关于真空联合堆载预压法技术在高速公路工程建设的应用

摘要: 随着我国高速公路建设的迅速发展，伴随着要在软土地基上修建越来越多的高速公路，真空联合堆载预压法处理软基巧妙地利用大气压力差和路堤填料作为“堆载”，达到减少工后沉降、缩短工期和节约成本的目的。到目前为止，真空联合堆载预压法处理软基还无统一的规范可依，但其良好的处理效果已受到工程界广泛的认同。下文笔者结合某高速公路工程的实例，介绍了设计计算参数的方法、监测内容、负载情况以及加固效果。

关键词：真空联合堆载预压法； 高速公路； 技术应用

Abstract: along with the rapid development of the highway construction, along with in soft soil foundation to build more and more on the highway, joint vacuum preloading method and treatment of soft foundation ingenious use of atmospheric pressure difference and embankment packing as a "stack" to reduce post-construction settlement, shorten the construction period and cost saving purpose. So far, the joint vacuum preloading method and treatment of soft foundation also there is no unified standard in, but its good treatment effect has been widely recognized engineering. Below the author a highway engineering example, the paper introduces the design and calculation method of the parameters of the monitoring, the content, the load condition and reinforcement effect.

Keywords: joint vacuum preloading method; Highways; Technology application

中图分类号：U412.36+6文献标识码：A 文章编号：

0前言

目前，真空一堆载联合预压技术是在真空预压法基础上发展而来的一种更有效的处理软基的方法，我国从1983年开展了真空堆载联合预压的研究，通过室内模型试验和现场大面积试验表明，真空产生的负压和堆载产生的正压效果可以叠加，从而形成了真空堆载联合预压。某高速公路工程部分软土地基设计采用真空联合堆载预压技术施工，对其进行加固处理，取得了圆满成功，保证了工程质量，大大降低了工程造价。近年来,真空预压被逐渐应用于高速公路软基处理中,真空预压与路基堆载相结合后,便形成了真空堆载联合预压。此方法具有造价低、工期短、节省土方、加固效果有保证等优点。

1真空联合堆载预压加固机理

真空联合堆载预压实际上是真空预压法和堆载预压法的联合。通过室内试验和有限单元法分析,表明地基在负压条件下进行堆载,正负压共同作用下效果是可以叠加的。真空联合堆载预压是在真空预压的基础上利用路基填筑施加外载,增加总应力,从而加大软土与排水通道中的孔隙水压力差,在此压力差和堆土荷载的联合作用下,土体中的孔隙水不断排出,加快软土排水固结,直至达到预期目的。同时,由抽真空引起的负超静孔隙水压力和堆载引起的超静孔隙水压力可以产生部分抵消应力,使土体在快速堆载时不致产生过高的超静水压力,从而保证工程施工时土体的稳定,提高地基的承载力。

2工程实例

某软基高速里程桩K17+040~K17+374路段受工期的制约,经变更改为真空联合堆载预压法处理软基,处理面积约2万m2。

2.1设计计算参数

①路基横断面:计算行车速度100 km/h,路基顶宽26 m,行车道与硬路肩横坡为2%,土路肩为3%,边坡坡率为1. 0∶1. 5,路堤边坡坡脚宽1. 0 m护道,其外侧设置边沟。

②路基的平均重度取20 kN/m3(即密度为2. 0 kg/cm3),路段填土高度5. 0 m。

③固结度取值为70%。

2.2监测内容

施工监测主要包括真空度、地下水位、地表沉降量、水平位移、孔隙水压力等数据的观测。

2.3荷载情况

整个加固区的预压荷载包括真空荷载和堆载荷载。真空预压区于2009年6月30日正式抽真空,2009年7月11日膜下真空度达到80 kPa,并开始进行堆载联合预压, 2009年8月30日堆载施工全部结束,堆载厚度约为5 m,为等载预压,至2009年11月11日,真空预压历时为135 d。

2.4施工工艺及方法

①铺设砂垫层和打设塑料排水板。在原地面清表压实后摊铺厚30 cm砂垫层。在施工前要对砂料进行严格检测,要求含泥量≤5%。竖向排水体采用宽10 cm、厚4 mm B型板,芯板不容许采用再生塑料。呈梅花形布置,间距为1. 0 m,打入深度为20 m,施工时要注意控制回带长度≤50 cm。

②安设滤管和真空泵。真空滤管采用76mm硬质透水管(硬聚氯乙烯或聚丙烯管),壁厚2. 9 mm,打孔加工后包土工织物滤水管层,并捆扎结实,滤水层应只透水气不透砂。全部滤管均埋入砂垫层内,施工时要注意滤管的间距和连接的紧密性。真空泵功率为7. 5 kW,约1 000 m2布设1台。

③铺设密封膜。应先清除砂垫层表面杂物,并人工细平砂垫层。待埋完真空表测头及其他观测仪器后,人工铺设密封膜。密封膜采用3层聚乙烯或聚氯乙烯薄膜,密封膜质量必须符合设计要求,密封膜要求在工厂热合一次成型(若现场粘接,搭接宽度≥2m。密封膜采用2层。人工铺设第1层时,认真检查是否有漏洞,一旦发现及时修补后,再铺设第2层,最后用黏土回填密封沟。铺密封膜是本工程的关键工序,质量好坏直接影响加固效果。应严格防止密封膜的损坏。

④抽真空、进行膜上堆载。把滤水管通过出膜器与真空泵连接后,就开始抽真空。抽真空后,加固区膜下真空度会持续上升;当真空度达到并维持在80 kPa之内时,即进入了正常真空预压阶段。在进行堆载前应在密封膜上铺设无纺土工布和砂垫层,防止填料刺破密封膜。正常抽真空10 d后,可进行路基填筑施工;第1层填料应采用细料,路基填筑速度不应过快,严格按照沉降情况进行堆载施工,防止加荷速率过快发生路基失稳现象。

3加固效果分析

①水平位移分析。根据现场量测,整个路基中最大水平位移发生在地表处,位移量为42. 04 mm,影响深度约8 m。在抽真空初期,由于真空负压的作用,土体的水平位移均向区内变化,对地基的稳定来说,是处于安全状态。

在进行堆载施工时,土移随着荷载高度不断增加,土体的水平位移有向区外变化的趋势,但变化速率较小。当堆载高度达到设计要求后,虽然最大水平位移仍向区内变化,但深度2 m以上的表层土移已完全向区外发展,而深度2 m以下的土移虽然仍向区内变化,但其数值明显减小。

②孔隙水压力。在抽真空的初期,孔隙水压力数值迅速减小,孔压的消散速率很快。在进行堆载施工期间,随着荷载高度的不断增加,孔隙水压力也随着增大。以后在真空联合堆载预压期间,随着时间的推移,孔隙水压力渐渐减小,但消散速率不大。

③沉降量及固结度。现场地表沉降观测点S1~S8的沉降实测值及根据沉降曲线推算的最终沉降量和固结度见表1。

表1各测点地表沉降观测值

a.沉降量。地表沉降观测,在抽真空初期,沉降率很大,曲线较陡,地基土固结效果明显,期间最大速率达到43 mm/d。在进行堆载施工期间,随着荷载高度的不断增加,地表沉降测点出现一个沉降速率较大的过程,最大沉降速率为28mm/d。但加荷结束后,沉降速率很快变小。

b.固结度。利用地表沉降量,从实测沉降曲线上可以推算最终沉降量,从而求得地基土的固结度。

④指标评价。

a.抽真空初期,真空度上升较快,后期变慢,基本趋于平稳,说明在整个真空联合堆载预压过程中,地基是稳定的。

b.抽真空效果是非常明显的,由表1可见,历时135 d后,地表沉降243~799mm(平均沉降489mm)。

c.根据沉降曲线推算平均固结度为73%,满足设计要求的停止抽真空的条件。

d.采用真空联合堆载施工方法,比仅采用堆载预压施工的工期可提前4个月。

4结语

真空联合堆载预压法在本工程的应用中,各项指标均满足设计和规范要求。采用此法来处理深厚软土地基,具有加固效果明显、造价低、工期短等优点。

参考文献:

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