基于低位真空预压技术的城市道路软土地基加固方法

2021-04-10李国权

工程技术研究 2021年9期

李国权

广东瑞迅建设集团有限公司，广东佛山 528200

软土地基加固处理对于城市道路工程建设效果影响重大，前期加固是否可靠有效，直接关系着后期工程结构的整体性能，决定了工程运营后是否会出现沉降、开裂等质量病害。软土地基加固技术的选择需要考虑的因素诸多，而低位真空预压技术应用具有较强的适应性，对于城市道路软土地基工程具有良好的应用效果。但是要想达到与预期一致的施工质量，就必须把握好每一个施工细节，保证各个环节执行的规范性与专业性。

1 软土地基特性

软土地基指由淤泥、淤泥质土、杂填土、吹填土及其他高压缩性土层构成的地基，具有较高的含水量，一般可以达到35%～80%，孔隙比为1∶2，剪切强度比较小，大多数情况下在20kPa左右，最多不会超过25kPa，主要表现为絮状结构，渗透性具有一定的流变性。软土地基的稳定性比较差，在进行城市道路施工时，会有多处地基处于浸泡在水中的状态，如果前期未进行加固处理或者处理不当，在建成运营后受车辆荷载影响，便会出现沉降问题，影响车辆运行安全。但是城市道路工程在规划建设时，为了满足整体规划要求，很多情况下无法完全避免在特殊地质条件下施工，尤其是目前建设用地越发紧张，难免会遇到一些软土地质环境[1]。地基条件直接影响城市道路工程的建设效果，当遇到软土地基时，需要综合考虑现场实际条件，选择最佳的处理方法改善地基条件，满足工程建设要求。

2 低位真空预压技术的特点

低位真空预压技术原理与真空降水法有部分相同，采用水平及竖直相互结合的方式来布置排水通道，建成一个整体的排水通道网，且水平向排水系统与竖向排水体紧密连接，需要将水平排水通道埋设在吹填土的下部，通过吹填土来对管网进行密封处理，保证水平管网内部保持真空状态。在真空负压及吹填土附加预压荷载的共同作用下，使软土地基达到压缩固结的效果，同时吹填层也会在此过程中逐渐固结[2]。通过碎石碾压，吹填土密封层还可以结成碎石基层，减少矿渣的填筑量。结合低位真空预压技术的应用经验，可以确定其所具有的特点如下。

（1）对人工作业的需求量较低，无须通过大量人工堆载，这样便能够在一定程度上省略堆载、荷载及运输材料等工序，在地基处理环节节省了更多时间，更利于工期的控制。

（2）采用低压真空预压技术处理软土地基时，可有效排出受负压影响地基土的孔隙水，使地基固结的时间更短。土层孔隙水排出后，渗流速度增大，地下水位降低，使地基附加压力增大，进一步提高了地基加固效果。

（3）孔隙渗流水的流向及渗流力引起的附加压力全部作用于需要加固的土体，在加固的过程中土体侧向变形非常小，完全可以一次将真空抽足，这样不会因剪切破坏造成地基失稳，也可以缩短地基排水固结的时间。

（4）对于黏性土、边坡、码头等工程，选用低压真空预压技术的优势更为明显，并且地基土越软最终的加固效果越好。

（5）低压真空预压施工对机械设备的需求量更小，前期设备方面的成本投入较小，且所用大型设备的数量少，可满足更多现场条件的施工。在正式进入施工环节后，噪声、振动问题比较小，对周边环境产生的影响也较低。

3 工程案例

3.1 工程概述

文章以某城市道路工程为例，对低压真空预压技术的实际应用要点进行分析。该工程总长度为1423m，宽度为38m。该工程所处区域为亚热带海洋季风气候，每年降水量充沛，平均降水量可以达到1700mm，四季分明，全年无严寒酷暑，并且城市地处沿海地区，受台风影响比较大，5—6月梅雨季节及7—9月的台风暴雨期为集中降雨时间。

3.2 地质条件

工程建设规划地地势平坦，地面高程为2.7～3.3m，经过现场勘查确定地基土层条件：黏土厚度为2.0m，压缩模量为2.65MPa；淤泥质黏土厚度为4.5m，压缩模量为1.40MPa；淤泥含粉细砂层厚度为0.5m，压缩模量为1.90MPa[3]。其中，在淤泥质黏土层中，埋深为3.6～4.5m及5.5～6.2m的位置，土层含砂量增加，两层分布不均匀，呈透镜状与薄层状。

3.3 地基加固方案

在设计低压真空预压加固施工方案时，需要结合工程现场地质条件特征进行分析，合理确定每一项参数，包括塑料排水板打设深度及间距、水平管网间距、达到某一固结程度的预压时间及密封泥层厚度等。综合分析地质土层特点后，最终确定排水板平均打设深度为6.0m，采用正三角形的方式布置，两个排水板之间间隔保持1.0m，选用规格为100mm×4mm的材料作业[4]。水平管网选用直径为60mm的农用PVC排水暗管，间距控制在0.87m。密封层下真空度设定为80kPa，按照三维固结原理，确定水平固结系数与垂直固结系数相同。基于各项参数进行计算，确认地基土层达到80%设定固结度，整个过程需要84d。以基础沉降计算理论为依据，对加固区最终沉降量进行计算，可得到结果为37.8cm，预压后地基固结度达到设定值80%时，沉降量为30.2cm，剩余沉降量为7.6cm。

4 加固施工措施

4.1 打插塑料排水板

根据施工方案内设计的排水板种类和技术指标来选择合适的塑料排水板作为施工材料，然后重点控制打设间距、深度等参数。如果插板深度小于5.0m，同时设计深度内全部为新吹填的泥浆，可选择应用人工作业的方式，工序依次为排水板板位放线、现场定位、人工插板、割板、拔杆、移位[5]。如果插板深度大于5.0m，则需要灵活选择机械设备进行施工，保证施工效率和质量。

4.2 水平管网铺设

水平真空管网系统施工可分为水平支管与水平干管两种，主要负责真空压力的传递，并且对经过塑料排水板排出的水进行导流，使其排入真空集水井。正式施工时，水平支管要按照平行板宽度方向铺设，每排排水板均要与支管进行复式搭接，控制好搭接长度，并要求进行可靠固定。水平干管则可以选择应用直径为200cm的PVC材质双壁波纹管，选择承插口的方式对干管进行连接，并用土工布来对连接处进行包裹，最后在外部用铅丝捆扎。干管可通过胶管连接真空集水井，将排水板排出的水引入其中。另外，需要通过所用支管的数量来确定干管需要设置的孔洞数量，要求每根支管均与干管上的一个孔洞对应，并且要插入其中，利用土工布包裹，确保能够完全覆盖支管与干管间缝隙，最后在外部利用细扎丝固定。

4.3 安装抽真空系统

系统包括往复式真空泵、潜水泵及附属设备。真空泵必须安装在固定的平台上，潜水泵设置在真空集水井内，利用耐压软管来连接真空泵与缓冲罐，缓冲罐与真空井之间同样利用耐压软管进行连接。

4.4 吹填泥封层

在水平真空管网上部吹填淤泥或粉质黏土浆液等，确保可以形成真空预压系统的顶部密封层。在泥封层吹填完毕后，便可以对各加固分区的抽真空系统进行真空操作，真空泵排气后可以产生负压，促使软土地基中的孔隙水汇集，并将其引入真空集水井内，最后通过潜水泵将其排出。

5 加固效果

5.1 地基沉降量

地基沉降观测的对象为打设塑料排水板及真空泵预压加固两个作业环节中产生的沉降量。确定前者平均沉降量为3.5cm，主要是因为加固深度内土体在打设排水板后，地基土层排水距离缩小，改善了排水条件，受自重及设备影响，土体排水固结产生沉降。详细分析后可知，施加真空60d后地基土平均固结度达到94%，加固到90d后，平均固结度已经超过96%，随着时间的推移，沉降量在逐渐减小。

5.2 地基孔隙水压力

选择其中一个单元为对象进行观测，孔隙水压力计与排水板的水平间距控制在0.2m，埋深分别为1.0m、3.0m与5.0mm。观测后发现三个不同位置的孔压计的孔隙水压力在加固过程中存在相同的消散规律，孔压计埋深越小，孔隙水压力与真空度变化表现越同步；在孔压计埋深较大的情况下，孔隙水压力变化值较小，即随着埋深的增大，真空度损失增大。