真空联合堆载预压法处理软土地基的施工与检测

真空联合堆载预压法处理软土地基的施工与检测

[摘要] 对双高公路和双积公路中软土地基处理设计中选用的真空联合堆载预压法的施工和检测中的主要设计要点做了阐述。

[关键词]软土地基，真空联合堆载预压法，施工工艺，处理效果检测

一、 真空联合堆载预压法概述

真空排水预压法加固软土地基属于排水固结法的一种。运用该法加固软土地基时，先在欲加固的软土地基上按一定间距打设塑料排水板或袋装砂井（统称垂直排水通道），然后在地面上铺设一定厚度的砂垫层，再将不透气的薄膜铺设在砂垫层上，借助于埋设在砂垫层中的管道，通过抽真空装置将膜下的空气和水抽出，使土体得以排水固结。

真空联合堆载预压法是利用抽真空来加固软土地基的一种较为经济高效的软土地基加固方法。适合加固含水量较高的软土地基。该处理方法近年来建设的青岛市滨海公路（南段）工程、青岛经济技术开发区北部工业园主干道路网工程以及与本工程临近的青岛出口加工区南海一路及其区内主要路网等软路基处理工程中均部分采用了该处理方法，本次在双高公路和双积公路的建设中得到了大范围的应用。

二、项目概况和技术内容

青岛双高公路和双积公路的工程地质勘察结果表明，项目所在地基本为海湾滩涂、虾池和盐田等，软土层含水量大，强度低，属高压缩或中等压缩性软土，该路段在上部填土，路面结构以及使用荷载作用下，将产生较大的沉降。在上部建构筑物建设之前，需要进行以消除沉降，提高土体强度为主要目的的软基处理。

根据青岛高新区双高公路和双积公路的工程地质勘察结果及项目施工进度安排，经过比选，最终选用真空联合堆载预压法处理一般路基范围的软土地基，桥头区域内的软土地基采用水泥搅拌桩复合地基法处理。

采用真空联合堆载预压方案，即在软土预压区四周设置粘土帷幕，然后打设塑料排水板，铺设密封膜并抽真空，利用大气负压代替堆载对软基进行预压，并联合30 kPa的堆载，使软基中的孔隙水固结排出，达到消除沉降，提高土体强度的目的。

三、施工工艺及技术要求

1、施工工艺

场地地表水疏干→场地平整→铺设一层土工布→铺设下层风化砂垫层→铺

设下层排水砂垫层→粘土帷幕、打设塑料排水板（机具就位→定位→塑料排水板穿靴→沉管→拔管→割断塑料排水板）→观测设备埋设→埋设真空分布管→铺设上层排水砂垫层→铺设密封膜→真空泵安装连接→抽真空→堆载预压（分层填筑）→监测→横向粘土帷幕桩加固→卸载

2、施工技术要求：

1） 铺设垫层之前，必须先进行场地地表水疏干、整平场地，铺设一层土工布，其上铺设下垫层（风化砂，颗粒均匀，无硬块）。

2） 排水砂垫层应采用透水性好的中粗砂，其渗透系数不小于1.0×10-2cm/s，能起到一定反滤作用，避免土颗粒渗入垫层的空隙中阻塞排水通道。干密度应大于1.5t/m3，含泥量小于3％。

3） 塑料排水板采用塑料带包裹无纺土工布滤膜，打设塑料排水板的平面间距偏差不得大于50mm，垂直度偏差不得大于1.5％，拔管后露出排水砂垫层顶面的塑料排水板长度为200mm。

① 塑料排水板的具体打设工艺如下：

a.将配备好的塑料排水板施工机械就位；

b.定位：在排水砂垫层表面，做好桩位标记；

c.穿板：将塑料排水板经导管内穿出管靴，使桩尖与管靴紧贴；

d.沉管：将导管沉入桩位，校准导管垂直度后随绳下沉，后再开振动锤沉入设计深度；

e.拔管：首先将导管内排水板放松，使其在导管内自然下垂，边振动边拔管，当塑料排水板与软土黏结锚固形成后，无可能上带时，停止振动静拔至地面；

f.在排水砂垫层上预留20厘米剪断塑料排水板，并检查管靴内是否进入淤泥，然后再将塑料排水板与桩尖连接、拉紧，移向下一桩位；

g.重复a～f至塑料排水板打设结束。

4） 真空分布滤管的布设

滤管一般设在排水砂垫层中部，滤管周围必须用砂填实、严禁架空、漏填，并应防止尖锐物露出排水砂垫层顶面刺穿密封膜。

5） 真空密封系统施工

① 铺设密封膜

密封膜要求气密性好，抗老化能力强、韧性好，抗穿刺能力强，可采用聚氯乙烯薄膜或聚乙烯薄膜，要求在工厂一次加工成形。铺密封膜前，应把出膜弯管与滤管连接好，并培实砂子，同时做好射流泵、膜下真空度测头、监测传感原件等真空预压所需的加载及监测装置出膜时的真空密封处理，以保证真空预压的效果。

② 粘土帷幕桩施工

为了充分保证抽真空密闭效果，在真空预压区周围设置了粘土帷幕。

③ 真空度测头

密封膜下真空度测头埋设在砂垫层中间，分别布置在角点和加固区中心，角点膜下真空度测头距加固区边线（密封沟中心线）约10米。

6） 真空设备及施工工艺

①真空泵采用射流真空泵，要求形成不小于0.096MPa的真空压力。

②加固区与真空泵间连接的真空管路不仅应满足总排水量需要的过水断面，管路间的连接点亦需要严格密封处理。

7） 真空预压荷载的施加步骤：

① 安装出膜装置：真空密封膜是被加固土体与大气隔绝的有效措施，必须严格进行真空密封处理，使其满足高真空条件下的密封要求。

② 按已设定的出膜装置，安装好射流真空泵、真空管、离心泵与射流泵连接管路，其真空压力表及监测传感器的膜上真空密封。

③ 接好泵、真空管及膜内真空压力传感器，并测记初读数。

④ 连接好真空管、采用的连接管及排水管，并在射流箱内注满水。

⑤ 在加固范围内按设计要求在密封膜上布设沉降观测点，在布设过程中对密封膜采用保护措施，压好底座，防止倾倒刺破密封膜。

⑥ 开动离心泵进行真空抽气。在抽真空过程中，特别是初期，由于砂垫层和持力垫层及土体中气体排出，体积增大，使射流箱内循环水减少，应采取连续补水措施，在抽真空过程中保持水箱充满、水温正常。

8） 真空联合堆载预压卸载标准:

① 按实测沉降曲线推算的固结度大于90％；

② 连续10天实测沉降速率不大于1.5mm/天。

9）先期施工试验路段，观测调整相关技术参数并推广至全部处理路段。

四、软土地基处理效果检验

为了准确地掌握软路基处理的加固效果和质量，需要进行如下监测工作（每个处理分区分别设置检测仪器）。

1、设置地表沉降标：实测软基处理加载过程和终止时地面总沉降量，绘制P（荷载）―T（时间）―S（沉降量）曲线，推算S（最终沉降）、Ch（径向固结系数）、U（固结度）；

2、设置孔隙水压力观测仪：实测各土层在软基处理过程中的孔隙水压力消散情况和土的固结情况，绘制各土层的P（荷载）-T（时间）-u（空隙水压力）曲线，推算各土层的固结度；

3、设置深层分层沉降观测仪：实测各土层的沉降及土层沿深度变化特征，绘制各土层P（荷载）―T（时间）-S（沉降量）曲线，推算S（最终沉降）、Ch（径向固结系数）、U（固结度）。

4、设置深层侧向位移观测仪：观测软基处理过程中软土的侧向位移及深层滑动情况，绘制软土层的P（荷载）-T（时间）-Sxy（侧向位移）曲线及各土层最大的侧向位移；

5、设置水位观测仪：观测软路基处理过程中地下水位变化情况；

6、软路基处理前、后，各区钻原状孔和现场十字板孔各二个，并对土样进行物理力学试验；

7、设置边桩：测定侧向地面水平位移量并兼测地面沉降或隆起量，以监测其稳定性。

五、项目中应用的范围和效果

真空排水预压法主要应用于饱和的正常压密软粘土地基处理，在现期正在施工中的青岛高新区双高公路4.3公里（处理面积约18万平方米）范围内和双积公路14.5公里（处理面积约57.5万平方米）范围内得到了应用，并取得了预期的效果。

参考文献：

[1] 姜增国姚志安.真空预压方法在沿海软基处理中的应用及效果分析,岩土工程技术，2009年2月

[2] 杨红伟，王炳龙，董月英。塑料排水板处理软土地基设计参数的优化 华东交通大学学报 2004年2月