1.概述

軟土路基處理基本有淺層處理法、復(fù)合地基法及排水固結(jié)法。淺層處理法有換土、拋石排淤、反壓護(hù)道及排水砂墊層等；排水固結(jié)法有砂井、袋裝砂井、塑料排水板等；復(fù)合地基法有水泥攪拌樁、旋噴樁及粉噴樁等。淺層處理一般適用于軟土層埋深淺，厚度薄，上部覆蓋層較薄的情況；復(fù)合地基法施工工期短，施工方便，見效快，適用于軟土厚度中等，施工工期短的工程，其加固深度一般小于10米；排水固結(jié)法適用于軟土土層較厚的情況，為保證工程工后沉降，一般要預(yù)壓，預(yù)壓期較長(zhǎng)，預(yù)壓土方大。真空預(yù)壓法是排水固結(jié)法的一種。是在要加固的軟基上打設(shè)一定間距的塑料排水板或袋裝砂井，然后鋪上砂墊層，再將不透氣的薄膜鋪設(shè)在墊層上，借助于埋在砂墊層中的管道，通過真空裝置進(jìn)行抽氣，將膜下土體的空氣和水抽出，使土體排水固結(jié)，從而達(dá)到固結(jié)的目的。

2.作用機(jī)理

2.1 宏觀機(jī)理

真空預(yù)壓的整個(gè)加固過程是：土體抽真空后，真空壓力直接作用在土砂墊層中的水氣流體上，先提高排水邊界砂墊層中的真空度，形成下部土體與砂墊層之間的壓差，使得表層土體內(nèi)的水和氣在壓差作用下，通過塑料排水板或砂井流到砂墊層中，再通過與真空泵相連的排水管道被抽出；隨著時(shí)間的延續(xù)，真空度沿著塑料排水板向深度傳遞，并通過排水板向周圍土體擴(kuò)散傳遞，使得深部土體中的水和氣被抽出，由于土體本身滲透系數(shù)很小，水源補(bǔ)給不可能大于或等于地下水被抽出的速度，因此同時(shí)伴隨著地下水位的逐漸下降。

在整個(gè)過程中，土體中產(chǎn)生負(fù)的超靜孔隙水壓力，隨著水氣的排出，超靜孔隙水壓力不斷消散，土體有效應(yīng)力不斷增加，使得土體得到加固。從真空預(yù)壓影響的深度及真空度沿深度傳遞的過程來看，在加固過程中,地下水位是不斷下降的，到一定程度后保持平衡與穩(wěn)定。地下水位并不是齊平的下降，靠近排水板附近土體由于排水路徑短，因而排水速度快，地下水位下降也快；而在排水板中間離排水板較遠(yuǎn)處，由于土體滲透系數(shù)小，排水路徑長(zhǎng)，同時(shí)由于涂抹效應(yīng)和排水板附近土體固結(jié)速度較快使得土體的滲透系數(shù)變小，排水速度變慢，因而形成漏斗形的地下水位線，其最低點(diǎn)位于排水板周邊。在加固過程中漏斗狀地下水位線隨時(shí)間的推移逐漸下降最后趨于較為穩(wěn)定的狀態(tài)，排水板周邊土體中的地下水位的最低點(diǎn)或穩(wěn)定點(diǎn)所在深度即為真空提水深度。真空極限提水深度是有限度的，當(dāng)?shù)叵滤坏陀谶@個(gè)深度，地下水位以下的水將被汽化而不能被抽出。而工程中實(shí)際的最大真空度一般在80～90kPa 之間，因此真空提水深度線也即排水板周邊土體的地下水位最深不能超過8～9m。

所以從宏觀上講，真空預(yù)壓是通過抽出土體中的水和氣，降低地下水位，使土體內(nèi)部出現(xiàn)壓力差，土體在壓力的作用下發(fā)生固結(jié)，固結(jié)起于表層，并逐漸向深部傳遞。因此對(duì)于真空預(yù)壓來說,最重要的是降水,地下水位下降幅度越大,土體上部非飽和區(qū)越厚,下部土體的由浮容重轉(zhuǎn)化的有效應(yīng)力也越大,加固效果也就更好。

2.2 微觀機(jī)理

對(duì)于真空預(yù)壓從微觀上看，真空壓力直接作用在土體中的水氣流體上，而不是直接作用在土體骨架或顆粒上。在真空預(yù)壓最初期，土體排水量很大，但沉降甚微，說明土體中的自由水和氣被抽出，但由于土體顆粒之間的粘聚力、排斥力、接觸點(diǎn)支撐力，土體中的有效應(yīng)力增加但未發(fā)生變形，隨著水、氣的抽出及時(shí)間的持續(xù)，土體顆粒間的孔隙逐漸增大，且由于浮容重轉(zhuǎn)化為濕容重，因而土體顆粒發(fā)生錯(cuò)位重新排列，使得土體的有效應(yīng)力和變形增加，這是由于外因而導(dǎo)致其內(nèi)部自發(fā)調(diào)整的一個(gè)過程，使得土體密實(shí)而得以加固，在整個(gè)過程中只是土體顆粒的重新排列和充填，而土體顆粒不會(huì)發(fā)生破碎，因而一次加載也不會(huì)出現(xiàn)破壞現(xiàn)象，同時(shí)由于其變形為內(nèi)部自發(fā)調(diào)整，在宏觀上表現(xiàn)為塑性變形；當(dāng)停止抽氣時(shí),水存在一個(gè)回灌的過程，使得現(xiàn)場(chǎng)中的地下水位升高，土體顆粒仍然處于調(diào)整狀態(tài)，由于水位的上升，土樣的含水量增加，由于土體顆粒未發(fā)生破碎充填，顆粒之間仍然有一定的孔隙使水得以進(jìn)入，使得部分土體有濕容重重新轉(zhuǎn)化為浮容重，土顆粒之間的粘聚力減小，使得加固后的抗剪強(qiáng)度有所下降；同時(shí)顆粒之間并未塑料排水板應(yīng)該怎么套有重新錯(cuò)動(dòng)的過程即土體發(fā)生的為塑性變形，從而表現(xiàn)出在真空預(yù)壓在卸載時(shí)回彈量很小的特征，地下水位上升的程度取決于水源補(bǔ)給和顆粒重組后孔隙的大小。

3.真空預(yù)壓法路基處理施工過程

本文以津?yàn)I輕軌DK47 + 981. 11～DK49 + 044. 40 段路基為例。該段路基位于濱海沖積平原上，地形平坦，表面為坑塘底部淤泥表層，下面為10～18 m 的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、淤泥及淤泥質(zhì)粘土軟土層。軟土由于形成時(shí)間較短，工程力學(xué)性質(zhì)極差，主要表現(xiàn)為抗剪強(qiáng)度低、壓縮性高等特性。軟土層由上到下依次為： ① 粘土層，為該工程線路段軟基自然脫水硬殼層,黃褐色或灰黃色，呈可塑～流塑狀態(tài)，該層結(jié)構(gòu)不均勻，夾有粉砂薄層，土質(zhì)相對(duì)稍好，厚度約為1.6m。② 淤泥質(zhì)粘土層，為粘土與粉砂交互沉積形成，亦稱帶狀粘土層，由于粉砂薄層及粉砂斑的存在，其滲透性相對(duì)較好，為灰褐色～灰色或灰黃色，呈流塑狀態(tài)，含有機(jī)質(zhì)及碎貝殼，土質(zhì)軟而確變性比較敏感，厚度約為3.5 m。③ 淤泥層，灰褐色或灰色，呈流塑狀態(tài)，該土層粘粒含量高，土層以絮團(tuán)結(jié)構(gòu)為主，形成孔隙率高、孔隙小、土質(zhì)軟、強(qiáng)度低、滲透性小、壓縮性大，該土層一般均處于自重壓力下未塑料排水板廠家排名完全固spb-c型塑料排水板結(jié)狀態(tài)，為軟基加固處理的控制層，厚度約為6.5 m，土質(zhì)較均勻，含有機(jī)質(zhì)。④ 淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層，灰褐色，呈流塑狀態(tài)，局部夾粉砂薄層，夾碎貝殼，土質(zhì)相對(duì)較好，滲透性能較好，厚度約為5m。⑤ 粉土，灰色、濕、密實(shí)，含碎貝殼，土質(zhì)好，但觸變性比較敏感，厚度約為1m。

3.1 設(shè)計(jì)要求

（1）真空預(yù)壓荷載達(dá)90 kPa。

（2）預(yù)壓加固固結(jié)度大于90 %，連續(xù)5天沉降速率小于1.5 mm/d后可卸載。

（3） 路基工后沉降不大于30cm。

3.2 施工工序

表層清理→鋪設(shè)墊層→樁位放樣→機(jī)具定位→塑料板裝靴→ 打設(shè)套管→上拔套管→孔深檢查→剪斷塑料板→插板機(jī)移位→埋設(shè)塑料板頭→開挖密封溝→埋設(shè)吸水管→鋪設(shè)密封膜→出膜連接與真空泵系統(tǒng)安裝→抽真空→卸載。

3.3 施工要點(diǎn)

（1）鋪設(shè)墊層。清理干凈地基表面的雜物，然后填筑70cm素土及30cm排水砂墊層，并碾壓密實(shí)。

（2）塑料排水板的施工。根據(jù)飽和軟粘土特性，設(shè)計(jì)排水板間距為lm，采取正三角形排列，平均打設(shè)深度施工排水為18m?，F(xiàn)場(chǎng)根據(jù)塑料排水板布置范圍及間距，用木片準(zhǔn)確定出每個(gè)塑料排水板的打設(shè)位置，排水板采用門架型插板機(jī)打設(shè)，插板機(jī)基礎(chǔ)要設(shè)置穩(wěn)固，保證其平衡度滿足穩(wěn)定性要求。塑料排水板穿過空心套管，插打至設(shè)計(jì)位置，套管靴頭采用鐵質(zhì)靴頭。 （3）板頭處理。當(dāng)套管打設(shè)至預(yù)定位置后，將塑料排水板剪斷，保證塑料排水板深入砂墊層至少25cm，并將其豎直地埋入砂墊層中。如下圖所示。

（4）布置真空分布管、膜下真空壓力觀測(cè)點(diǎn)和真空泵。塑料排水板全部打設(shè)完成并處理好板頭后，在加固范圍四周開挖密封溝，人工整平場(chǎng)地，鋪設(shè)0.2cm厚砂墊層，并于砂墊層內(nèi)布設(shè)真空管路。濾管采用小于50mm 波紋濾水管，外包一層無紡布濾膜，濾管交點(diǎn)處設(shè)三通或四通鋼管，鋼管與濾管間用膠管連接，并用鐵絲扎緊。將濾管埋入砂墊層，濾管通過管路出膜器與密封膜外的抽真空管路連接到真空泵上。真空泵使用射流泵，在加固區(qū)各角點(diǎn)分別布設(shè)一臺(tái)，加固區(qū)兩側(cè)邊緣位置每35 m 交錯(cuò)布置一臺(tái)。管路布設(shè)完成后，覆蓋三層聚乙烯閉氣薄膜，薄膜邊緣埋入密封溝內(nèi)，溝內(nèi)用粘土回填夯實(shí)，形成高出薄膜不小于20cm堵水圍堰，薄膜上覆蓋10～20cm水。膜上覆水應(yīng)在真空試抽，膜內(nèi)真空度達(dá)到90kPa，確信密封系統(tǒng)不存在問題時(shí)方可進(jìn)行。當(dāng)沉降量連續(xù)5天不大于1.5mm／d時(shí)，即可停止抽氣。

（5）試驗(yàn)和觀測(cè)。為取得比較完整的綜合沉降數(shù)據(jù)，了解加固效果和加固區(qū)對(duì)周圍地基的影響，應(yīng)分別在打塑料排水板前、后，真空預(yù)壓前、后，對(duì)加固區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)和觀測(cè)。試驗(yàn)和觀測(cè)選取兩個(gè)斷面進(jìn)行。施工前，在這兩個(gè)觀測(cè)斷面的中心位置鉆探，進(jìn)行原狀土的各種物理力學(xué)指標(biāo)及真空試驗(yàn)，并做十字板剪切強(qiáng)度試驗(yàn)，真空預(yù)壓加固完成后在相近位置進(jìn)行相同試驗(yàn)，并對(duì)加固前后物力力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析。塑料排水板打完后，在上述兩個(gè)觀測(cè)斷面線路中心、坡腳位置埋設(shè)孔隙水壓力、分層沉降管，左側(cè)密封溝外埋設(shè)測(cè)斜管及水位管；于斷面線路中心、兩側(cè)路肩及坡腳位置膜面布設(shè)沉降板進(jìn)行沉降觀測(cè)，線路坡腳位置膜下設(shè)真空度儀。

3.4 效果分析

（1）地耐力強(qiáng)度及變形分析。 真空預(yù)壓可產(chǎn)生90Kpa等效荷載，土體上30cm砂墊層和表面50cm覆水可產(chǎn)生10Kpa的等效荷載，因此土體相當(dāng)于經(jīng)過100Kpa等效荷載預(yù)壓。預(yù)壓后進(jìn)行荷載板試驗(yàn)，地基承載力可達(dá)120～160Kpa。

在經(jīng)過三個(gè)月的預(yù)壓期后路基完成了95 %以上的沉降，解決了軟土路基工后沉降過大的問題。而且與堆載預(yù)壓不同的是，隨著預(yù)壓荷載的增加，土體產(chǎn)生向內(nèi)的收縮變形，對(duì)路堤穩(wěn)定非常有利。

（2）經(jīng)濟(jì)分析。真空預(yù)壓法施工與復(fù)合地基法等比較，可大量節(jié)約經(jīng)費(fèi)，節(jié)約投資達(dá)60%多。

4.結(jié)束語

真空預(yù)壓法作為軟土地基的加固處理方法，其施工時(shí)間短，加固費(fèi)用低，加固效果好，特別是深層加固效果更好，非常適用于沿海地區(qū)公路、鐵路路基處理工程以及港口、海堤的吹填加固工程。

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