真空聯(lián)合堆載預(yù)壓技術(shù)在現(xiàn)代公路施工中的應(yīng)用
2012-10-18
軟土地基一般都表現(xiàn)為高含水量、高壓縮性、高粘土含量、低滲透性和低強度等特點，要在這“三高二低”的軟土地基上修建好公路，必須解決好兩個方面的問題：一是路基要有足夠的穩(wěn)定性，二是工程完工后，路基沉降穩(wěn)定。為了縮短工期、加快建設(shè)速度、保證工程質(zhì)量，某高速公路軟土地基試驗段采用了一種新的加固方法-真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法，取得了良好的效果。
1、真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法加固機理
眾所周知，大氣的壓力為10t/m2，真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法實際上就是在堆載預(yù)壓的同時，借助大氣的壓力，使兩者聯(lián)合發(fā)揮作用，加快土體固結(jié)收縮。真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法是用薄膜對需要加固的軟基進行密封與大氣隔離，借助射流泵抽真空，通過鋪在加固體表面的砂墊層中的管道及豎向排水體袋裝砂井將加固區(qū)內(nèi)的空氣和水抽走，形成真空，在地表砂墊層產(chǎn)生負壓，該負壓通過真空管路及豎向排水體逐漸向深度方向延升，并向四周土體擴散，使加固上體內(nèi)部與排水通道、砂墊層中產(chǎn)生壓差，在此壓差作用下，土體中的孔隙水不斷由排水通道排出，使孔隙水壓力降低，最終使上體固結(jié)壓密。真空預(yù)壓加固過程實際上是地下水氣不斷被抽走的同時，真空度不斷向加固土體內(nèi)傳遞、擴散并在加固土體內(nèi)形成一定真空負壓和負壓梯度的過程。真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法是在真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是真空預(yù)壓和堆載預(yù)壓兩種加固方法的疊加，在堆載預(yù)壓的同時再加一真空荷載同時作用，促使土體充分固結(jié)壓縮。
根據(jù)太沙基有效應(yīng)力原理，其過程可表達為：式中分別為真空和堆載產(chǎn)生的總效應(yīng)力絕對值，為主骨架壓縮和收縮有效應(yīng)力絕對值，為真空產(chǎn)生的孔隙應(yīng)力絕對值，為堆載產(chǎn)生的孔隙應(yīng)力絕對值），從中我們可以看出真空聯(lián)合堆載預(yù)壓只是通過減少孔隙水壓力來增加土體的有效應(yīng)力和球應(yīng)力，并且土體的球應(yīng)力會使土體產(chǎn)生向預(yù)壓區(qū)內(nèi)的收縮變形，以上理論在某高速公路的施工中得到了驗證和應(yīng)用。
2、真空聯(lián)合堆載法施工中的關(guān)鍵技術(shù)
2.1 加固效果，真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法是在真空預(yù)壓和堆載預(yù)壓基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種軟基處理方法，它具有真空預(yù)壓和堆載預(yù)壓的雙重效果，適用干設(shè)汁荷載大，承載力要求高的工程。該方法在加固效果方面有如下三個方面的特點：①固結(jié)速度。真空預(yù)壓階段，真空度通過濾管、砂墊層及垂直排水通道逐漸向上體內(nèi)部傳遞，土體中的孔隙水在這種壓差的作用下不斷向外排出，從而使土體發(fā)生排水固結(jié)。真空堆載和聯(lián)合預(yù)壓階段在真空預(yù)壓的基礎(chǔ)上，再利用路堤填上進行堆載預(yù)壓，一方面堆載的作用使土體中的孔隙水壓力升高；另一方面真空預(yù)壓的作用使砂墊層及垂直排水通道的孔壓要處于負壓狀態(tài)，這樣地基中孔隙水的壓差就更加大，加速了土體中水的排出，固結(jié)速度自然快，加固的效果就更加明顯。②加固深度。加固深度主要取決于引起孔隙水壓力變化的深度。在真空聯(lián)合堆載預(yù)壓加固軟基方法中，真空度是引起孔隙水壓力變化的主耍因素之一，它沿深度的傳遞與豎向排水體的井阻有關(guān)。大量的現(xiàn)場實測資料顯示，真空度沿深度的衰減明顯低于堆載時總應(yīng)力沿深度的衰減。因此，真空聯(lián)合堆載預(yù)壓方法的加固深度大于普通的堆載預(yù)壓。③強度增長。在真空聯(lián)合堆載預(yù)壓加固軟基方法中，當真空度達80 kPa時，真空荷載相當于4m～5m高度的填上荷載，這使得該方法在預(yù)壓過程中的等效超載高度高，加之固結(jié)速度快、影響深度深等因素，都使得地基的強度增長快，而且提高幅度大。
2.2 地基穩(wěn)定性，真空聯(lián)合堆載預(yù)壓方法是在真空預(yù)壓的基礎(chǔ)上，施加堆荷外載。由于真空產(chǎn)生負壓，使土體產(chǎn)生向內(nèi)收縮變形，可以抵消因堆載引起的向外擠出變形，因而，地基在填土過程中的穩(wěn)定性較好。從另一角度分析，地基產(chǎn)生向內(nèi)的收縮變形，等同于在路基兩側(cè)施加反壓護道，可知增加了抗滑力距，因而抽真空產(chǎn)生負壓有利于路基穩(wěn)定。
3、真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法的施工工藝
3.1 首先在濕軟地基設(shè)置排水通道，即按常規(guī)方法先鋪砂墊層，接著打袋裝砂井，其長度以打穿淤泥層或不少于20m為宜，間距一般不大于1.5m。
3.2 埋設(shè)監(jiān)測儀器，根據(jù)地基情況，我們在此試驗段布置了兩個監(jiān)測斷面，埋設(shè)了空隙水壓力儀、測斜儀、表面沉降板和真空度測定儀等儀器，用以監(jiān)測軟基在加固前后的應(yīng)力、應(yīng)變變化情況及控制填土。由于真空預(yù)壓側(cè)向位移指向路基中心，孔壓持續(xù)下降，所以不對沉降作嚴格要求，而以側(cè)移和孔壓系數(shù)為主要控制指標。
3.3 清理場地并安設(shè)排水（氣）管。砂墊層表面要清除雜物，不能有碎石、竹簽等尖銳物，防止刺破表面加鋪的密封膜。然后布置真空排水（氣）管道（PVC管）。高速公路路堤因是長條形，按此特點，設(shè)主管和濾管兩種。主管直徑6cm。沿縱向間隔30m布置兩條，在主管上每間隔 6m兩側(cè)設(shè)兩條直徑6cm的濾管，主管和濾管用軟管連接呈魚骨狀布置在砂墊層頂部，濾管埋入軟基中。
3.4 從主管中接出真空管路，經(jīng)過密封膜與射流泵聯(lián)接，每臺射流泵控制 600～800平方米的加固區(qū)。連接管路時應(yīng)注意接頭牢固、密封，并有一定的柔性。
3.5 管道鋪設(shè)后，接著鋪蓋密封膜。密封膜應(yīng)用抗老化好、韌性高、抗穿刺性強、整體性和密封性好的聚氯乙稀薄膜，厚度為0.14～0.16mm；然后在加固區(qū)四周開挖密封溝，其深度不少于1.5m，并以進入淤泥 50cm為佳，同時密封膜在溝內(nèi)應(yīng)翻轉(zhuǎn)錨固，用粘性土回填密實，并構(gòu)筑圍堰注水密封。
3.6 當鋪蓋好密封膜后，開始抽真空，并隨時檢查是否漏氣，漏氣一般發(fā)生在地基、邊溝、薄膜、接頭等地方。正常情況下約7～10d膜內(nèi)真空度可達70kPa以上，經(jīng)穩(wěn)定2～3d后開始堆載，堆載前，必須在密封膜上加鋪一層防止填土料頂破密封膜的無紡布等其他織物。
