预压真空预压法在市政道路软土地基加固中运用网

摘要:真空预压法作为近年来应用较为广泛的一种工艺技术，具有诸多的优点，是软土地基处理加固的有效形式。本文在介绍真空预压机理的基础上，结合工程应用实例探讨了真空预压法在市政道路软土地基加固中的应用，并总结了应用观测结果，以供类似研究参考。
关键词:真空预压法；市政道路；软基加固；观测结果
随着我国社会经济建设步伐的加快，城市基础设施建设得到进一步的发展，特别是市政道路的建设，对加快城市化进程具有重要的作用。由于沿海城市道路建设的地质条件主要以软土地基为主，这些地基具有压缩性大、灵敏度高、天然含水量高及厚度不均等不利工程性质，若在此地基上修筑建筑物，很可能出现软土路基的沉降过大和路基在填筑过程中不稳定等问题，严重影响到建筑物的质量安全。因此，加强市政道路建设软土地基加固工作就显得十分重要了。真空预压法作为近年来兴起的一种软土地基处理工法，具有施工方便、工艺简单、造价低廉和低噪音等优点，在加固过程中不会产生土体的侧向挤出变形而破坏建筑物结构，有效确保了建筑物的质量安全，目前这种工艺技术在城市基础设施软基处理中得到广泛的应用及推广。
1真空预压加固机理
真空预压法和堆载预压法两者都属于排水固结法，先在软基打设塑料排水板或袋装砂井作为竖向排水体，并在软基上铺设砂垫层作为水平向排水体，通过真空压力(负压)或堆载(正压)使土体中的孔隙水压力产生不平衡的水压力，孔隙水在这种不平衡力的作用下通过竖向排水体逐渐排出，从而使土体产生固结变形。堆载预压时，地基土由于荷载作用而产生的附加应力开始由孔隙水压力(u)所承担，而有效应力不变，随着时间的推迟，孔压逐渐消散并全部转变为有效应力，土体强度得以提高。而真空预压法是总应力(σ)不变，通过抽真空降低边界孔隙水压力，而使土体孔隙水压力(u)降低，孔压消散全部转变为有效应力，土体强度进一步提高；同时，由于抽真空产生负压，增加的是球向应力，土体向内收缩变形，地基不会因填土速率快而出现稳定性问题，路基可快速填筑，而堆载预压加载时引起土体向外挤出变形，路基不可快速填筑。因此，真空预压法比堆载预压法安全可靠，效果更好。
2工程概况

2.1工程概况

某道路工程，全长约2.5km，路宽55～60m，为地面道路。由于该路段原始地貌为河积阶地，沉积物以河相沉积物居多，使得该地区的淤泥具有含水量高、压缩性大、强度低、厚度大的特点。根据设计院的设计，对此路段采用真空预压法进行软基处理，具体区间为k1+300～k0+450。真空预压处理段

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先打设塑料排水板，长度12.0m，间距1.5m，梅花形布置，然后进行真空预压。设计真空度80kPa，抽真空2个月，最终沉降3

5.9cm，工后沉降9.6cm。

2.2工程地质条件

根据工程地质勘察报告中的钻探资料和室内试验结果(见表1)揭露，该段地层有上到下分别为下:
(1)—1杂填土:褐灰～灰色、松散、夹较多的碎砖，三合土及建筑垃圾，混有少量粉质粘土沉积，局部为硬层地面，层厚0.2m。
(1)—2素填土:灰黄～褐灰色，软塑，夹少量碎石，粉质粘土填积，埋深0～0.5m，层厚0～

3.9m。

(2)—1粉质粘土～粘土:灰色，软～可塑，埋深0.8～

1.7m，层厚0～

3.6m。

(2)—2淤泥质粉质粘土:灰色，流塑，埋深0.8～4.4m。 (2)—3粉土:灰色，稍密。局部夹淤泥质粉质粘土，分布不均，埋深13.4～16.3m，层厚

1.2～

7.0m。

(2)—4粉砂:灰色，稍～中密，埋深15～18.0m。 (3)—1强风化泥岩:棕红色，岩石风化强烈，呈散体状。
表1 土层主要物理力学性质指标

2.3施工情况

真空预压加固软基施工准备工作于年9月初开始，包括:清表、购写材料、铺设矿渣和砂垫层(厚度50mm左右，作为横向排水体)、打设塑料排水板(间距1.5m、长度12m左右，梅花形布置)、开挖密封沟等。排水滤管埋设，密封膜铺设及真空系统安装9月10日结束，布设7台真空泵，9月11日开始抽真空，9月12日膜下真空度达到65kPa，9月13日真空达到82kPa左右，在抽真空的2个月内真空度一直保持在80～84kPa之间。从施工后真空度看，密封膜、膜面及膜周边密封良好，膜下真空度达到设计值，并保持稳定，真空预压施工是成功的。
3现场观测结果

3.1表面沉降观测

表面沉降观测是软基沉降分析的基础，其变化规律是控制市政工程施工进度和安排后期施工的最重要指标，也是理论研究结果是否正确的最直接检验标准和加固效果最直接的反映。表2是真空预压阶段各测点的沉降资料，可以反映加固过程中土体的变化特点。
表2加固区各测点表面沉降统计
在整个处理段3块沉降板中，抽真空历时2个月，最大沉降量已达到428mm，考虑到排水板施工时的沉降量，总沉降量已超过观测的数值，按照设计的要求计算，主固结平均固结度已超过100%左右，工后沉降主要是次固结沉降。在真空预压范围内，边缘地方沉降较小，真空预压中心地带沉降较大，使得整个加固区的土体向里收缩，对土体稳定有利.说明真空预压加固方法对加速土体沉降的效果是十分显著，表中最大沉降速率为57.0mm/d，最小沉降速率为－4mm/d，平均最大沉降速率在8.63mm/d。从表面沉降随时间变化曲线图可以看出，抽真空初期沉降速率较大，随时间的延长，沉降速率逐渐变缓，说明土体主固结变化速率也是一个渐变收敛的过程，与堆载预压基本一致，但沉降速率比堆载预压要大，说明真空预压方法比堆载预压方法具有一定的优势。同时，从表面沉降随时间变化曲线图(见图3)中可以看出:当10月28日停止抽真空后，沉降有所反弹，最大的反弹量为9mm，最小的反弹量为7mm。由此可以看出真空预压的作用十分明显，可以保证路面结构施工时不会产生大的沉降。
图3表面沉降随时间变化曲线

3.2孔隙水压力

孔隙水压力观测是了解地基土体固结状态最直接的手段，根据孔隙水压力的变化规律，分析地基土体的固结机理；通过不同深度孔压随时间变化曲线的实测资料，进一步研究真空预压法加固软基的机理和土体强度增长规律。从孔隙水压力随时间变化的曲线图4可以看出:在真空预压阶段，孔压不同深度的四个测点随时间的延续呈下降的趋势，特别是2.5m测点，从10月12日起孔压已降到负值，说明真空压力随着竖向排水体(塑料排水板)向地基深处传递良好，加固效果显著；12m处测点由于真空传递较慢，孔压下降速率较慢，而塑料排水板长度12m左右，说明下卧层土体加固效果也是十分明显。孔压观测资料显示，沿着深度方向将孔压消散值从大到小排列，真空预压法加固软基的深度较大，可以消除下卧软土层的部分次固结沉降，从而减少了工后沉降。
图4孔隙水压力随时间变化曲线

3.3真空度观测

真空度达到设计要求是软基处理成功的重要保证，真空度的大小是真空预压施工是否成功的最直接的反映。9月11日开始抽真空，真空度持续上升较快，13日达到82kPa左右，膜下真空度各测点基本维持在82～84kPa左右，满足设计要求。沿深度埋设在淤泥层的真空度测点有3个，上部测点(2m)最大达到70kPa以上，测点(5m)最大达到50kPa，测点(10m)最大达到近40kPa，这些测点埋设在塑料排水板之间淤泥中，说明真空压力沿排水板传递，并进一步向淤泥层传递负压，使土体得到加固。根据图5分析真空压力随时间的延长逐步向深部传递，测点(10m)到20多天才量测到负压。
图5 k1+280淤泥层真空度沿深度变化曲线

3.4水平位移

由于真空预压使土体产生向内的侧向变形，有利于地基的稳定，真空荷载可以一次施加而不会地基失稳破坏，从而大大地缩短工期；在真空预压的基础上再进行堆载预压，真空预压可以减小或消除因堆载而产生的土体的侧向挤出变形，使得堆载施工过程显得安全可靠。从水平位移资料图6可见:在真空预压区范围内，中心地带的水平位移较小，随着离预压区中心距离的增大，其位移逐渐增大，且位移方向是向着预压区中心的，这样的位移分布有利于地基的稳定；从图6可以看出，到抽真空结束，土体最大的位移已接近10cm；但是，从现场观察到在加固区范围以外仍有较大的水平位移，在加固区外有一些裂缝，说明真空预压加固方法有一定的影响范围，可能会对周围建筑物产生不利影响，在采用这种方法时进行软基处理要引起充分注意。为了减小预压区外的水平位移，在加固区的边缘可以采取工程措施，如打设搅拌桩，但必须进行技术经济比较。
图6 k1+280水平位移随时间变化曲线
4结论
通过探讨真空预压法在市政道路软土地基加固处理中的应用，可以得出以下几点结论：①真空预压法可以满足加固工程的预期设计要求，确保膜下真空度达到80kPa以上；②真空预压法能够通过降低边界水头来提高土体的有效应力，加快土体加固速度，起到良好的加固效果；③采用真空—堆载联合预压加固软基，可以有效地缩短施工工期，加快工程进度，提高软基加固质量，从而确保工程发挥出较好的经济效益。
参考文献
刘月艳.浅谈真空预压法在加固软土地基中的应用[J].科技资讯.2012年第34期
刘泽建;刘拭熙.真空预压法在地基处理中的应用[J].城市建设理论研究.2012年第01期