真空預(yù)壓技術(shù)在公路軟土路基處理中的應(yīng)用研究

徐曉偉

摘要：文章主要對真空預(yù)壓技術(shù)在公路軟土路基中的應(yīng)用問題進行了研究，首先對常用軟土地基處理方法進行了比較，然后分析了真空堆載預(yù)壓法的基本原理，最后探討了真空堆載預(yù)壓法的施工實例。

關(guān)鍵詞：真空堆載預(yù)壓；軟土地基；公路路基

中圖分類號：U213 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）13-0066-02

1 常用軟土地基處理方法比較

1.1 軟土地基的工程性質(zhì)

我國地域廣闊、地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，特別是在沿海地區(qū)以及內(nèi)陸的湖泊地區(qū)存在著大量的軟土土質(zhì)，這種土質(zhì)一般具有強度低、滲透程度差、靈敏度高、壓縮性高以及孔隙比大等特點。這種地質(zhì)結(jié)構(gòu)給工程建設(shè)帶來了很大的困擾，特別是在地基處理中會面臨著許多難題，因此軟土路基的處理問題是軟土地質(zhì)公路建設(shè)中一個非常關(guān)鍵的問題，處理的好壞直接影響著公路建設(shè)的質(zhì)量。根據(jù)《公路工程名詞術(shù)語》中對軟土的定義，軟土主要指“天然含水量大、壓縮性高、承載能力低的淤泥沉積物及少量腐殖質(zhì)所組成的土”，其主要成分有淤泥、淤泥土質(zhì)和泥炭。從物理力學(xué)的角度來看，軟土具有以下三個特點：首先，軟土具有低密度、低強度以及高含水量等特點，具體而言，軟土的土體強度在10～30kPa之間，其含水量可以達(dá)到45%以上，孔隙比大于1.0；其次，軟土具有一定的結(jié)構(gòu)性，當(dāng)應(yīng)力水平比較低時，軟土?xí)宫F(xiàn)出良好的力學(xué)特性，而當(dāng)應(yīng)力水平加大以后，就有可能產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性破壞，并且這種力學(xué)性質(zhì)的惡化是不可逆的，在短期內(nèi)難以恢復(fù)；最后，地表部分由于受風(fēng)化、淋濾以及溫差等自然氣候的影響，往往會在軟土表面形成一層硬殼層，硬殼層具有高強度、高結(jié)構(gòu)性以及低壓縮性等特點，在進行路基建設(shè)時可以充分利用硬殼層，避免使其破壞。

1.2 軟土地基處理方法比較

地基處理是公路建設(shè)的一個重要環(huán)節(jié)，并且投資比重很大，所以，科學(xué)地選擇地基處理方法，達(dá)到經(jīng)濟、高效的目的是非常重要的，軟土地基處理的方法主要有以下四種：（1）堆載預(yù)壓法：該方法要求有良好的排水條件和必要的預(yù)壓期，如果遇到不均勻沉降等問題就會延長施工工期，導(dǎo)致工期的不確定，該方法的優(yōu)點在于增強了土體本身的強度，使土體的抗環(huán)境擾動能力有所提高；（2）粉噴樁法：該方法是將水泥粉輸送至軟土層內(nèi)部，并利用鉆頭旋轉(zhuǎn)向四周土體進行噴射，從而達(dá)到硬化軟土的目的，該方法施工振動小、噪音低、簡便易行，但是經(jīng)濟性較差；（3）排水固結(jié)法：該方法主要通過加速軟土的水分排出來增加土體強度，具體的排水管道可以采用袋裝砂井、普通砂井、塑料排水板等，由于塑料排水板預(yù)壓法的預(yù)壓期較長，應(yīng)盡量采用等載或超載預(yù)壓，這樣既能提高進度，又能改進加固效果；（4）真空預(yù)壓法：該方法利用真空負(fù)壓作為超載預(yù)壓荷載，屬于排水固結(jié)法的升級，能較好地解決常見堆載施工的缺陷，其具有造價低、材料省、無污染、質(zhì)量穩(wěn)定等特點。

2 真空堆載預(yù)壓法的原理分析

2.1 堆載預(yù)壓的原理

堆載預(yù)壓一般利用堆土和砂石料進行堆載，并采用總量分級加荷或超載的方式進行預(yù)壓，如果屬于超厚地基，在施工中往往會在地基內(nèi)部搭設(shè)排水管道來縮短預(yù)壓時間，經(jīng)過預(yù)壓處理，土體中的孔隙水會逐漸排出，孔隙體積也會逐漸縮小，這就自然會導(dǎo)致地基發(fā)生固結(jié)變形，從而地基的強度得到增強，土體的有效應(yīng)力得到提高。

2.2 真空預(yù)壓的原理

真空預(yù)壓首先要在軟土表面鋪墊一層50cm左右的砂墊層，作為水平排水體，然后在軟土中打入砂井，作為豎直排水體，另外，將不透氣薄膜覆蓋在砂墊層上，并將薄膜四周埋入土中以便固定。在施工中利用砂墊層中的管道，將薄膜下軟土的空氣抽出，使其形成負(fù)壓，當(dāng)負(fù)壓通過砂井傳遞到砂井周圍的軟土中，會促使軟土中的孔隙水通過砂井排出，從而提高軟土地基的強度。

2.3 真空堆載預(yù)壓法的分析

真空堆載預(yù)壓法顧名思義，就是將真空預(yù)壓技術(shù)和堆載預(yù)壓技術(shù)相結(jié)合，對公路軟土路基進行加固的方法。該方法的基本原理是通過抽真空產(chǎn)生負(fù)壓，并通過堆載產(chǎn)生正壓，將這兩種壓力相結(jié)合，加速了軟土路基中孔隙水壓力的不平衡，這種壓力不平衡會導(dǎo)致孔隙水通過豎向排水管道慢慢排出，使軟土土體的強度明顯提高，并發(fā)生固結(jié)變形。真空堆載預(yù)壓法有以下三個重要特點：（1）真空預(yù)壓中的壓力是球應(yīng)力，這會促使軟土路基中的應(yīng)力呈現(xiàn)為球應(yīng)力增加，不用擔(dān)心填筑時的加載速度，真空壓力越大地基越穩(wěn)定，并且有效地縮短了工期；（2）由于是真空和堆載雙重作用，路基土體的影響程度深、壓縮量大，將會大大降低工后沉降；（3）真空荷載所形成的軟土內(nèi)部負(fù)壓，有利于軟土孔隙水的上升，從而加快路基土體的排水，提高固結(jié)速度。

3 真空堆載預(yù)壓法的施工實例

3.1 工程概況

某擬建公路所處地勢起伏，水網(wǎng)密布，以耕地、溝、塘為主，根據(jù)該地區(qū)的地質(zhì)資料，該地區(qū)以粉土和粘性土為主，素填土廣泛地分布于地表表面，根據(jù)鉆孔勘探數(shù)據(jù)，整個工程場地土層分布較為均勻，淺層素填土以粘性土為主，局部有少量碎石，另外有一些根植土。淺層素填土下方存在厚度約11m左右的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，該土層具有高壓縮性、中等韌性、含水量大、空隙率大等特征，屬于軟土地基。

3.2 各項指標(biāo)對比

由于該公路所處地段屬于典型的軟土地基，所以在該路段采用真空堆載預(yù)壓技術(shù)進行公路路基的施工，為了考察該技術(shù)的有效性，在施工前對土樣進行了含水率試驗、干密度試驗等試驗，并在施工完成半年以后，再次在原地取土樣，進行同樣的試驗。通過對各項指標(biāo)的對比發(fā)現(xiàn)，預(yù)壓前后軟土路基的含水量有較為明顯的下降，在預(yù)壓前，各個取土深度的含水量基本都在40%以上，最大含水量達(dá)到47%，最低為37%；而在預(yù)壓之后，基本含水量都在40%以下，最大為39%，最低為32%；干密度也有所提高，預(yù)壓前干密度范圍在1.02～1.21g/cm3之間，預(yù)壓后范圍在1.41～1.49g/cm3之間。

3.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

為了對施工路段的地基沉降變形情況進行實時監(jiān)測，施工隊監(jiān)測人員在監(jiān)測斷面埋設(shè)了測斜管、分層沉降環(huán)、孔隙水應(yīng)力計等設(shè)備，主要監(jiān)測包括地基沉降監(jiān)測、水平位移監(jiān)測、孔隙水壓力監(jiān)測等。根據(jù)檢測，在沉降方面，施工后半年最大沉降的沉降量為1524mm，斷面最大平均沉降為1413mm，有效地減少了后期的固結(jié)沉降；在水平位移方面，某斷面地表水平位移達(dá)到65mm，與之間隔100m的斷面水平位移達(dá)到61mm，這說明真空堆載方法可以避免路基發(fā)生剪切破壞；在孔隙水壓力方面，傳感器數(shù)據(jù)顯示從加載開始，各監(jiān)測點的孔隙水壓力明顯下降，同時發(fā)現(xiàn)，由于停電等原因?qū)е履は抡婵斩认陆?，砂井中的孔隙水壓力會立即變大。這說明真空產(chǎn)生的負(fù)壓力對孔隙水壓力作用明顯，從上述監(jiān)測可以看出，真空堆載預(yù)壓法可以較好地解決軟土路基處理的難題，是比較理想和經(jīng)濟的軟土路基處理方法。

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（責(zé)任編輯：周 瓊）