真空預(yù)壓技術(shù)在公路軟基處理中的應(yīng)用

王亞普 王智慧

摘 要： 隨著改革開放的不斷深入，我國公路事業(yè)也得到了極大的發(fā)展。作為一種新型地基加固方式，真空預(yù)壓技術(shù)在公路軟基加固中得到了廣泛地應(yīng)用與推廣。本文主要對軟土性質(zhì)及真空預(yù)壓的概況、施工工藝、質(zhì)量檢測進(jìn)行了分析與探究。

關(guān)鍵詞： 真空預(yù)壓；公路工程；軟土路基

一、軟土性質(zhì)及真空預(yù)壓的概況

1、軟土性質(zhì)分析

我國地域廣闊、地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，存在著大量的軟土土質(zhì)，這種土質(zhì)一般具有強(qiáng)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。

2、真空預(yù)壓的概況

真空預(yù)壓法作為軟基處理的主要方法之一，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。其作用原理為在需要加固的軟土地基表面先鋪設(shè)砂墊層，然后埋設(shè)垂直排水管道，再用不透氣的封閉膜使其與大氣隔絕，薄膜四周埋入土中，通過砂墊層內(nèi)埋設(shè)的吸水管道，用真空裝置進(jìn)行抽氣，使其形成真空，增加地基的有效應(yīng)力。當(dāng)抽真空時，先后在地表砂墊層及豎向排水通道內(nèi)逐步形成負(fù)壓，使土體內(nèi)部與排水通道、墊層之間形成壓差。在此壓差作用下，土體中的孔隙水不斷由排水通道排出，從而使土體固結(jié)。

二、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。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預(yù)壓技術(shù)進(jìn)行公路路基的施工，

三、公路軟基處理真空預(yù)壓施工工藝

1、施工準(zhǔn)備

作為一種新型軟基加固技術(shù)，真空預(yù)壓施工極為復(fù)雜，為此必須做好施工準(zhǔn)備工作。首先，在加固區(qū)邊界定位中施工單位必須嚴(yán)格遵循路基軟土地基設(shè)計圖進(jìn)行確定，隨后將加固區(qū)內(nèi)的雜物清理干凈，如草根等，場地高度差必須控制在15厘米以內(nèi)，地基土則必須進(jìn)行放樣測量。并檢驗沙袋、聚氯乙烯薄膜及中粗砂是否符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計要求，并將檢驗報告提交監(jiān)理工程師審核批準(zhǔn)。在取得監(jiān)理工程師批準(zhǔn)后，開始進(jìn)行真空預(yù)壓的下一步施工。

2、鋪設(shè)砂墊層

在抽真空過程中，砂墊層的功能就是將豎向排水體進(jìn)入墊層內(nèi)的滲流水從土體內(nèi)及時排除，縮短土層固結(jié)時間，并避免土顆粒堵塞排水系統(tǒng)等情況的出現(xiàn)。墊層質(zhì)量對軟基加固效果與預(yù)壓時間起到直接的影響。當(dāng)?shù)鼗韺雍穸确鲜┕ひ蠛?，其承載力將大大提升，在運輸機(jī)械行駛過程中，通常選用機(jī)械分堆攤鋪法進(jìn)行施工，也就是先進(jìn)行多個干砂堆的鋪設(shè)，再通過機(jī)械或人工的方式進(jìn)行鋪平。當(dāng)其承載力較低時，可以選用順序推進(jìn)攤鋪法進(jìn)行施工。工程要求與地質(zhì)條件是決定豎向排水體的主要因素，在軟土層厚度低于5米、薄粉砂夾層較多的情況下，如其固結(jié)速度符合施工規(guī)定，則不需要進(jìn)行豎向排水體的設(shè)置。當(dāng)加固地基具有較深的淤泥層，則必須進(jìn)行抽真空系統(tǒng)與豎向排水系統(tǒng)的同時設(shè)置。

3、真空預(yù)壓施工

主管與濾管是砂墊層內(nèi)埋設(shè)的主要管道，其功能就是進(jìn)行真空壓力的傳遞與排出流入砂墊層的水，一般選用自來水管與PVC管作為主管與濾管的主要材料。高速公路軟基施工中，都會選用條形、魚刺形作為主管、濾管的平面布置形式。本工程選用雙排魚刺形作為主管、濾管的布設(shè)形式，布置過程中，應(yīng)確保循環(huán)管放置的合理性。選用橡膠軟管作為各管連接的主要材料，對路基沉降問題進(jìn)行有效處理。

在水平排水砂墊層中部埋設(shè)濾管，并在其上方進(jìn)行砂覆蓋層設(shè)置，厚度為0.15到0.2米之間，避免濾水管上尖利物體將密封膜穿破。主管的作用就是將真空度均勻傳遞給濾管，通常不進(jìn)行孔洞的搭設(shè)，并確保主管直徑在濾管以下。

沿加固區(qū)邊界進(jìn)行密封溝開挖，其深度必須滿足地下水位，并將透水層切斷，溝底寬度則控制在0.4米以上，這樣可以確保密封膜和溝底粘土之間的緊密性。沿密封溝外溝沿設(shè)置圍堰位置，并通過粘土夯筑。

為提高真空預(yù)壓工程的質(zhì)量，必須重視其密封性。密封膜作為真空預(yù)壓工程密封的主要材料，必須具有較輕的重量、較高的強(qiáng)度、韌性及良好的抗老化能力等。本工程選用的密封膜為聚氯乙烯薄膜。每一層密封膜鋪設(shè)完，應(yīng)對膜面進(jìn)行詳細(xì)檢查，如存在問題，必須對其進(jìn)行立即修正。在密封溝內(nèi)側(cè)坡面位置將剩余部分鋪平，如太長，必須將其折到溝底，不能在外側(cè)坡上進(jìn)行鋪設(shè)。加工薄膜過程中，應(yīng)對密封溝埋設(shè)部分進(jìn)行充分考慮，不能拉的過緊，避免損壞薄膜情況的出現(xiàn)。

四、公路軟基處理真空預(yù)壓質(zhì)量檢測

為了考察該技術(shù)的有效性，在施工前對土樣進(jìn)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(jìn)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。

為了對施工路段的地基沉降變形情況進(jìn)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，這說明真空預(yù)壓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(jì)的軟土路基處理方法。

五、結(jié)束語

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，大量新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新工藝、新材料等涌入公路工程建設(shè)，在將其廣泛用于生產(chǎn)實踐的同時，也推動了我國道路交通事業(yè)的快速發(fā)展。在公路工程快速發(fā)展的同時，還存在諸多病害問題，如軟土地基等，為有效避免該現(xiàn)象的出現(xiàn)，施工單位必須重視軟基加固技術(shù)的應(yīng)用，有效提升施工技術(shù)水平，規(guī)范施工流程，才能確保公路工程施工質(zhì)量，推動公路工程建設(shè)事業(yè)快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳平山，房營光，莫海鴻，張功新，董志良. 真空預(yù)壓法加固軟基三維有限元計算[J]. 巖土工程學(xué)報. 2011（04）.

[2] 黃毓民，孫好善. 真空預(yù)壓法在道路軟基處理工程中的應(yīng)用[J]. 有色冶金設(shè)計與研究. 2012（03）.

[3] 汪令松，周懷民，齊永正. 真空預(yù)壓法加固機(jī)理分析[J]. 安徽冶金科技職業(yè)學(xué)院學(xué)報. 2011（02）.

[4] 黃廣仁，洪亮，李鈞強(qiáng). 真空預(yù)壓法在高速公路收費站軟基處理工程中的應(yīng)用[J]. 浙江建筑. 2016（S1）.