PVD堆载预压技术在马来西亚东海岸铁路路基工程中的应用

2022-07-13梁鉴源

交通世界 2022年17期

梁鉴源

（中交四航局第一工程有限公司，广东广州 510000）

0 引言

软土路基处理不当会导致地基沉降过大，在对软土路基进行处理时，应将严格控制路面沉降量作为目的。目前，我国的真空预压技术发展较为成熟，施工方法较为便捷，对地基的加固效果较理想，施工成本控制得当，所以该技术获得了广泛的应用[1]。传统的地基处理方法需设置竖向排水体，如排水板、袋装砂井等，这种处理方法排水量不够大，且可能会出现井阻现象，实践效果不理想。所以需对新型竖向排水体进行研究分析，以降低井阻、真空压力的损失，提升排水加固的效果，严格控制地面沉降。

1 工程概况

我国在马来西亚承揽的某铁路建设项目，总长75km，路基长63km，挖方为521万m3，填方为764万m3。全路段需要处理软土地基，路基边坡采取1∶2 的比例设置，还需做好坡面绿色植草防护施工。

2 施工方案

本段路基土石方工程最大填高为12.3m，平均填高为5.5m；最大挖深为35m，平均挖深为6.2m；该场地表层无填土或局部有少量填土，表层为0.1～0.5m 软土硬壳层，软塑；以下为深厚软土，厚10～30m。现场采用真空联合堆载预压法处理软土地基，塑料排水板不应穿至下部粉砂层（塑料排水板一般距砂层顶面1～2m），处理单元周围表层采用5m 长的泥浆墙封闭，真空预压期6 个月。真空预压开始时真空预压保持在80kPa 负压，负压10～20d 后开始填土堆载。软基处理地段均先进行试验段施工，取得科学合理的施工参数后方可进行正式施工。

3 PVD堆载预压技术

3.1 PVD设计

以软土蠕变原理为基础，使用分层总和的沉降计算方法来规划PVD 设计，厚度设置为4mm，宽度设置为10m，插入地下的深度设置在10m 左右。以机械现场施打深度和地勘资料为基础做好相关调整工作，按照间距为0.8m的等边三角形布置。

将既有的路基全部清理干净，使用A 组中粗砂、1层2 布1 膜不透水土工布、填料来完成路堤基床填筑施工；使用B 组填料完成本体上部填筑施工；使用C 组填料完成本体下部填筑施工。将渗水填料填筑到防护高程以下位置，按照1∶1.25 坡率堆载完成防护高程以上填筑施工，显著提升边坡的稳定性和安全性。

3.2 PVD施工

使用垂直插打PVD 的方式完成排水固结法竖向排水通道设置工作，使用的主要方法为堆载法。沉降控制标准要满足固结度90%以上，在铁路交付使用后的半年内，沉降量要控制在2.5cm内。

（1）垂直PVD 施工流程为：铺设砂垫层→放样板位→就位机具→插设PVD→拔出导管→截断排水板→移位机具→埋设板头。

（2）竖向排水体内的真空变化。真空压力传递的流程通常为：主管→支滤管→砂垫层→排水体→土层。通过深入研究发现，真空压力在砂垫层中传递的速度最快，且压力损失量比较小。真空压力在竖向排水体内传递的速度最慢，且压力损失量较大。

不同结构类型的竖向排水体，其内部的真空压力变化情况存在较大的差异。对多种不同结构类型的竖向排水体内的真空压力变化情况进行试验，结果为：袋装砂井深3.8m,15m 处的真空度分别为74%,22%，可以发现真空压力的损失随着向下传递深度的增大而增大，这直接反映出在袋装砂井中设置软管可扩大地基下方的真空压力，能提高地基排水加固效果。就150mm 宽的PVD 而言，地基深3.8m,15m 处的真空度分别为63%,44%，真空压力损失情况相较袋装砂井而言得到明显改善，这一点从地基下方10m处开始越来越显著。之所以出现这种现象，主要是因为袋装砂井中真空压力受到的阻力较大，而150mm 宽的塑料排水板结构组成简单，排水畅通，真空压力传递过程中受到的阻力较小。

（3）桩尖与PVD 要连接牢固，防止在提管时出现脱节的情况。在打设施工时，PVD 不可出现扭曲的情况。在PVD插入施工时，采取静压施工设备完成施工任务，不可使用射水、锤击或振动等下沉插入施工策略。

（4）严格按设计标准选择塑料板尺寸，单位长度质量应大于70g，抗拉强度大于2.8kN/m2。

（5）芯板的柔性和耐腐蚀性要满足设计标准，显著提升PVD 的耐久性，确保其在土体固结变形时不会出现破裂或折断。依据设计的深度和间距施工，在PVD 与套管同时拔出时，带出长度要控制在0.5m 内，否则需重新施工。

（6）使用遮阳布将施工现场堆放的排水板盘带覆盖严密，防止其在空气中暴露。

（7）PVD 预留出的孔口长度要确保能深入碎石垫层0.3m 以上，与碎石垫层保持畅通，碎石垫层中地下水能顺利排出。

（8）碎石垫层施工顺序为：铺碎石→洒水→压实→检测。通过试压确定压实系数和压实厚度，砂石质量比标准见表1。

表1 砂石质量比标准

（9）不能将PVD 接长使用，泥土等杂质不可混入套管中，如混入应及时清理干净。

3.3 堆载预压

（1）堆载预压的填料最好不要使用含垃圾的杂料或淤泥土，依据路基设计通用图来观测沉降和填筑施工，积极采取措施防止预压土对填筑好的路基造成影响，相邻两区段上下两层填筑接头位置处错开的距离保持在3m以上。

（2）堆载预压土应边推土边压平，确保顶面平整。

（3）分两层挖除预压土，第1 层施工由机械完成，挖掘到预压土底部0.3m 位置处时，剩余部分采用人工挖掘。施工不得对基床本体上部顶面造成影响。

（4）堆载预压施工时需保护好沉降观测设备，人工填筑整平沉降观测四周1m 范围内的路基，及时修复损坏的沉降观测设施。

（5）堆载预压施工时应安排好土方施工顺序，施工到基床表层底面设计标高位置时，开始填筑预压填土至设计的标高[2]。观测结果满足设计标准时，将堆载土清理干净，接着完成基床填筑施工。

4 沉降观测

沉降观测的主要指标有堆载体边坡水平位移、孔隙水压力和沉降情况[3]，监测主要分为初始阶段、堆载上土时和进入堆载期后3个阶段。

（1）使用沉降观测板完成沉降观测任务，顺着线路方向每隔50～100m 设置一个观测点，使用钢板完成钢管焊接施工，在砂石垫层表面以下30cm 位置埋设钢板，钢管要比堆载土体表面长出10cm。

（2）顺着线路方向每隔50m 设置1 个孔隙水压力计，并将其放置在线路中线位置富水软土中，使用膨润土垫封堵孔隙水压力计上下两侧，防止四周地下水和砂石垫层对试验数据造成干扰。

（3）在正线孔隙水压力计安置的同一里程，要与线路中线处保持一定的距离，对四周没有使用PVD 堆载预压的原状土层中不同天气情况下的地下水位进行监测，以便为后续施工提供参考依据。

（4）监测坡脚水平位移，使用醒目的颜色标记镀锌钢管，将其安置在沉降观测点相同里程与线路中线有一定距离处，对称布置在路基两侧，使用全站仪做好其位置变化监测。

4.1 地表沉降变化规律

在上部堆载作用和真空压力的影响下，地基沉降值发生了一定的变化。在抽真空的最初阶段，受密封沟漏气和局部膜面破损的影响，真空压力值非常低，沉降发展和压力值上升的速度较慢。采取措施修复密封系统后，真空压力值的上升速度很快，带动沉降值变化比较明显，同时加快了地基排水固结的速度。在开展预压堆载前，断面中心实际测量到的沉降值分别为114cm,100cm，使用厚度为3m 的预压土方填筑施工后，地基的附加应力发生了明显的改变，加快了固结沉降变形速度。在抽真空停止前，断面中心实际测量的沉降值达到了171cm,130cm。

对地基沉降值和沉降速率而言，上部填土预压荷载、真空压力大小、持续时间和稳定状态等都会带来严重影响。施工中应不断地提升施工区域的密闭性，使软土地基快速固结，确保真空压力始终稳定。在预压施工的最初阶段，袋装砂井的地基沉降值要比150mm 宽PVD 的地基沉降值略小，但二者间的差异也较小。在进行预压的过程中，随着填土荷载和真空压力的不断变化，袋装砂井的地基沉降值会逐渐地小于150mm宽PVD的地基沉降值。

4.2 竖向排水体内真空度衰减规律

在真空压力传递过程中，砂垫层的真空压力传递速度最快，压实损失也较小。然而在竖向排水体内传递真空压力时，随着地基深度的不断变化，传递速度会改变，压实损失也较大，不同结构类型的竖向排水体内的真空压力传递规律也存在很大差异。

对两种竖向排水体内真空衰减情况进行分析后发现，在袋装砂井中，深度为3m 处的真空度为膜下真空度的81%，深度为8m处的真空度为膜下真空度的74%、深度为15m处的真空度为膜下真空度的22%，板内真空度的衰减值达到了7%左右。随着深度的不断增加，真空衰减也会增加，这充分说明，将辅助软管插入袋装砂井后，地基深处的真空压力增加，对提升地基深层排水固结效果起到了促进作用。在150mm 宽PVD 中，深度为3m 处的真空度为膜下真空度的81%、深度为8m处的真空度为膜下真空度的63%、深度为15m处的真空度为膜下真空度的44%。相比袋装砂井的真空度，其真空衰减程度更理想，10m以下位置处的板内真空度要比袋装砂井的真空度高一些。究其原因为，在袋装砂井中，真空压力传递速度会受阻力的影响而降低；而150mm 宽PVD 的通水性较好、结构简单，因此其真空压力传递速度更快。