浅议真空联合堆载预压法在珠三角沿海地区道路工程软基处理中的应用

【摘 要】 改革开放以来，道路工程建设蓬勃发展，由原来的低起点发展到现在的高起点、高标准，因而对道路建设的要求也越来越高，在珠江三角沿海地区，对软土地基的处理就摆在重要的位置。地基处理方法是否选择适当对工程的质量、工期、维修保养及经济效益均有很重大的影响。

【关键词】 真空联合堆载预压 软基处理 设计方案 原理 施工工艺

前言

珠三角地区以往最常采用的是堆载预压法，经过多年的试验研究和工程实践，是行之有效的软基加固方法。但由于软粘土的抗剪强度低，限制了加载速度，以免发生侧向挤出变形甚至发生地基土破坏，危及路基稳定。同时，工程中为了减少工后沉降，以满足规范要求往往采用超载预压或增加预压时间的方法，这样一方面增加了成本，另一方面又影响了工程进度，如果工期要求紧，该软基加固方法已显力不从心了。真空预压法的诞生正好解决了该问题，而且随着该技术的推广应用它将在我省珠三角地区道路建设中发挥重要作用。本文分析了珠三角某沿海地区道路工程地质概况，探讨了真空联合堆载预压法在珠三角地区道路工程建设中的应用，对该工程处理过程出现的各种情况及处理效果进行了详细论证，得出了具体的结论，积累了市政工程路基处理经验。

1 工程地质概况

本工程所处地域为珠江三角洲冲积平原地区，一面临海，三面被水道包围。道路工程路线长度约4.9km，其中约1.7km长路段为旧路扩建段，道路的左半幅为现有道路，路幅宽度为10m，右幅为新建。其中约360m长路段道路中央绿化带有一条110kV的高压输电走廊（电塔间距150m～200m不等）。

工程表层主要为新填筑土，层厚变化较大，介于2m～18m之间，沿线的主要为海陆交互相沉积层软土，即淤泥及淤泥质粘土，其中淤泥埋藏较浅、厚度较大，其层顶埋深为1.50～12.80m，揭露厚度2.10～23.20m；同样，淤泥质粘土在场地内分布也较普遍，埋藏较深、厚度较大，其层顶埋深为18.10～29.70m，揭露厚度最小2.5m，最大15m以上，部分淤泥层及淤泥质土层直接相连，部分层间夹一层粗砂或粉质粘土，夹层厚度一般1m～3m。软土的主要特征是天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、强度低和渗透系数小。由于该软土工程性质差，易引起路面、路基沉降变形，应进行地基处理。

2 真空联合堆载预压设计方案及原理

2.1 设计原理

真空联合堆载预压原理是在需要加固的软土地基内设置砂井或塑料排水板等竖向排水通道，然后在地面上铺设砂砾垫层作为水平排水层，并在其上覆盖不透气的土工密封膜与大气隔绝。通过埋设于砂砾垫层中的吸水通道，用真空装置进行抽气，将密封膜内空气排出，使膜内外产生一个气压差，这部分气压差即相当于填筑在地基上一定高度的路堤荷载。随着膜内空气的不断排出，气压差逐渐增大，地基中的水、气不断排出而发生固结。真空预压结合路基堆载处理软土地基，在堆载过程中，地基土也会产生侧向挤出变形，但由于有真空荷载作用，真空产生的侧向收缩变形与堆载产生的侧向挤出变形相抵消，另一方面，真空荷载作用下地基土已发生固结，强度有所增长，从而可以使堆载速度很快且不发生失稳破坏。

2.2 设计参数及要求

工程对道路右幅新建段路基采用真空联合堆载预压，要求工期8个月，同时满足路基工后沉降在30cm以内，差异沉降宜在4‰左右。地基采用打设塑料排水板处理方式，塑料排水按等边三角形布置，间距1.1m～1.2m不等，排水板应穿透软土层并进入砂层至少50cm。

2.3 真空泵预压的设计计算

沉降计算采用e—p曲线分层总和法，地基固结计算采用井阻和涂抹作用的砂井（塑料排水板）固结理论，密封膜膜下真空度要求达到-80kPa。同时通过埋设仪器仪表对真空预压的每个施工阶段进行必要的观测分折，以观测数据来指导施工。

3 真空联合堆载预压的施工工艺

真空联合堆载预压的施工工艺主要包括以下部分：

（1）设置排水通道

首先在需加固的软基表面铺设砂垫层0.8m高，再在土体中打设袋装砂井或塑料排水板，按等边三角形布置，间距1.3m～1.5m左右，深度需要根据计算确定，一般为10～20m分别作为横向及竖向排水通道。所用之砂料应采用渗水率较高的洁净中粗砂，含泥量不应大于30%，细度模数不小于3.0，有机质含量不大于1%，渗透系数不小于5×10-3cm/s砂井灌砂率应大于95%。

（2）用PVC管作为真空滤管埋入软基表面的砂垫层中，PVC管可用Φ90mm作主管，Φ50mm～75mm作支管，全部吸水管埋入砂垫层中，并通过出膜器及吸水管与真空泵连接。然后在砂垫层面铺设密封膜，密封膜材料抗拉强度不小50N/cm，渗透系数戒10-10cm/s圆球顶破不小于28N，梯形撕裂不小于40N。为保证密封膜的完好无损，确保真空度免受损失在其（如图1）

上再铺一层土工布，在加固区四周开挖1m深、1m宽的沟槽，并将薄膜周边放入沟槽，再将挖出的土体回填沟槽，将薄膜周边压紧密封。土工布双向抗拉强度均应大于30KN/m，伸长率不超过20%，延伸率、圆球顶破强度和渗透系数均应符合国标。

（3）检查真空设备及各连接口，保证密封，确保气密性，根据工程地质条件及抽真空设备能力，真空度应保持在800mmHg或以上。所选用的真空泵功率应不小于7.5KN ，每个真空泵的有效处理范围不大于800m2。当地表下10m范围内出现夹砂层，可对加固区周边用淤泥搅拌封堵，封堵厚度为60cm。真空预压法加固地基过程中，土体中有效应力不断增加，地基产生沉降，同时产生向着加固区中心方向的水平位移所以地基不存在失稳问题，真空预压可以持续不断地进行，因而大大地缩短了工期。

（4）在真空度达到80kPa以上并正常预压半个月后，在土工布上实施堆载预压，利用本身路堤填筑用的材料实施预压，分层填筑路基，在填筑第一层土时，特别要注意密封膜的保护。所以第一层最好填砂或砂性土，且厚度不宜小于60cm2以保证其下真空预压继续顺利进行，在真空预压加固区膜下真空度达80kPa己以上的条件下连续抽真空三个月，即可逐段减压直至停止抽真空，路基填筑工期应不小于90天。

4 真空联合堆载预压的影响及效果

4.1 施工效果除了约220m长路段右幅沉降相对较小外，其他路段的沉降都达到设计值，效果如下表1、表2所示，真空预压效果较为理想。施工持续平均约为150d，工期满足设计要求。现道路已经通车约3年，道路工后沉降满足设计及规范要求。（如表1表2 ）

4.2 对高压电线杆的影响

根据电力部门要求，高压塔的最大倾角应小于1.5%，如果超过该值应启动应急方案，即停止抽真空，并在真空联合堆载一侧进行堆载。

在实际抽真空过程中，对倾角超过1.5%的高压电塔增加观测次数，如果超过该限制不大于0.5%并且没有再增大的趋势，则不需启动应急方案，继续进行真空联合堆载预压软基处理。

真空联合堆载预压对高压塔影响，8个电塔的倾角满足设计要求，31号电塔虽然超出了规定要求，但并没有影响真空联合堆载预压的实施。该项目表明真空预压对高耸结构物的影响有限，采取一定的加固措施可满足规定要求。

4.3 真空预压对周边环境的影响

真空联合堆载预压地基处理施工过程中会对沿线周围环境造成一定的影响，主要表现在周围农田出现局部下沉、靠近道路的结构物出现微裂、抽出地表以下咸水漫流到农田等破坏现象。对农田的影响，真空预压对农田的影响范围约为10m～40m，农田沉降约为10cm～40cm。真空联合堆载预压对四周农田影响，靠近真空一侧范围真空预压对田地的影响较大，而位于真空预压对远离真空预压处理范围的旧路一侧影响较小。

4.4 对工程造价的影响由于真空联合堆载预压对农田及结构的影响较大，需要对受影响区域的进行房屋鉴定以及对部分农田进行补偿。同时考虑到工期，对有结构物的路段进行调整，把真空联合堆载预压变更为水泥搅拌桩复合地基。该变更的实施，增加了工程造价。

5 结语

通过以上分析，可以得到以下几点结论：①经施工实践证明，持续在一定水平的真空荷载确实能大大加快固结的过程，施工周期短，路基沉降能满足设计及工后沉降要求。②真空联合堆载预压对高耸结构物电塔有一定影响，采取一定措施后可满足规定要求。③真空联合堆载预压对周边环境影响较大，造成农田下沉、庄稼枯萎，会与当地居民产生矛盾，造成施工中断，拖延工期，增加管理难度和工程成本。④真空联合堆载预压对工程造价产生一定影响。