市政道路软土地基真空预压效应研究

郑海建

(上海两港市政工程有限公司，上海 201300)

1 概述

随着我国经济的发展，市政道路建设发展迅速，对道路交通有着较大的需求。东南沿海地带，广泛分布着软土、浸水土、弹性土，如处理不当会造成路基的滑移、开裂、路面不平等病害，给以后的道路交通带来不同程度的影响。因此，在城市相关市政道路的建设时，不仅首先要对道路的路基有详细的地质情况勘察，并且对软弱性土基要有针对性的符合规范要求的处理措施，做到经济、合理和适用。

2 软土地基的特性以及处理方法

软弱地基主要有以下三个显著的特点:变形量相对比较大;压缩密实和达到稳定所需要的时间相对较长;侧向变形大、破坏性比一般的土体要明显得多。

2.1 土体的变形量相对比较大

软弱的土体主要就是指淤泥土或者淤质土，土体含水丰富，水分不易从土体中自流出来，含水的土体容易产生变形，并且变形的幅度比干实土体要大得多，变形的形状不规则、不稳定。

2.2 土体压缩密实及达到稳定所需要的时间相对较长

软土一般含有大量的粘性土粒，虽然孔隙率比较大，但是单个土体孔隙比较细，孔隙中的水分很难自由流动，水体通透率很低，饱和的土体受较大的荷载作用后，水分不能很快从土体排出，变形也只能缓慢发展，有的软土其变形过程甚至要持续发展数年或者达数十年之久。

2.3 侧向变形、破坏力比一般土体大

软土的侧向变形也称横向变形，与竖向变形之比在相同的工程环境条件下比一般土体要大得多，破坏也更加明显。

在路基施工中，针对软土地基的特点，现有的施工处理措施大致有以下几种:将软土挖除，换填符合规范要求的好土，然后进行夯实;当换填土受到条件限制时，可采用深层水泥搅拌桩、喷粉桩和碎石桩进行处理;对软土进行加筋处理［1］的方法多用于明暗浜回填，主要使用的材料为土工布，土工布布置于砾石砂层与粉煤灰层之间。不同的技术处理均对土质与施工操作有着不同的规范要求，在施工中要严格按照操作规范要求进行，以免操作不当造成质量事故。本篇论文简述的真空预压排水并对地基土表面固化的处理方法在当前市政道路工程建设中使用得还不太多，然而对于长期处于饱和状态下的淤泥质软土、浸水土等加固效果较为显著。路基经此方法处理的道路在投入使用以后，近几年时间内还未发生明显的沉陷、塌方、横向侧移破坏、龟裂等病害事故。

3 真空排水预压固结处理方法

软弱土体的排水固结法顾名思义就是排水与固结两方面，一方面想办法采取措施将土中的水分排走，减少土体中的水分，另一方面是要对排水后的土体进行固化，减少土体的孔隙率，提高土体密实度和强度。这种土体固化处理技术是目前相对比较经济的一种施工方法。

土体排水的原理非常简单，排水时先使用表层密封膜对土体和空气进行隔绝形成封闭层，封闭层下铺设有水平排水砂层。然后向原有土体中打入塑料排水带或者采取沙井的方式，形成由下而上的排水通道与封闭层下的排水砂层相连，在所需要处理的土体表层周围设有封闭式排水沟，这样就形成了一个完整的封闭式真空排水系统(如图1所示)。在地表用水泵进行抽水排水后，地下土体中的水便会产生负压，在负压的作用下水分通过排水通道向外排水。在土体中的多余水分被排出后，土体的承载应力便会增加，从而达到承载能力的明显提升，后期的沉降情况可以得到较好的改善。

图1 真空排水示意图

经过排水后的软土地基往往达不到理想的工程效果，土体孔隙比较大，依然有很大的沉降过程没有完成。如果按照自然条件进行土体沉降将是一个非常缓慢的过程，而且容易受到外界条件干扰。这时需要想办法使土体加速沉降，快速完成固结，以便于后续工程施工。平时我们通过压路机重复碾压泥土使其形成良好的土路基，同理，我们可以通过人工增加荷载使排水后的土体加快沉降，短时间里提高土体密实度和强度。这样，预压土基的处理技术应用而生。预压技术就是对土体施加不小于工程设计所需要的荷载进行前期压缩沉降，土体固结沉降后，再按规范要求对沉降下去的部分进行回填到设计标高，然后再进行后续施工。虽然经过预压技术后，土体的总沉降量没有改变(见图2)，但是可以人为有效地控制沉降时间，避免后期土体沉降时对已建构筑物的影响，甚至是破坏。

图2 真空排水预压固结施工中所产生的总沉降量

土体的真空排水与荷载预压有机相结合便是本文所主要论述的真空排水预压固结技术。

就以前所有的施工实践表明，排水固结法能够减少非砂性软土地基的固结等待时间，效果明显。一般的工程地质情况下，软土路基在预压后固结度可达到85%～95%，是比较经济有效的地基处理方法。

真空排水预压固结法的施工要点主要有:

1)正确选择和使用真空排水预压固结法。此施工方法并非适用于任何软土地基，例如，砂质土中无法形成有效的真空封闭排水系统，便难以有效使用此施工方法进行处理。

2)合理、正确布置排水通道，必要时可进行探孔操作。成孔操作必须符合设计与规范要求。

3)布置排水带(排水板)时，应当注意插入土中的情况，避免排水通道不畅。可以通过监测装置进行监控排水板带入土深度(见图3)。

图3 排水沉降观测示意图

4)预压过程中，注意土体沉降的均匀性以及分级加压的荷载大小。

4 地层表面固化及回填处理

在软弱土基处理过程中，除了需要将土体水分排放，有时还要对土基的表层进行固化处理。固化方法主要是对不良的土体表层掺合固化材料，使其固结达到施工设计要求的承压程度。

固化材料的使用需要参照材料的使用说明，结合工程现场的土体情况，正确选择固化材料品种，经过试验验算得出原位土体与固化材料的配合比。经验表明固化材料自身固化强度越高，单位原土体所需要配比的物料量越少;原位软土的颗粒越粗，土质越纯净，所需要的掺入固化物料的量就越少;土体土层含水量越小，所需要掺入的物料量就越少;原位土的承载能力就越大，掺入的量越少。

表层地基的处理方法一般是在真空预压完成以后，分层逐步回填级配相适均匀的素填土，回填土中不得含有植物根茎，腐殖质以及生活垃圾等。回填时应当分层碾压，每层回填厚度不超过30 cm，回填土层的压实系数不小于0.9。分层回填完成后，要考虑到道路比周边建筑的标高要低一些，且地下土层富含地下水分，为了防止路基在地下水的浸泡下再次变得松软，应在回填土中掺入适当的水泥、石灰等添加物，以使其形成复合地基。表层回填土的回填深度不应小于0.5 m，以保证结构层的车辆荷载的应力能够消散，从而避免局部土层的沉降凹陷。

5 真空排水固结对环境的影响

从大量的工程实践来看，由于在排水过程中，需要在土体中形成真空负压，使土中水体得以吸出排走，真空抽水后会使加固区域周围的土体向加固区产生横向的位移，对周围的建筑、构筑物有较大的影响。所以在施工之前必须重视施工中对周围土体环境的影响，制定完备的应急预案。在施工过程中必须对周围的土体、建(构)筑物(尤其是管线密集区域)进行严密的监测，一旦周围土体、构筑物出现沉降、位移、裂缝等，可以及时采取必要的处理措施。

6 结语

一般性软土地基经该施工方法处理后，道路正常通车数年未发生明显的软土基处理不良类道路病害，路基情况相对平衡稳定，路面没有较大沉降、裂缝、坑洼起伏等影响交通的情况出现。根据有关的工程资料表明:塑料排水板真空预压施工技术目前较合适的处理有效深度可达20 m。通过真空预压固结处理，能够明显改善软土基的沉降情况，可较好地控制软土路基的沉降影响，以使其达到设计规范要求。

由于此处理方法施工工序较多、施工时间亦较长，软土路基需要较长的预压期(一般约需至少3个月～5个月)，在对工期要求相对紧张的道路工程中，其使用会受到一定的时间限制。但是在时间允许的施工条件下，此软土地基的处理方法有着自身的独特优势，相对于其他施工处理方法而言，经济合理，适用范围较广泛，原理简单易理解，施工操作方面没有很高的技术门槛。虽然此施工方法还有些缺陷与不足，但是可以在以后不断的工程实践中逐步完善，以达到更好的施工效益。

［1］ JGJ 79-2002，建筑地基处理技术规范［S］.