真空预压加固桥头软基的施工方法及应用

2011-08-15陈小勇洪桂堂

山西建筑 2011年2期

陈小勇洪桂堂

在沿海和内陆地区广泛分布着海相沉积、湖相沉积和河相沉积的软弱粘土层。这种土的特点是含水量高，压缩性大，强度低，透水性差。由于其压缩性高，透水性差，在上部荷载作用下会产生相当大的沉降和沉降差，而且沉降过程延续的时间可能很长，有可能影响路基的正常使用。另外，由于其强度低，地基承载力和稳定性往往不够，不能满足工程要求。因此，这种地基通常需要采取加固处理措施，真空—堆载联合预压法就是处理软粘土地基的有效方法之一。下面就笔者所在的浙江省某市一级公路部分桥头软土路基采取真空预压的施工方法及成果作简要介绍。

1 工程概况

本工程位于浙江省某市境内的一级公路，根据设计要求桥头进行塑料排水板结合真空堆载预压法。

2 真空预压原理

真空预压法是在需要加固的软土地基内设置垂直排水通道(如塑料排水板)，然后在地面铺设水平排水层(如砂砾垫层)，再用不透气的封闭膜使其与大气隔绝，利用薄膜密封技术，通过水平排水层内埋设的管道用真空装置抽气，因而在膜内外形成大气压差，地基在等向气压差作用下进行排水固结。堆载可以使土体中的孔隙水加速排出，降低土中孔隙水压力，增加有效应力，加快土体固结。同时，由抽真空引起的负超静孔隙水压力和堆载引起的超静孔隙水压力可以形成部分抵消，使土体在快速堆载时不致产生过高的超静水压力，保证了路堤施工时的稳定。

3 工程地质条件

所处理的路段软基深厚，而且软土层含水量很大，渗透性能差，压缩性高，承载力低。本工程地质勘察报告，主要土层分布自上而下为:①亚粘土:灰黄色，软～硬塑状，埋深在0.3m～0.5m。②淤泥亚粘土:深灰色，饱和，软塑，含少量粉细砂及碳化物，局部为粘土，含水量为41.0%，孔隙比e0=1.405，层厚约14.5m～18.0m。③粘土:灰黄色，软～硬塑状，埋深在 18.0m～36.0m处，含水量为 35%～40%。从以上地质资料看，主要处理土层不存在透水层，适合做真空预压。

4 施工方法及过程

真空预压按如下工序进行:施工准备→清表后铺设下层30 cm砂砾垫层→打设塑料排水板→主、支管定位和安装→铺设上层 20 cm砂砾垫层→铺设第一层土工布，其上再铺设两层土工膜→开挖回填密封沟→抽气管道和真空泵连接→预抽真空15 d→填 20 cm砂垫层→填筑第一级堆载→进行真空预压→真空预压 15 d～30 d→进行第二级堆载至路槽(有等超载继续堆载)→路基稳定后→真空预压卸荷验收。

4.1 主、支滤器定位和安装

根据设计图并结合本工程施工特点，在保证真空度达到设计要求的条件下，施工时将主管布置形式在设计图的基础上做适当的调整。滤管间距 4.0m。主管与滤管之间采用变径三通;滤管与滤管、主管之间多采用软接头。该种布置形式能保证整个加固区内真空度均匀一致，而且个别泵停机检修，对真空度几乎无影响。

主管为89mm PVC管，支滤管为50mm PVC管，全部吸水管均需埋入砂砾垫层中，并通过出膜口及吸水管与真空泵连接。对应每台真空泵布设 1个真空侧头。

4.2 铺设土工布及密封膜

采用专用密封膜和复合土工布。土工膜设计指标如下:圆球顶破强度不小于500N，纵横向抗拉强度不小于1 000 N/5 cm，单位克重不小于400g/m2，纵横向梯形撕裂不小于140 N，渗透系数不大于5.0E-11 cm/s。复合土工布要求:圆球顶破强度不小于2 500N，纵横向抗拉强度不小于2 500 N/5 cm，单位克重不小于500 g/m2，纵横向梯形撕裂不小于 1 500 N。

先铺一层土工布，用手提缝纫机缝接，两边预留一定的长度。再用人工将两层密封膜分层铺放覆盖整个真空预压区。注意在加固区四周，密封膜应留有足够的超宽余量。

在铺密封膜前，要认真清理平整砂砾垫层，填平打塑排板时留下的孔洞，应将露出的排水板头埋入砂垫层中。第一层膜铺好后要认真检查及时补洞，再铺设第二层密封膜。

4.3 开挖、回填密封沟

密封沟布置在施工区四周。密封沟施工采用人工结合机械开挖，开挖深度大于1.5m，并要进入淤泥层，在铺设密封膜后，密封沟须用粘土回填密实。

4.4 抽气管道和真空泵连接

本加固区面积约 2 000m2，布置 3台真空泵(2台工作、1台备用)。真空主管通过出膜器及吸水胶管与真空泵连接。

4.5 抽真空及真空维持

当上述工作完成后，即可开始抽真空，射流真空泵、真空管和出膜口的连接必须严格密封。在抽真空过程中，特别是初期，应采取连续补水措施，保持水箱满、温度正常;每天要做好真空度的记录。

4.6 铺第二层土工布

进入正常的真空预压期，即可在密封膜上铺设第二层无纺土工布，铺设时要注意清除表面密封膜上的因施工或人为原因产生的尖锐物体，同时查看是否有破洞，在填土施工前放置表面沉降板。

4.7 路基填筑施工

在真空预压加固区膜下真空度达到85 kPa以上，15 d后可进行路基填筑施工。填筑前人工在土工布上填筑 0.2m厚细砂和0.3m厚粘土，以确保真空膜不被破坏而引起真空度损失。

4.8 真空—堆载联合预压

由于真空预压产生负压，使土体产生向内性缩变形，可以抵消因堆载引起的向外挤出变形，地基不会因填土速率快而出现不稳定问题。因此堆载速度可以不受限制。该桥头路基于 2005年6月 15日开始填土，2005年 11月 20日即填筑到位，而如果没有采取真空预压措施，根据规范路基日沉降量不得超过 1 cm，则至少要 7个～8个月方可填筑到位。

4.9 真空预压卸荷验收

自开始二级堆载 3.5个月后，路基沉降速率逐渐降低，当沉降速率小于2mm/d(每隔7 d测一次，连续三次均达到该指标)时，即可认为路基已处于较稳定状态，可以停止抽真空。

5 施工成果及意义

1)由于真空预压产生负压，使土体产生向内性缩变形，可以抵消因堆载引起的向外挤出变形，地基不会因填土速率快而出现不稳定问题，因此堆载速度可以不受限制。2)真空预压根据设计要求，其膜内负压为85 kPa以上，这相当于填土高度4m多对路基基底产生的压力，再加上路堤设计部分高度(一般为3m～4m)的本身压力，相当于在软基上直接作用 7m～8 m高的填土，其沉降速率必定会大为增加，地基强度可较快得到增大。卸荷后相当于突然减少 4m多的填土，基底出现了反弹现象，日后车辆及路面荷载一般都不会超过 4m多的填土荷载，工后沉降也将会得到保证。比如该加固区 2005年4月15日～12月20日抽真空期间，我们利用沉降标观测，下沉量为 0.883m，至 2008年 8月份该桥头通车两年半无“跳车”现象。3)从经济因素考虑，真空—堆载联合预压每平方米约需费用 120元，而采用粉喷桩 +超载预压每平方米约需费用 200元，显然真空—堆载联合预压费用相对较便宜，且资源(水泥、电)节约很多，达到经济环保，因此真空—堆载联合预压以较少的投入取得了丰厚的成果。