真空—堆载联合预压法处理公路软基的应用研究

高源

摘  要：随着国民经济的迅速发展，我国公路运输事业也取得了显著的成绩。在公路修建过程中，不可避免地要遇到不良地基问题，象软土地基含水量高、压缩性大且强度低，极易造成路基失稳，为了更好地解决路基稳定问题，必须做好路基加固处理。该文在分析了真空—堆载联合预压法加固软基变形特点的基础上，进一步研究了其加固机理。结合某公路工程，探讨了真空—堆载联合预压法处理公路软基的效果。经分析可得，真空—堆载联合预压法处理软基效果显著，且具有良好的经济性，可进一步应用与推广。

关键词：真空—堆载联合预压法;软土地基;加固机理

中图分类号：TU473   文献标志码：A

0 引言

真空—堆载联合预压法作为一种常用的软基处理方法，加固效果良好，能够有效处理高填方地基稳定和工期问题，具有良好的经济效益。随着科学技术的不断发展，公路施工技術、工艺更加先进、成熟，人们对加固机理有了更深入的认识。近年来，在公路建设中真空—堆载联合预压法应用越来越多，不仅在公路建设中得到了广泛使用，还在工民建、机场、港口等工程建设得以应用，在超软土地基中的大量使用更加凸显出了真空—堆载联合预压法的优越性。

1 真空—堆载联合预压法加固软基变形特点

因抽真空的原因，真空预压过程中在地基内可形成一个“水力梯度”，将源源不断地抽出土体内的水、气体，同时真空度向地基深处持续传送。此时，在“水力梯度”作用下，孔隙水压力将向有效应力转化，并在该作用下，土体逐步固结、变形。以克拉伯龙定律为标准，当“水—气—土”形成的地基系统满足该标准时，地基系统的输出、输入系统将达到一个动态的平衡状态。这种情况下，向深处传送的真空度将逐步停止，地下水位下降速率减小并停止，从而稳定整个地基系统。

当稳定真空度之后，膜下真空度可均匀分布，相比堆载下的土压力，地基上压力相同的土压力分布更为均匀。由此可见，真空—堆载联合预压法的应用，可降低路堤轴线、路肩之间的差异沉降。

2 真空—堆载联合预压法加固机理

真空预压法、堆载预压法是构成真空—堆载联合预压法的重要组成部分，且聚集了两者的所有优点。通过真空装置，可抽出铺设在软基上密封膜下的水、气，并由真空负压、水头差形成于膜下，在此作用上，从竖向、水平向排水通道土体内的孔隙水加速排出，从而实现软基加固及增强地基承载力的效果。在膜下真空度满足80 kPa，经一段时间稳压之后，即可在膜上做堆载加压操作，经加压可形成一定孔隙水压力，再次挤压、排出软基孔隙水。在真空负压的助力下，孔隙水排出速度将逐步加快，从而实现联合效果，并加速完成软基加固目标。

在整个过程中，不会改变总应力，仅利用减少孔隙水压力的作用，来提高有效应力。也就是说，在真空预压过程中，仅形成球应力，不会出现剪应力增量，属于一种等向固结。在这种固结作用下，地基土体强度增加，稳定性也会随之增加，不会产生失稳情况。

3 工程概况

该路段存在较厚软弱地基土层，为保证路基稳定，必须做好地基处理工作。据施工现场勘查，地质情况见表1。为解决软基问题，避免路基沉降，决定选择真空—堆载联合预压法进行加固处理。

4 真空—堆载联合预压法处理软基施工流程

（1）施工前，先做好测量放线工作，将控制桩等放出，随后清理干净表层杂物，如耕植土、树叶等。因该路段存在鱼塘，要求先排干鱼塘内的水，将淤泥清理干净。根据设计要求，做好施工场地平整工作。

（2）第一层砂垫层铺筑时，厚度设在30 cm。完成铺设后，可打设塑料排水板，随后进行第二层砂垫层铺设，厚度为20 cm。随后进行真空管沟开挖及铺设主、支滤管，在此过程中，还要安装好抽真空设备，并在指定位置埋设真空度测头，便于监测。

（3）第一层土工布铺设完以后，即可进行密封膜铺设，一般为2层，出膜做真空泵系统联结，并进行密封沟回填处理。

（4）第二层土工布铺设完以后，需埋设各类沉降观测标示，便于后期监测，并对预压前的标高进行检测。随后进行第三层砂垫层铺设，在80 kPa真空度以上进行预压施工。最后填筑堆积土，做沉降观测。

5 真空—堆载联合预压法处理软基监测分析

5.1 表面沉降观测

在软基沉降分析中，表面沉降是最基础的部分，在公路路堤施工进度控制中，表面沉降变化对其影响较大，其一项重要的指标。该文以三阶段对土地加固过程中的变化进行分析。

5.1.1 真空预压阶段

经监测可知，在真空度由0 kPa～80 kPa升高过程中，日均沉降量为30 mm左右，最大日沉降量为53 mm，随着真空度的不断增加，沉降速率逐步减缓，日均沉降量也随之降低，最终降至11mm，则表明，在整个加固阶段，土体主固结变化速率属于一个逐步减缓过程，基本类似于堆载预压。

5.1.2 真空—堆载预压阶段

在此阶段，每一次堆载的同时，均会出现沉降加速，整体来讲，随着加载次数、堆载高度的增加，沉降加速过程将被延长，但沉降速率却呈下降趋势。该工程共设沉降板29块，分3次堆载，具体沉降量见表2。

5.1.3 联合预压阶段

通过观测，所有断面累计沉降量变化趋势具有一致性，呈现为前期阶段沉降速率大，中、后期逐步趋于稳定。相比其他超载预压，该阶段沉降速率收敛速度更大，可有效缩短联合预压时间。检测可知，该阶段开始阶段最大沉降速率为33 mm/d，结束阶段最小沉降速率为2.5 mm/d。整体来讲，在软基处理中，真空—堆载联合预压法加固效果良好，可降低工后沉降，并减少整个施工时间，相比一般10 mm/d堆载预压法，沉降速率更快。

5.2 水平位移观测

在公路路堤稳定性判别中土体侧向位移速率起决定作用。通过监测土体水平位移变化，可了解各个阶段土体侧向变形特点。

5.2.1 真空预压阶段

经观测，在砂垫层铺设之后，所有测斜管都出现了向外挤出变形情况，为20 mm水平位移量。在抽真空过程中，所有测斜管都出现了向加固区域收缩变形的现象，其中接近鱼塘的2号管最为突出，经30 d观测，水平位移为300 mm，这种情况下，在距离加固区域4 m沿线处出现了裂缝现象，这表明这种加固方法，可防止土体出现剪切破坏，相比超載预压加固法，加固效果更好。

5.2.2 真空—堆载预压阶段

每一次堆载的同时，都会出现挤出位移现象，通常在堆载1、2天后即可达最大值，并随着收缩位移，在3d、4d后即可达到稳定状态。在堆载过程中，向外位移最大的为第一堆载环节，以1～3号测斜管观测，见表3。第二、三次堆载时，向外挤出位移越来越小，呈降低趋势，最后达到20 mm以内。

5.2.3 联合预压阶段

此阶段，所有测斜管整体位移均向内改变，在预压时间增长的过程中，向内变化速度将越来越缓慢，最终达到稳定状态。1～3号测斜管整体向内位移量分别为18.7 mm、8.6 mm、24.5 mm。上述3根测斜管内，开始阶段存在最大日位移量，即2.0 mm，结束阶段为最小日位移量，仅有0.4 mm。因所有测斜管均出现向内变化，则表明在该环节真空荷载发挥了巨大的作用，促使土体不断向内收缩变形。

6 结语

综上所述，在公路工程建设规模逐步扩大的今天，越来越公路修建在软土地基上，为保证路基稳定性，必须采取科学有效的措施进行路基加固处理。象真空—堆载联合预压法的应用，可有效提升工程质量，通过上述分析，可得出如下结论。

（1）为了更好地了解真空—堆载联合预压法的应用效果，该文对真空—堆载联合预压法加固软基变形特点及加固机理进行了阐述，从而确定该加固技术可达到提高路基稳定性的目的。

（2）依托某公路工程，该工程软土层深厚，在综合考虑多种因素的基础上，经商议，决定选择真空—堆载联合预压法加固软土地基，通过规范施工流程，可提高施工质量。

（3）施工后，通过表面沉降观测、水平位移观测监测软基沉降情况，由此得出，加固后可有效控制沉降量，可达到良好施工效果。

参考文献

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