采用加压真空预压技术加固深厚软土地基施工工艺

唐 红，余 江，刘 辉

(中铁六局集团有限公司，北京 100036)

真空预压固结法是处理软土地基的有效方法之一，通常是在需要加固的软土层内，设置砂井或塑料排水板等竖向排水系统，然后在地面铺设砂垫层横向排水层，再在砂垫层顶部覆盖一层不透气的密封薄膜，使之与大气隔绝，通过埋设于砂层中的吸水管道，用真空装置进行抽气，将膜内空气排出，在膜的内外产生一个气压差-μs，这部分气压差即成为作用于地基上的荷载，软土层随着等向应力 -μs的增加而固结［1］。对于饱和土的渗流固结来说，是土中孔隙水压力消散、逐渐转移为有效应力的过程，孔隙水压消散越快，土体固结越快［2］。采用常规真空预压固结法处理软土地基，由于抽真空系统的开放性和气压在土体中传递的减弱，造成孔隙水后期渗流速度慢，土体固结时间较长，不能满足当前铁路工程建设工期的需要。在广珠铁路珠海西站软基处理的实践中，通过采用手型接头将抽真空系统连接成一个封闭系统，并增加一套加压系统，加快了土体排水固结速度，缩短了土体固结时间，取得了良好的社会和经济效益。

1 加压真空预压法的原理

1.1 加压真空预压系统的组成

加压真空预压系统主要由抽真空系统和加压系统组成。抽真空系统由竖向塑料排水板、手型接头、横向排水通道、密封体系和抽真空设备组成。加压系统由加压管、横向管网和空压机组成(见图1)。

1.2 加压真空预压法的原理

图1 加压真空预压系统示意

根据固结理论，黏性土固结所需时间与排水距离的平方成正比，土层越厚，固结延续的时间越长［2］。加压真空预压法依据这一理论，一方面，充分利用传统真空预压技术，在地基土内部均布多个塑料排水板，增加土层的排水途径，缩短排水距离，通过抽真空形成的负压加快排水固结速度，另一方面，在塑料排水板间的土体中均匀插打加压管，通过对塑料排水板间土体进行加压，使土体中水分子在正压作用下向塑料排水板流动，从而达到加快孔隙水渗流速度和土体固结速度的目的。

2 加压真空预压主要工艺

2.1 工艺流程

场地平整→塑料排水板施工→加压管施工→手型接头、真空排水管网连接→加压管网连接→密封墙施工→铺设密封膜→抽真空→抽至真空度≥80 kPa→真空恒载→(满足开始加压条件后)加压系统加压0～4 kN压力，使真空度由80 kPa降至40 kPa→停止加压，使真空度由40 kPa升至80 kPa，并继续抽水→继续加压、抽真空，使真空度往复增减，并继续抽水→满足加固要求后停泵终止抽水→施工完成。

2.2 加压管施工方法

2.2.1 加压管结构

加压管分为透气段和不透气段两部分。不透气段设在临近地面一端，可采用PVC管或塑料管。透气段设在远离地面一端，由若干节依次相连的透气软管组成。透气软管内设有螺旋形弹性支撑架，每节透气软管之间采用螺纹接头连接。透气段的设置长度可根据加固深度确定。不透气段一般设为2 m。设置不透气段的目的是防止加压施工过程中加压管临近地表层部分漏气。

2.2.2 加压管布设

加压管布置在塑料排水板组成的平面几何图形中心(如图2所示)，其长度以短于塑料排水板长度0.5～1.0 m为宜。

图2 加压管布置示意

2.2.3 加压管施工方法

加压管的插打施工采用特制设备进行。该设备插打加压管的基本原理是利用高速高压水流在地基土体中冲孔，然后利用设备的导向装置将加压管插打入地基土体中。由于高压水冲击成孔所形成的孔洞较加压管管体大，为保证在加压施工过程中高压空气通过空压机和加压管直接进入地基土中发挥加压作用，而不会通过加压管四周的孔洞漏气，在将加压管插入地下后，将加压管周边的孔洞用土回填，防止孔洞漏气。

2.3 抽真空施工方法

1)安装好真空泵系统(将水泵、水箱、闸阀、截止阀、出膜口连接好)，接通电源，空载调试真空射流泵，当真空射流泵上真空度达到80 kPa时，试抽真空。

2)为防止真空预压对加固区周围土体造成瞬间破坏，在开始阶段，必须严格控制抽真空速率，可先开启半数真空泵，然后逐渐增加真空泵工作台数。当真空度达到60 kPa，经检查无漏气现象后，开足所有泵，将膜下真空度提高到80 kPa，并保持恒载抽真空。

3)随着抽真空的进行，地基将发生连续变形，需派人24 h进行观察，对真空度表、沉降、真空泵的变化做好记录。当发现漏气、泵损坏等问题时，要及时维修，以保证真空泵、密封系统正常工作。

2.4 加压施工方法

当土体固结度达到一定程度后，开始进行加压施工。首先利用空压机及加压管网系统向有一定固结度的土体中打气加压，加速土体中孔隙水进入塑料排水板。此时，随着打气加压作业的进行，膜下真空度将会降低，待膜下真空度降低至40 kPa后，停止打气加压作业。同时，在真空泵抽真空的作用下，膜下真空度又会逐渐由40 kPa增加到80 kPa。如此重复，直到预压结束。在打气加压过程中，真空泵不停止工作(见图3)。

图3 加压真空预压工作运行示意

3 讨论

1)采用手型接头将塑料排水板与横向排水通道连接起来，组成一个密闭的真空排水系统，代替常规真空预压采用的开放式真空排水系统，既保证了真空排水系统的畅通，又能使真空直达塑料排水板内部，有利于将软基土体中孔隙水快速排出。

2)通过增加一套加压系统，对塑料排水板间土体进行加压，使土体中孔隙水在正压力作用下定向流动，加快了孔隙水的渗流速度和土体的固结速度。

3)研制了一套加压管插管装置，解决了加压管插打困难、不易密封的施工难题，并申请了国家专利(专利受理号:201010273719.4及201020519383.0)。

4 结语

广珠铁路珠海西站地处围海造塘而成的海塘中，表层为第四系人工填土、海相沉积的淤泥、淤泥质粉质黏土、粉质黏土等。软土厚度近50 m。其中，流塑状淤泥层厚为15～18 m，具有含水量高、孔隙比大、压缩性高、承载力低、触变性等特点。珠海西站采用加压真空预压技术辅以堆载预压进行施工，历时半年，成功完成了对广珠铁路珠海西站软土地基的加固处理，解决了海相沉积深厚软土地区铁路站场工后沉降要求高、工期紧的难题，收到了显著的社会和经济效益。

［1］李彰明.软土地基加固的理论、设计与施工(第一版)［M］.北京:中国电力出版社，2006:324-329.

［2］陈希哲.土力学地基基础(第二版)［M］.北京:清华大学出版社，1989:82-83.

［3］冯守中.公路软基处理新技术(第一版)［M］.北京:人民交通出版社，2008:143-146.