真空预压法在道路软土路基处理中的应用.doc

1、真空预压法在道路软土路基处理中的应用摘要：当前公路建设过程中，如何处理软土路基施工的关键是良好的道路施工过程中的质量的保证。真空预压法属于排水固结方法，是目前的市政建设主要措施方法。本文分析真空预压法在道路软土路基处理中的应用。 关键词：真空预压；软土路基； Abstract: The current highway construction process, the key is how to deal with soft soil subgrade construction .Vacuum preloading drainage consolidation method belongs t

2、o, is the main measures of municipal construction method at present. This article is based on the analysis of application of vacuum preloading method in soft soil foundation treatment of road. Keywords: vacuum preloading; soft soil subgrade; 中图分类号： U213.1 文献标识码：A 文章编号： 一、工程概况 深圳某道路大道，南北全长约 5km，路宽为 5

3、0m，为地面道路。该大道沿线均处于深圳湾漫滩地貌之上，目前场地内主要有原有道路以及未拆除的居民房屋、厂房等，还有一些农田和鱼塘。场地地势略有起伏，地面一般在 5.7m5.9m 之间，仅南端及部分堆填土达地面高程在10.0m10.69m 之间。其场地内的土层自上而下依次为：杂填土；淤泥质填土；素填土；亚黏土；淤泥质亚黏土；亚黏土；粉细砂。 二、真空预压法在道路软土基处理中的应用 1、设计方案分析 该工程地质条件复杂，工程设计方案不仅会直接影响加固处理效果及工期，而且会使造价相差甚远。只有技术先进、造价经济、科学合理的设计才是最优方案。在分析各种技术资料，反复论证的基础上，设计中采用新材料，从而使

4、设计方案具有较高的技术水准，工程实践取得了良好的经济效益。设计采用插塑料排水板蓄水真空预压加固方案，其主要优点为：与堆载预压法相比不需要大量的材料，可以节约大量的费用，广东地区因缺少适宜的预压材料，使真空预压法就显得更为优越；真空预压法加固软基工程中作用土体的总应力并没有增加，降低的只是孔隙水压力，而孔隙水压力是一个球应力，所以不会产生剪切变形，发生的只是收缩变形，因此真空预压荷载无须分级施加，可一次施加而不会引起地基失稳，相比需要分级加载的堆载预压法，工期可减少三分之一以上；真空预压是通过竖向排水体向土体中传递真空度，从而使真空度在加固深度范围内均匀分布，因此加固后的土体，其垂直变形比堆载加

5、固要均匀，沉降量更大。下面对蓄水真空预压方案进行介绍，设计方案见图 1。 图 1 2、真空预压法施工工艺 为了保证地基在较短的预压时间内达到加固效果，一般真空预压和竖向排水体联用，其工艺流程见图 2。 图 2 真空预压法施工工艺流程 3、蓄水真空预压方案 水平排水系统采用砂垫层，厚度 0.50m。 竖向排水系统采用塑料排水板，插板间距 1.0m，梅花型布置。 本工程采用真空预压方案存在一个必须解决的技术难题，即原软土地基下卧粉细砂层具有很强的透水性，因为此前国内外尚无在处理软土层下存有与外界相通的透水层的成层地基中采用真空预压进行处理的报道。通过分析认为插板底部与粉细砂层保证有 0.5m 软土

6、不被穿透，就可确保真空预压的密封性，因此确定合理的插板深度是施工中的关键性环节，设计采用静力触探进行补勘以确定不同区域合理的插板深度。 密封膜采用 2 层聚乙烯膜，上覆 1.0m 水，以达到增强密封效果，增加预压荷载的双重效果。聚乙烯膜具有很强的抗老化、抗冻能力，实践证明完全能够满足在东北地区冬季进行真空预压的要求。地上部吹填土层渗透系数较大，不能满足真空预压密封性要求，为保证预压施工的密封性，因此采用制作密封粘土墙与下部软土相连的方案，实践证明是成功的，保证了处理区的密封性，取得了良好的效果。 4、真空预压操作及质量控制 4.1 清表后铺设 20cm 砾石垫层，按设计要求打设竖向排水体，铺设

7、20cm 砾石垫层，铺设 10cm 中粗砂垫层。 4.2 铺设水平排水管道，吸水管分为主管和滤管。主管和滤管间采用变径三通、四通连接，全部吸水管均需埋入砂垫层中，并通过出膜装置及吸水管与真空泵连接。 4.3 铺膜前应捡除砂垫层表面的尖棱石子、贝壳等杂物。埋设完真空表侧头及其他观测仪器后，首先铺设第一层土工布，然后将两层聚氯乙烯薄膜铺放覆盖整个预压区，并将膜体 四周叠放在砂垫层边缘。 4.4 按要求开挖密封沟，在铺设密封膜之后，密封沟用淤泥或黏土回填。 7.5 按设计要求安装抽真空装置及配套设施，共设真空泵 35 台，用吸水软管和主管连接起来，接通电源。 4.6 开动射流泵进行真空抽气，在抽真空

8、过程中要求观测泵、真空管、膜内及土体内各深度的真空度、表面沉降、土层的深层沉降、土层沿深度的侧向位移、孔隙水压力等变化；抽真空过程中一旦发生漏气情况应及时修复。 4.7 当真空预压达到预定技术要求后停止抽真空，并根据监测结果，检验和评价预压效果。 5、现场监测 5.1 表面沉降 地表沉降的多少是地基处理效果的最直接的反映。在本工程中，从实测的沉降情况来看，K5+300 断面在抽真空期间最大沉降量为 Tb（路中）观测点 450mm，最小为 Tc（路右）观测点 257mm，平均沉降量为 329mm，日沉降量最大达 34mm。在抽真空初期，其沉降速率较大，到后期沉降曲线趋于平缓，但仍在持续沉降，说明

9、用真空预压法处理深厚软土地基时，其沉降速率渐趋收敛。 5.2 分层沉降 K5+300 断面共埋设分层沉降环 12 个，由其分层沉降时程线可见，土体的沉降量主要发生在第 8 个沉降环（埋设深度为 13m 左右）以上的土体中，且沉降较均匀。这部分沉降占总沉 降量的 88%，从而可见真空预压法处理软基的深度较大。 5.3 水平位移 K5+300 断面埋设水平位移监测管 1 个，其水平位移变化值和水平位移时程曲线如图 2 所示。从图 2 中可见，随深度的增加，水平位移急剧减小，这是由于受井阻等的影响，真空度在接近地表处最大，随深度的增加而递减。 5.4 孔隙水压力 在真空荷载的作用下，地基土体中的孔隙

10、水压力不断减小。根据要求，在真空预压区的 3 个全断面布置了孔隙水压力计。每个断面 4 个孔隙水压力计（深度分别为 6m，9m，12m，15m） ，从孔隙水压力时程曲线来看，在抽真空阶段产生的超静孔隙水压力是负的，亦即孔隙水压力值随着抽真空时间的持续增加逐渐下降并趋于稳定；另一方面这种变化的趋势随深度的增加反而趋于不明显：6m 处孔隙水压力变化明显，12m，15m处孔隙水压力变化规律就不是很明显。在卸载之后，孔隙水压力又回升至抽真空之前的水平。 6、堆载预压 在进行堆载预压阶段荷载应分级逐渐施加来确保地基稳定性。为了防止因整体或局部载荷过大、过快而造成基础剪切破坏，分级加荷堆载高度应该小于本级

11、荷载折算堆载高度的 5。最终堆载高度不应小于设计总荷载的折算高度；堆载预压中及时把溢出水排走；在加载过程中应进行真空度、竖向变形、边桩水平位移及孔隙水压力等实时监测，根据监测资料控制加载速率确保工程的顺利进行。 7、处理效果评价分析 （1）监测资料固结计算分析的理论依据现场监测数据是评价处理效果的重要依据，其固结计算分析的主要理论依据如下： 孔压资料固结计算分析方法孔压数据分析采用曾国熙（1975）提出的指数曲线配合法，其固结度理论解用其普遍式来表示：U=1- 式中：U平均固结度；A、B因固结条件而异的固结参数；t固结时间。 （2）孔隙水压力（见图 3）及分层沉降监测成果（见图 4） ，表明软

12、基处理对插塑料排水板深度范围内土体均具有一定的加固效果。 图 3C3 区孔隙水压力与时间曲线 图 4C3 区分层沉降与时间曲线 （3）蓄水真空预压期间，各分区的抽真空联合蓄水预压总荷载始终保持在 80kPa 以上，表明密封粘土墙的设计有效保证了边界处理的密封性、通过严格控制插板深度使真空预压法首 次成功的应用于处理软土层以下存在有与外界相通的强透水层的成层土地基，C6-C7 区单区处理面积达到 30500m2，为超大面积真空预压提供了一个成功的范例。 （4）吹填土、软土、粉细砂的物理力学性质均取得一定程度的改善，其中吹填土层的标贯击数处理前仅为 12 击，处理后达到了 18 击，提高了 55%

13、，淤泥质软土层的十字板强度处理前仅为 19.27kPa 处理后达到了47.75kPa，提高了 148%，以上分析表明真空预压处理效果是显著的。 （5）处理后粉细砂的抗液化能力较处理前有了明显的提高，现判定为 7 度地震裂度条件下无液化可能性。 （6）场区内各土层的承载力均达到了 80kPa。综上我们可知：设计中采用了土工合成材料进行场地工作面处理，降低了工程造价，缩短了施工工期；蓄水真空预压设计中采用密封粘土墙技术措施，确保了处理区的密封性；增加了真空预压单区处理面积，通过采用先进施工工艺控制和严格质量管理，实践证明场地密封良好，大幅度降低了边界处理费用；通过合理控制插板深度，使真空预压法首次成功应用于处理软土层下存在与外界相通的较强透水层的成层地基；软基加固处理后，粉细砂的抗液化能力有了一定提高，度地震烈度条件下无液化可能。 三、结语 真空预压法利用抽真空的方法，依靠负压排除土体中的水，其排水的效果更明显，速度也更快。真空预压法需要软土的周边能形成稳定的负压条件，如淤泥质土、素填土和吹填土等作用效果良好。工程实践证明，该法对粉砂土或粉煤灰也有一定的作用效果。该方法在当前的市政建设和各种建筑工程中受到广泛的使用，但不适用于在加固范围内有足够水源补给的透水土层，以及无法堆载的清晰而地面和施工场地狭窄等场合。