真空堆载联合预压在温州围垦区市政道路中的应用

王荣芳

(天津市政工程设计研究总院有限公司 天津市 300191)

0 引言

真空堆载联合预压法[1]对于处理深厚淤泥及淤泥质土具有处理效果好、加荷时间短、施工安全方便、地基不易失稳[2-3]、经济效益好等优点，其设计理论、施工工艺等都已经比较成熟，在沿海围垦区淤泥及淤泥质土地基处理中得到了广泛应用。以温州围垦区市政道路项目为依托，结合真空堆载预压软土地基处理的监测成果，统计分析真空堆载预压处理地基的沉降变形和土体特性、参数的变化规律，为理论研究提供参考资料，也为以后类似工程的地基处理提供参考依据。

1 项目概况

1.1 工程概况

项目区位于温州市经济技术开发区滨海新城瓯飞起步区内，瓯江与飞云江之间的滩涂，东临东海。本次拟建工程为围垦起步区内的12条市政道路及配套工程，其中主干路2条，次干路4条，支路6条，道路宽度20～50m。

1.2 主要技术指标

(1)路基工后沉降：一般路段≤30cm。

(2)地基承载力≥80kPa。

(3)连续5昼夜实测沉降速率≤0.5mm/d；根据实测沉降曲线推算的固结度≥85%；残余沉降或工后沉降值满足设计要求。

1.3 工程地质概况

项目区地貌属海积平原，现状场地均为浅滩吹填，场地表层5m冲填土进行过塑料排水板预处理，地形相对平坦。本次勘察路段在勘探深度范围内岩土层划分为7个工程地质层组，14个工程地质层及1个夹层。其中第1层为吹填土层，第2、第3层为海积相的淤泥和淤泥质土，其物理力学性质均较差，承载力低，各软土分层厚度及参数见表1。

表1 岩土分层及其参数

2 道路软基处理方案

2.1 软基方案比选

目前国内外出现了很多适用于吹填土的处理方法，最常用的是复合地基法及排水固结法。

复合地基法是指在地基处理过程中对天然地基部分土体采取增强、置换、加筋等措施，由天然地基土体和增强体两部分组成的人工地基，其本质是通过桩和桩间土共同直接承担荷载，能够有效地减少软土层的总沉降和工后沉降，缩短工程工期。目前比较常用的复合地基方法有水泥搅拌桩、旋喷桩、灰土挤密桩、CFG桩等。

排水固结法其基本原理是软土地基在附加荷载的作用下，逐渐排出孔隙水，使孔隙比减小，产生固结变形，随着土体超静孔隙水压力的逐渐消散，土的有效应力增加，地基抗剪强度相应增加，并使沉降提前完成[4-5]。目前比较常用的复合地基方法有堆载预压、真空预压、真空堆载联合预压等。

表2 软基路基处理方案对比表

由表2可以看出，真空堆载联合预压造价远低于水泥搅拌桩和旋喷桩，其兼具了堆载预压、真空预压的特点，具有处理效果好、加荷时间短、施工安全方便、地基不易失稳、经济效益好等优点，因此该工程选用真空堆载联合预压进行软基处理。

2.2 设计技术要点

道路软基处理采用真空堆载联合预压，处理面积约210000m2。结合道路平面位置情况，共分为10个分区，每个分区面积不超过25000m2。

主要施工工艺包括：场地平整→铺设高强度编织布→打设塑料排水板→布设排水主管、支管→连接塑料排水板、排水管→铺设2布2膜→施工密封沟(密封墙)→连接抽真空设备→埋设监测仪器→抽真空→堆载→抽真空→满足设计要求后卸载→效果检测。

图1 真空堆载联合预压横断面图

(1)排水系统

竖向排水系统采用B型塑料排水板，间距1m，板长20m。水平排水系统采用直连技术，通过使用蝶形排水接头将排水主管、支管和塑料排水板直接相连，消除传统真空预压工艺真空度传递过程中砂垫层、滤管、滤膜的阻尼作用，提高了真空荷载的利用效率，进而提高土体和排水板的压力差，增加有效应力，缩短加固时间，提升加固效果。由于现状地表均为淤泥质土，为防止塑料排水板与管道接头的堵塞，本次保留了30cm砂垫层，同时可作为水平排水通道，与传统真空预压50～60cm砂垫层相比，大大节约了中粗砂资源，降低了材料的使用费用，具有十分良好的经济效益。

(2)密封系统

密封系统采用2步2膜工艺(2层无纺土工布+2层防水土工膜)，外侧设置粘土密封沟，确保加固土体与大气的有效隔绝。对于部分淤泥夹砂路段，外侧设置15m粘土密封墙，密封腔穿透淤泥夹砂层，进入下层淤泥层≥2m。粘土密封墙采用双排搅拌桩工法施工，桩径0.7m，搭接宽度≥0.2m，渗透系数≤1×10-6m/s。

(3)抽真空系统

采用真空射流泵，射流泵装置按1000m2左右布置一套，真空压力不应小于95kPa，膜下真空压力不小于85kPa。

(4)堆载

膜上堆载高度1.5m，堆载在真空预压满载30d后进行，采用场地内开挖土方进行堆载。为避免造成防渗土工膜的破坏，膜上堆载应分级加载，每级堆载高度0.5m，加载过程中地基向加固区外的侧向位移速率应小于5mm/d，沉降速率应小于30mm/d。

(5)沉降计算

依据岩土工程勘察资料，用分层总和法对沉降进行计算，将真空度(大气压力差)85kPa和1.5m土方堆载25kPa作为附加应力计算真空堆载联合预压的沉降，采用理正岩土7.0进行分析计算，压缩参数采用e-p曲线法。真空堆载联合预压210d，路基总沉降为1.297m，路面竣工后基准期内的残余沉降为0.124m，可满足路基工后沉降30cm的要求。

3 软基处理结果分析

3.1 沉降结果分析

本项目真空预压共分为10个分区，其中1～4分区于2011年5月开始平整场地、铺设土工布、插打塑料排水板，8月开始真空预压，9月上旬完成1.5m土方堆载，路基堆载预压时间约7个月，2022年3月沉降趋于稳定，现正在进行管线配套的施工。

为了对软基处理的效果进行分析，本次通过沉降及固结度来评定加固效果是否满足预期要求。道路每20m设置一处沉降断面进行监测，选取四个不同分区路中沉降监测结果的平均值进行分析。真空堆载预压210d，卸载前连续5d实测沉降速率为0.4mm/d，路基的累计沉降为1273mm。

图2 实测沉降随时间的变化曲线

根据实测沉降曲线采用三点法进行最终的沉降量和固结度预测，卸载时地基的平均固结度为95.1%，可满足道路建设的要求。

S∞=[S3(S2-S1)-S(S3-S2)]/[(S2-S1)-(S3-S2)]，Ut=St/S∞

式中：S∞为最终沉降量；S1、S2、S3分别为t1、t2、t3时刻的沉降量，t3-t2=t2-t1。

不同时刻的沉降量、固结度结果见表3。

表3 不同时刻沉降速率、沉降量、固结度

3.2 钻孔取样实验结果分析

对地基处理前后四个分区不同土层的含水率、孔隙比及压缩模量、固结快剪黏聚力、摩擦角等强度指标进行统计对比分析，结果见表4。经真空堆载联合预压处理后，随着土体孔隙水的消散与排除，降低了其含水率，使得土体固结压缩，孔隙比减小，粘聚力和摩擦角增大，土体的物理力学性质得到很大改善。

表4 加固后土体主要物理力学指标

3.3 现场载荷试验

对处理后地基进行现场平板载荷试验，四个分区处理后的场地承载力分别为87.4kPa、84.8kPa、87.2kPa、86.1kPa，平均地基承载力86.4kPa，较处理前提高约57%，可满足道路及配套设施建设要求。

4 结语

(1)结合温州围垦区市政道路项目现场监测结果分析，经真空堆载联合预压进行软基处理，土体的各项物理力学指标均得到明显改善，可满足道路及配套设施建设要求，真空堆载联合预压对于围垦吹填区深厚软土的处理是经济适用的。

(2)工后沉降是围垦吹填区道路建设最重要的设计指标，根据本项目监测结果，规范要求的固结度≥85%要求偏低，建议适当延长真空预压时间，按照沉降速率≤0.5mm/d控制，可有效减少路基工后沉降，更能保证工程质量。

(3)根据本项目沉降观测结果，真空堆载联合预压前30d的沉降量接近总沉降的50%，沉降速率较大，为避免堆载后的附加土压力造成密封膜的破损，建议堆载时间在抽真空后不小于30d。