公路工程真空预压法处理软基施工技术

宫树军

（赞皇县交通运输局公路服务保障中心，河北石家庄 051230）

1 工程概况

某高速公路工程路线全长12.3km，路面宽度为26.4m，工程所在地临近河流，经前期勘察得知，工程所在地的地基内部存在大量的软土底层，其软基呈现高压缩性、大孔隙、低密度、高含水率的特点，如直接在软基表面开展路基建设，势必会造成公路沉降问题的发生。因此，为有效保证公路的建设安全，研究决定采取真空预压法对地基的软基问题进行处理，本文对该工程真空预压法软基处理技术展开分析。

2 公路真空预压法软基处理技术的应用

2.1 真空预压加固原理

（1）真空预压技术是采用真空泵设备将膜内软基土体中的水和气体抽出，使密封膜下形成真空环境，然后在密封膜上方施加荷载，通过真空和荷载的双重作用下，会使软基土体承受的压力增加，而土体结构内部的孔隙压力减少，最后在外界压力与土体结构内部压力差的作用下，软基土中的水发生不稳定渗流，经渗流得到的水沿着提前设置好的排水板排出，经排水板排出的水上升至地表后再利用真空泵抽出。

（2）经过长时间的真空预压，软基土中的孔压会逐渐降低，而降低的孔压可以转变成有效应力，其在真空环境下形成的有效应力越大，则软基的加固效果越好，由于真空环境主要是将软基内部的水分排出，以增加土体之间的应力。因此，此方法并不适用于所有的软土地基，一般对用于淤泥、淤泥质土以及其他可以形成负超静水压力的黏土中[1]。

2.2 真空预压法施工工艺

2.2.1 清表

本工程软土地基真空预压施工前，施工单位要先将软基表面清理干净，并对软基表面采取必要的加固措施，以避免真空预压时的砂垫层延基发生水平位移，或因软基中的草皮、树根等杂质而产生不均匀沉降，最终影响真空预压施工的正常进行，在软基表面清表施工中，针对软基范围内存在的树木、灌木丛均要在施工前移植或砍伐处理，针对软基表面的杂草、垃圾、腐殖土等应全部开挖清除，开挖后得到的腐殖土集中堆放，统一处理，针对软基中存在的暗塘，应将暗塘中的淤泥土质挖除干净，使其露出新土，针对软基承载力过低的区域，可在其表面铺筑土工织物，使其满足砂垫层施工要求即可。

2.2.2 砂垫层铺设

软基表面清理干净后开始砂垫层的铺设，本次真空预压施工中砂垫层分为2层铺设，其中第1层砂垫层铺设于软基表面，目的是增加地基承载力，同时起到排水作用，铺设时主要采用粗砂垫层，材料可选择使用鹅卵石或碎石，选择的材料其最大粒径宜不大于5cm，含泥量宜不大于3%，粗砂垫层铺设其厚度宜控制在10cm左右，垫层的渗透系数保持在10-3～10-2cm/s[2]；第2 层砂垫层铺设于排水板上方，铺设时间在排水板及排水管道安装完成后，铺设目的是增加软基排水速度，第2层砂垫层铺设时采用中粗砂材料，铺设厚度宜保证覆盖排水管道10cm以上，砂垫层的渗透系数与第1层保持一致。

2.2.3 排水板打设

（1）粗砂垫层铺设完成后即可开始排水板打设施工，根据工程实际情况，本次排水板打设施工主要采用塑料排水板，在排水板打设前，施工人员先在场地内组织测量放样，明确每个排水板的精确位置，同时安排人员对插板机进行调试，准备工作完成后，将插板机移动至排水板的位置上方，并将桩靴安装于插板机上，桩靴安装后其最大误差不得超过4cm，如检查不合格不得施工，如检查合格则开始排水板打设施工。

（2）塑料排水板打设施工时其主要布置形式为正方形，每块排水板之间的距离保持在1m，打设过程中安排施工人员实时监测，避免排水板的最大垂直度偏差超过1.5%，待排水板打设至设计的深度后拔出管桩，在管桩上拔过程中施工人员要避免出现回带现象，如发生回带且回带长度在50cm以上，则施工单位需补打施工，待管桩上拔完成后，剪断塑料排水板，使桩靴及塑料排水板留置于软土中，并保持塑料排水板外露25cm[3]。

2.2.4 密封墙施工

为确保软基整个真空预压区域的密封状态，在排水板打设完成后，要在其软基加固区域设置密封墙，本次施工密封墙采用双搅拌桩的形式，桩体的直径为70cm，桩体深度为7～12m，桩间距保持在50cm，桩体施工时先利用桩机打孔，然后再利用泥浆灌入施工，在密封墙施工时泥浆池设置于施工现场，与桩机的位置保持在合理范围内，以确保泥浆可以及时供应，在泥浆灌入时泥浆比重保持在1.40 左右，深入比例控制在30%～40%，待泥浆灌入后及时检查桩体的质量，以确保软基区域的密封性。

2.2.5 真空滤管安装

排水板及密封墙施工完成后安装真空滤管，其主要作用是实现软基内部的横向排水，同时连接各个排水板实现完整的排水系统，本工程真空滤管主要采用钢管，其表面布置有梅花形的滤水孔，孔径大小为8～10mm，孔距为50mm，滤管的抗压强度在1MPa 以上，安装时通过软管或塑料管相连接，然后利用铅丝绑扎牢固，在软基中间区域真空滤管采用四通管相连接，两侧位置采用三通管相连接，拐角位置采用双通管相连接，真空滤管安装完成后埋设中粗砂垫层下方约10cm的位置，且各管道之间连接密实[4]。

2.2.6 密封薄膜施工

（1）排水管道施工完成且砂垫层铺设后在其表面铺设密封膜，本工程真空预压施工采用的密封膜为聚乙烯薄膜，砂垫层表面共设置3层薄膜，每层薄膜的厚度为0.12～0.15mm，为避免薄膜铺设后出现破损问题，在密封膜铺设前施工人员要将砂垫层表面存在棱角的材料抹平，同时将其表面整平并铺设一层250g/m2的无纺布，经处理完成后再选择无风、无雨的天气一次完成密封膜的铺设，每层铺设后施工单位均要检查密封膜表面是否存在破损问题，如发现存在破损现象，及时安排施工人员进行修补，如检查合格则进行下一层密封膜铺设，直至3层密封膜全部铺设完成。

（2）密封膜全部铺设完成后，为确保密封膜的密实性，对密封膜进行压膜处理，压膜前先在其周围开挖压膜沟，本工程压膜沟开挖采用小型挖掘机作业，开挖深度根据现场实际情况综合确定，其最小开挖深度不得低于150mm，待压膜沟开挖结束后，将密封膜分层压入沟内，其压沟深度应保持在15～20cm，待压膜完成且未出现密封膜破损问题后，采用黏性土将压膜沟回填，为确保密封膜的性能，回填土的高度保持在1m以上[5]。

2.2.7 抽取真空环境

（1）密封膜施工后安装真空设备抽取真空环境，依据工程的实际地质情况以及施工要求，本次选择的真空设备为真空射流泵，该设备能形成96kPa 的真空度，在初期可负担1 000～1 200m2的加固面积，后期可负担1 500～2 000m2的加固面积，完全满足工程的实际要求，在真空泵安装时，先检查机械本身的性能，其功率应大于7.5kW，经检查性能合格后开始安装，同时每个区域准备2～3 套，待安装完成后检查真空泵的气密性并开始试抽真空。

（2）真空泵试抽真空期间要确保密封膜上不存在覆水现象，抽真空过程中安排人员检测真空泵的运转情况以及密封膜的密封性，如发现真空泵或密封膜存在问题，则应立即停止施工进行处理，待解决问题后再重新抽真空施工，如试抽真空阶段密封膜下的真空度满足设计要求，且3d内保持恒定，则可以开始正式抽终孔作业。

（3）在正式抽取真空过程中要将密封膜上方覆水，其主要目的是避免密封膜遭受阳光直射而发生破损，同时增加密封膜的荷载加快土体的加固速度，在正式抽取真空阶段先开启真空泵使膜内的真空度达到设计要求，然后持续真空预压120d，已完成软基的加固，在真空预压过程中，施工单位要安排专人负责监督整个过程，同时将预压阶段所有的数据详细概率，以便于参考，待真空预压至土体固结度在85%以上，且软基土体连续5～10d的沉降量均在2mm以内，表示加固完成开始卸载施工[6]。

2.2.8 卸载回填

（1）真空预压卸载时应先停止真空设备，并依据设置的控制点，利用标记明确密封膜的压模沟，然后组织施工人员将真空泵拆除，并按顺序运输至施工场地外，经运输后的真空泵施工单位要合理存储，避免发生设备破损问题，最后将密封膜从压膜沟内挖出，同时将设置的滤管抽出，并运送至场地外完成卸载工作，待真空预压卸载后，施工单位要利用干燥的素土将地基回填至地面高程。

（2）本工程地基回填施工采用的素土入场前要经过试验检测，以确保填土的性能满足要求，经检测合格的填土利用运输车运送至施工场地填筑作业，填筑时采取分层填筑的方式，每层的填筑厚度保持在50cm，填筑时采用推土机整平，局部机械无法施工的位置，可由人工填筑，待地基回填施工完成后，安排人员检测回填高度，其回填土与地面的高度误差宜控制在10cm以内，如经检查合格则可开始路基施工。

2.3 真空预压过程监测

（1）荷载监测：真空预压施工中，施工单位要做好预压过程中的监测工作。其中针对本工程真空预压中的荷载监测，主要监测方式为在待处理区域内铺设塑料排水板，然后对该区域内的真空度进行监测，如在真空预压监测过程中发现经真空预压的3个月中，密封膜内的真空度呈现下降趋势，则表明通过本次真空预压可以有效地增加土体的荷载能力，如经真空预压3 个月中，密封膜内的真空度未发生明显的变化，则证明本次真空预压未能增加土体的荷载能力，此时施工单位要及时分析其原因进行处理，以确保软基的预压效果。

（2）位移监测：施工单位在真空预压过程中要做好位移监测，所谓的位移监测其实是对预压区域下软土的水平移动情况的监测，根据实际的试验结果表明，软土的水平位移与土体的深度存在一定的关系，土体的深度越大其水平位移的距离越小，土体的深度越小其水平位移的距离越大，其中水平位移最大情况为土体深度为4.8m的区域。因此，为避免本工程真空预压过程中出现软基水平位移的现象，施工单位可着重对软基土4～6m区域内的土体进行监测，监测过程中如发现土体存在水平位移，则施工单位要及时采取处理措施[7]。

（3）沉降监测：本工程软基真空预压过程中势必会造成土体的沉降，在真空预压过程中，预压前期软土中的水分含量较多，此时土体的沉降速度较大，但随着真空预压时间的增加，软基中的水分逐渐减少，其土体的沉降量逐渐趋于平缓，因此，要确保软基的沉降量施工处于要求的范围内，施工单位可采用沉降板实现对土体沉降量的监测，如监测过程中，施工单位发现软基的沉降量超出设计要求，或为达到设计要求，则施工单位可适当调整真空机参数，以确保其沉降量处于要求范围内。

（4）水位监测：本工程软基下方存在大量的地下水，在预压过程中其地下水位的高度会发生变化，一般变化区间在10m左右，当真空预压结束后地下水位可以在较短的时间内恢复至原高度，如在真空预压过程中地下水位的高度浮动出现异常，证明真空预压过程存在问题，若不能及时处理将会影响软基加固效果，因此，为避免此类问题的发生，施工单位在真空预压过程中要做好水位的监测，一旦监测过程中水位高度变化存在异常，或预压结束后地下水位没能及时恢复，施工单位要及时分析其原因并进行处理。

3 结语

采用真空预压法处理公路软基问题，施工单位可以在短时间内完成大面积的软基处理，同时在处理过程中无需使用大量的材料，且真空预压整个施工过程没有噪声、污染现象，这完全符合我国公路的建设要求。因此，为有效地保证公路真空预压的施工效果，施工单位在真空预压施工中应充分了解其处理原理，然后依据正确的施工工艺的施工，做好施工中的监测工作，以保证软基的处理质量，确保公路的使用性能。