力分別為87.4kPa、84.8kPa、87.2kPa、86.1kPa，平均地基承載力86.4kPa，較處理前提高約57%，可滿足道路及配套設施建設要求。

4 結語

(1)結合溫州圍墾區市政道路項目現場監測結果分析，經真空堆載聯合預壓進行軟基處理，土體的各項物理力學指標均得到明顯改善，可滿足道路及配套設施建設要求，真空堆載聯合預壓對于圍墾吹填區深厚軟土的處理是經濟適用的。

(2)工后沉降是圍墾吹填區道路建設最重要的設計指標，根據本項目監測結果，規范要求的固結度≥85%要求偏低，建議適當延長真空預壓時間，按照沉降速率≤0.5mm/d控制，可有效減少路基工后沉降，更能保證工程質量。

(3)根據本項目沉降觀測結果，真空堆載聯合預壓前30d的沉降量接近總沉降的50%，沉降速率較大，為避免堆載后的附加土壓力造成密封膜的破損，建議堆載時間在抽真空后不小于30d。