真空排水预压加固高速公路软基施工技术探究

2013-03-01王青城

黑龙江交通科技 2013年3期

王青城

(黔东南州交通勘察设计院)

0 前言

软土地区在我国分布广泛，大量的公路修筑在软土地基上，软土由于其含水量大、压缩性高、承载能力低的不利特点，给公路工程建设带来较大的影响和隐患。针对该问题，目前公路路基处理方法中常用的是堆载预压法和复合地基处理等方法，但是这些方法较难满足施工稳定、工期和工后沉降的要求，真空预压法则在这些方面有着非常大的优势。

1 真空排水预压法的机理

真空预压法处理地基时，首先在原地基表面铺设一定厚度的砂垫层，作为水平排水体，然后在土体中打入袋装砂井或塑料排水板(以下统称砂井)，作为竖向排水体，再将不透气的薄膜铺设在需要加固的软土地基表面砂垫层上，薄膜四周埋入土中。通过抽真空装置产生负压，再借助于埋设在砂垫层中的管道，将薄膜下土体间的空气抽出，使其形成相对负压，由于砂井渗透性较大，该负压能够传递到砂井中，并且在砂井和周围土体之间形成孔压差，使土体中的孔隙水流入砂井并被排出，以达到固结。

2 真空预压进行排水固结施工要求

(1)加固区必须与外界大气和加固区外土体有较好的隔水隔气层。

(2)加固土体内必须有良好的真空压力传递通道和排水排气通道。

(3)必须有性能良好的、连续的抽真空设备，并保证固结期内膜下真空压力满足设计要求。

3 施工质量控制要点

(1)严把关键材料关。

真空排水预压加固要取得良好的效果，关键的一点就是要保证真空预压取得效果。换句话说，就是说要保证加固区有好的密封，真空度能尽快地、损失尽可能少地传递到垂直排水通道的深部，而实现这一点首要选好加固中所用的关键材料，它们主要是塑料排水板和密封膜。即要选择通水量大的塑料排水板作为垂直排水通道和密封性好的密封膜。

(2)严格实施各道施工工艺。

真空排水预压要达到预期的效果，主要材料严格选定后，从施工工艺来说，也要严格控制，因为真空排水预压的工序都是环环相扣，每一环做不好都会影响真空度的大小，就会影响预压的效果。这关键要把好铺膜、密封沟挖填、膜上加载等几个环节的施工控制关。

4 工程案例

4.1 工程概况

某高速公路既是省道主骨架，亦是国道主干线，在我国东南沿海地区的一条重要辅助线。施工区主要持力层为淤泥质饱和土，呈流塑状，具有高压缩性，厚度约13 m，地基承载力特征值仅为65 kPa;其下为淤泥，流塑状，厚度约14 m，地基承载力特征值仅为45 kPa;基岩位于地表下40～50 m。采用真空排水预压的方案加固地基。

4.2 施工内容

(1)施工一个垂直的和水平的排水通道，即施工塑料排水板和砂垫层。

(2)要施工一个使被加固地基与大气隔绝的保证不透气的密封层。

(3)要设置一套高效率的抽真空装置，即在砂垫层内铺设主管和滤管管网和在密封系统外安装真空泵等设备。

(4)要设置一套保证能按设计要求进行施工的检测系统。

4.3 砂垫层施工

根据设计要求，本工程的砂垫层总厚度为80 cm，其中密封膜以下砂垫层为40 cm，主要起水平排水和传递真空度的双重作用。密封膜上的40 cm厚的砂垫层为保护密封膜设置的。砂垫层用砂质量要求:一般采用干净的中、粗砂，其技术指标须满足设计和规范要求，砂层的渗透系数不小于1×10-2cm/s，含泥质不大于5%。作为水平排水通道的砂垫层，厚度为40 cm，本次施工分两层填筑，第一层先铺填20 cm，整平，适当压，经监理验收合格后，按设计要求再铺设第二层20 cm厚砂垫层。

砂垫层检测要求及质量标准见表1。

表1 砂垫层检测项目及质量标准

4.4 塑料排水板施工

4.4.1 塑料排水板施工工艺流程

塑料排水板施工工艺是真空预压中的关键工序，直接关系到真空预压的效果，须严格控制，按设计的间距、深度进行施工。

其施工工艺流程如图1所示。

图1 塑料排水板施工工艺流程

4.4.2 塑料排水板施工工序及要求

塑料排水板施工应在铺设好第一层20 cm厚砂垫层后按下列步骤进行:根据桩位平面布置图用经纬仪结合皮尺放出排水板板位并作出明显标记，然后插板机定位，管头对准板位，其偏差应控制在±30 mm范围内;开机打插导管至设计标高，如果土层硬可采用振动插板机;如果还打插不下，则需先打引孔，然扣再打插导管;提升导管至砂层面以上0.5 m;剪断塑料排水板，并按设计要求露出砂层面以上的长度一般不少于30 cm;旁站人员检查合格后(记录板位施工情况)，移动插板机至下一板位。

4.4.3 塑料排水板施工质量控制

(1)打插塑料排水板之前，先在插板机上按设计要求的板长作好刻度标记，有的塑料排水板上标有每米长度。打插过程中应注意控制导管的垂直度，偏差不大于1.5%。

(2)打插塑料排水板时，防止出现扭结、断裂和撕破滤膜的现象。打插排水板时回带长度不得超过50 cm，且回带的根数不宜超过打插总根数的5%。验收标准规定，回带超过0.5 m要在旁边重插打一板。打入地基的塑料排水板应为整板，当长度不足需要接长时，应先将两根板头滤膜剥开，使板芯直接相连，然后包滤膜扎紧，一般用骑马钉上、中、下三个钉牢，搭接扎孔眼不要在同一排水槽中，搭接长度不小于20 cm(铁路验收标准规定，塑料排水板不得接长使用)。

(3)当一个块段排水板施工完成，且验收合格后，应及时用砂料填满打插时在板周围形成的孔洞，以免抽真空时密封膜在孔洞处悬空因吸力而被拉破。塑料排水板由板芯和滤膜组成，应具备单孔过水断面大，排水畅通、质量轻、强度高、耐久性好。

4.5 抽真空系统

根据真空管网设计图的尺寸，用经纬仪测定的里程及断面桩，在砂垫层上面再用皮尺测放主、滤管位置，拉线撤白灰作标记，然后采用人工挖沟槽，沟槽宽0.25 m，深度应至第一层砂层面(即0.2 m深)，即主、滤管一般设置在水平排水垫层中部，保证管上有10～15 cm厚的砂覆盖为宜。主、滤管管材:目前多用PVC塑料管。要求滤水管在抽真空预压过程中能适应地基的变形差，能承受足够的径向压力，而不出现变形。一般情况下，主管直径为76 mm，滤管为50 mm。

滤管上设滤水孔，孔径φ6～8 mm，孔间距8～10 cm左右(间距不宜太小，滤水孔孔径亦不能过大，否则会影响整个滤管强度)呈三角形排列。滤管外设反滤布套，滤布套一般采用无纺土工布缝制而成，反滤布的渗透系数要达到设计要求即k≥5×10-4cm/s。缝制的滤布套长度应大于管长约0.3 m。一定要把滤管上的孔洞盖住，再用细绳把滤布套两端捆扎牢靠。当把滤管装入布套之前，要清除管内、外泥砂，避免砂、泥等杂物留在管内，被吸入泵体会损坏泵叶。

4.6 密封系统

密封是真空排水预压法成功与否的关键，因此，若采用真空排水预压法，密封问题要高度的重视。

4.6.1 密封膜的技术要求

密封膜材料要选择密封性能好，抗老化能力强，韧性好，强度大以及抗穿透能力强的薄膜，一般采用聚氯乙烯薄膜即可，密封膜技术指标应符合表2规定。

表2 密封膜的技术指标

4.6.2 铺设密封膜的质量要求

加工密封膜的大小要考虑埋入密封沟的尺寸，一般每边各加宽3～4 m，本区因表层填有碎块石土，一定要埋在填土层以下的软土层中;在砂垫层上先铺一层90 g/m2无纺土工布。保护薄膜在抽真空时，被残留在砂垫层的硬物刺破，铺膜时不要拉得太紧，为地基下沉时留有伸展余地;在膜上放置沉降板时，应在板下垫一层土工布;抽真空前应详细检查，遇到有孔洞漏气和粘接不好的地方必须及时补好。

4.6.3 密封沟

密封沟是指在加固区四周挖一定深度用于埋设密封膜的沟槽。沟深视表层土层情况而定，本工程设计为1～2 m，但不能埋在填土层中，挖沟时要注意清除土层中的植物根系。沟壁要平整、薄膜埋入沟底、沟内用粘土回填密实，土中不得夹有石子、瓦砖。回填粘土要湿润，并用人工踩实。确保密封系统不漏气，经验查确认没有漏气后，方能向沟内复水。