真空联合堆载预压加固高速公路软基的施工应用.doc

真空联合堆载预压加固高速公路软基的施工应用江苏恒基路桥总公司 孙明摘 要 本文详细介绍了真空联合堆载预压的施工工序、方法，以及施工过程中的监测和质量保证措施。对真空联合堆载预压加固高速公路软基的特点进行分析，提出其对高速公路软基施工起的积极作用。关键词 真空联合堆载预压 软基加固 高速公路 监测 质量保证一、概述真空预压加固软土地基的基本原理，最早由瑞典人杰尔曼教授（w.kjellman）于1952年提出。其原理是将软基处理区域作为一个密封体，通过真空泵负压源将土体中的孔隙水和空气抽排出加固体，从而使土体固结，提高地基承载力。真空联合堆载预压是将真空预压和堆载预压有机结合起来处理软基的一种方法，近年来逐渐在高速公路软基处理中得到广泛应用。下面笔者就结合连盐高速公路响水二标部分软土路基采用真空联合堆载预压处理工程实例作简要介绍。二、工程概况连盐高速公路响水二标位于盐城市响水县境内，是江苏省“四纵、四横、四联”高速公路网中“纵一”的重要组成部分。所经区域自北向南分为废黄河冲积平原，盐城至东台冲积平原区，沿线地势平坦，土质以松散沉积物为主。起点桩号为K44+684.253，终点桩号为K54+900，全长10.216km。所处地段全部为软土路基，其中K52+655K53+180、K53+655K54+235、K54+265K54+661段为真空联合堆载预压处理，处理面积达77103m2。三、工程地质条件现场钻孔勘探揭示地基土层自上而下分布情况为：亚砂土-亚粘土层：亚砂土：灰黄色，局部灰白色，湿饱和，可塑，含少量碎片：亚粘土：灰黄色，饱和，可塑，层顶标高3.33.92m，层底标高2.241.4，层厚1.32.2m。淤泥质亚砂土-淤泥质粘土层：灰浅灰色，饱和，流塑，高压缩性，无摇振反应，切面稍光滑，干强度与韧性偏低，夹亚砂土薄层和淤泥透镜体。层底标高-9.56-10.25m，层厚11.3012.40m。粘土-亚粘土层：灰黄色，局部灰绿色，可塑，1、7号断面为硬塑，中压缩性，无摇振反应，切面稍光滑，干强度与韧性中等，含少量铁锰质斑点或结核，钙质结核，偶见贝壳碎片和砂礓石。该层未钻穿，最大控制厚度为3.20m。 第二层淤泥质亚砂土-淤泥质粘土层的十字板强度平均值为26.2kpa，小于35kpa。含水量平均值为48.0%，孔隙比平均值为1.30，大于1.0，呈流塑，锥尖阻力均小，剪切强度小，承载力低，因此该土层属于工程性质较差的软弱土层。对高速公路地基来说，该土层是控制地基变形和稳定的关键层。 四、准备工作1、将地基处理范围内原地面进行清表，清除一切杂物。遇沟塘时清淤、回填处理，并压实到规定的压实度，整平至整平高程。同时注意在压膜沟5m范围内，必须回填不透气粘土压实，以防漏气。2、砂垫层及塑排板的施工。塑排板施工结束后，在验收合格段铺设上层20cm砂垫层，砂垫层的砂采用中粗砂，含泥量小于5%，干密度不小于15KN/m。砂垫层铺设时，其面层4cm厚度范围内不得有带棱角的硬物，对高出砂垫层的塑排板应于剪断或埋于砂垫层中，铺设时要厚度均匀。保证能把滤管盖住，使垂直排水通道、滤管通过砂垫层真正连接起来，能形成一个通畅的排水和真空压力传送系统。五、真空预压施工工艺真空联合堆载预压法加固软基的断面示意图如图1所示。真空预压加固软基施工主要包括：铺设砂垫层、打设排水体、密封沟开挖、真空管安装、密封膜铺设、真空泵安装、抽真空等工序。图1 真空联合堆载加固断面示意图施工工艺流程其真空预压施工工艺流程见图2。机具就位施工排水体摊铺下层透水层整平原地面铺设膜下管道埋设监测仪器摊铺上层砂垫层摊铺下层透水机具就位施工排水体机具移位摊铺上层砂垫层埋设监测仪器铺设膜下管道铺设土工布、密封膜挖密封沟、填沟真空泵安装布置沉降标抽真空稳定后铺设土工布机具移位真空泵安装布置沉降标挖密封沟、填沟铺设土工布、密封膜满足要求后停止抽气、卸荷施工路基稳定后铺设土工布抽真空施工图2 真空预压施工工艺流程六、施工过程（一）、抽真空系统布设1、主滤管及其布置埋于砂垫层中的管道分主管和滤管两种，管材为PVC管，主管直径为90mm，滤管直径为50mm，管壁厚2.2-2.6mm。要求能承受400kpa的压力。滤管上分布有均匀间距的孔洞，并在管子外面包裹起反滤作用的无纺土工布。当主管和滤管需连接时，可用三通、四通式加以连接，在主管的端部当它与滤管连接时，应采用三通连接，同时注意要密封。滤管与滤管、主管之间多采用软接头，该种布置形式能保证整个加固区内真空度均匀一致，而且个别泵停机检修对真空度几乎无影响。现场铺设时，将滤管的末端用木塞或PVC圆板封死，然后再套上预先缝制好的反滤布套，注意反滤布一定要把滤管上的孔洞盖住，再用细绳把滤布套两端捆扎牢靠。布设时滤管间距为6m，一切安装结束后，将整个主滤管埋入砂垫层中，而出膜装置的开口部分暂时用布包好，以防砂子进入管内。2、主管的出膜装置安装安装时在主管的出口部位连接一个带有法兰盘的弯曲钢管，放置上密封橡胶垫圈，再将膜外的垫圈和有4孔的膜外法兰盘置于膜上，加上螺栓拧紧，形成主管出膜装置，再通过钢丝螺纹橡胶软管，把抽真空装置与膜下的管路系统联系起来，形成一抽气系统。为了防止由于地质突变等不利条件发生，也可预留若干个备用出膜接口，以备加泵使用。3、抽真空装置安装抽真空装置选用真空射流泵（7.5kW），按照真空预压管路布置图进行安装，每 800m21000m2布置一套，同时每区准备至少4套备用真空泵。将真空泵水平放置，真空泵进水口和出膜口保持同一平面，以保证真空泵能发挥到最大功效。 （二）、密封系统施工1、密封膜及铺设铺膜前应先捡除砂垫层表面的尖棱小石子、贝壳等杂物，且人工细平垫层表面，待埋设完真空表测头及其它观测仪器后，在加固区内铺设一层土工布，然后再铺上土工膜。铺设时，膜不宜拉得太紧，每边多放出几米，铺设一般自一边开始，几层一道依顺序同时由近及远进行铺设。膜在埋入密封沟时，注意不要被石头或草、树根等戳破，注意其完整性。在膜上放置沉降标时，应在标下垫一层土工布或一些小块密封膜，注意放平压重，以防戳破薄膜。2、密封沟挖沟时注意土层中的植物根系和动物孔洞，若发现有孔洞，则沟的深度相应挖深一些以避开孔洞，深度要穿过透气、透水层。沟挖好后将膜放入沟中，应注意将膜贴于沟的内壁，并将膜放至沟底，然后分层回填，特别要注意在真空度测头和孔压测头导线引出的地方，既要密封好，又不能将导线弄断或弄破。（三）、设置沉降板为了掌握抽真空期间，加固区内土体的沉降变化规律，根据规范要求，在相距50100m的断面上布置13个沉降观测点。沉降板底座用土工布包裹好，防止弄破密封膜，安置好后建立初始值。(四)、抽真空及真空维持上述工作完成后，既可开始抽真空，检验密封情况，真空预压的抽气设备宜用射流真空泵，空抽是必须达到90kpa以上的真空吸力。膜下真空度应稳定在80kpa以上。抽气开始的前几天，每隔2h测读一次，以便能准确地测出真空压力的上升过程和有利于检查密封情况。当真空压力达设计要求之后，可每4-6h测读一次，夜里也得测读，并且每次都要做好记录，最后绘制成膜下真空度的时间过程线。（五）、第二层土工布、砂垫层施工当膜下真空度稳定后达到不小于80kpa并维持10天后，为保证真空膜不破裂，先在其上铺设一层土工布，铺筑与其上的土工布要求平整、无撕裂现象，土工布铺设结束后，再铺设40cm砂垫层，并按要求垫平。砂垫层的砂采用中粗砂，含泥量小于5%，干密度不小于15KN/m。七、施工过程中的监测1、膜下真空度的监测在一块加固面积上，膜下真空度测头最少放置5个，四个角上和中心各放一个，若面积较大，则一般平均每800600m2上放置一个。抽气开始头几天，每隔2h测读一次，当真空压力达到设计要求后，可每46h测读一次，并做好记录，最后绘制成膜下真空的时间过程线。2、地表面的沉降观测施工沉降观测：先在加固场地预埋几个沉降板，测出它的初读数，然后在完成上述施工后再进行测量，从而可以得出施工沉降量，沉降板应妥善保护做上醒目标记。沉降板由一块面积20cm20cm，厚度为5mm左右的铁板做成，铁板上中央部分焊上一个小铁钉，以供测量放塔尺所用，铁板下焊接有2个长约25cm左右的“耳朵”，埋设时将其插入地下，防止铁板移动。抽气膜面沉降观测：在铺好的薄膜上预先放置一些沉降标来完成，施放均匀，在加固区的边缘、中心及中间部分都得有沉降标其材质以钢材较好，整体结构要求平稳，具有一定的抗风能力，放置时其底座下要垫一些软的材料，以防弄破薄膜，沉降标下的砂垫层应尽量密实、平整，将刻度尺事先焊接在沉降标上，最好用不锈钢尺。膜面沉降初值观测要在沉降标放毕，抽气以前进行。加固区一经抽真空，膜面沉降测量也应正式开始，而且自始自终不能停，初期一天测一次，当沉降速率小于2.0mm/d及以下时，可2-3天测一次。八、路基土方施工1、在膜下真空度稳定并达到设计要求之后，才能进行堆载施工，为保证真空膜不破裂，施工时，先铺设40cm砂垫层整平后再填土，铺设砂垫层时必须做到人工或人工半机械施工，以确保真空膜不被破坏而引起真空度损失。堆载完成后继续维持80kpa真空度10天。2、真空预压加固区膜下真空度达80kpa以上条件下连续抽真空3个月，或地基固结度ut达80%时，即可停机卸荷，交工验收。九、常规事故处理措施这里的常规事故是指膜下真空度无法达到80kPa，或已达到后降下来却很难恢复到的情况，通常有以下原因：1、密封膜损坏，在抽气过程中会发出鸣叫声，寻声音找到漏气处进行补救。如密封膜面有许多细微孔眼，可在密封膜上覆盖一层淤泥浆进行密封。2、射流泵功效不足，检查水泵叶轮是否有杂物堵塞，射流腔及喷嘴有无损坏，并保持射流腔和出膜口保持同一平面。3、出膜口漏气，采用塑料薄膜重新包扎，并用粘土覆盖。4、如覆盖水膜后发现密封膜破坏，可在漏洞处铺设一块较大塑料薄膜并用淤泥盖住，加压砂包袋。十、质量保证措施1、排水体质量保证措施排水体外观质量及性能指标，应按照设计要求购买性能合格的排水体；排水体施工时，打设间距、深度、垂直度应满足设计要求，高出砂垫层的排水体应剪断或弯于砂垫层中。2、砂垫层施工质量保证措施砂料的纯净度、粒径、级配应满足设计要求；砂垫层铺设时，厚度要符合设计要求，采用机械铺设时注意不要将已打设好的排水体折断，确保排水系统畅通。3、水平分布滤管施工质量保证措施材料要求：分布滤管材料用PVC塑料管，主管采用90mm，主管壁厚2.6mm，支滤管采用50mm，支滤管壁厚2.3mm，以适应地基的沉降变化，且能承受足够的径向真空压力而不变形。滤管外包土工布滤膜，其渗透系数要与排水垫层的渗透系数相当。滤管的埋设：滤水管长度和间距要满足设计要求，滤水管埋在砂垫层中部，砂垫层很厚时，滤管埋设深度大于20cm。排水管网连接要牢固，滤水孔要通畅。4、密封膜施工质量保证措施密封膜材料要求使用密封性好，抗老化能力强，韧性好，抗穿透能力强的专用土工膜；密封膜铺设时，按先后顺序铺设，铺好后，及时粘补膜面破损部位，确保膜面密封性能。密封沟开挖必须符合盖膜闭气要求，密封沟深度要在1.5m以上并将膜边垂直插入软土中，密封沟内必须用粘土回填，并在沟内覆水，以确保膜周边的密封。5、施工期观测质量保证措施把好仪器的选型、调试关，使投入使用的仪器质量性能良好，测试准确，资料可靠。认真做好观测、记录、整理、计算和绘制图表等工作，并对所有资料进行核对复查，确保资料的准确性。挑选工作认真负责的技术人员负责仪器的安装、测试及资料的整理工作，以确保整个观测、试验项目满足有关技术要求。十一、施工成果及意义1、由于真空预压产生负压，使土体产生向内性缩变形；可以抵消因堆载引起的向外挤出变形，地基不会因填土速率快而出现不稳定问题，因此堆载速度可以不受限制，大大加快了工程进度。2、真空预压根据设计要求，其膜内负压为80kpa以上，这当于填土高度4m多对路基底产生的压力，再加上路基设计部分高度(般为了3-4m)的本身压力，相当于在软基上直接作用7-8m的填土，其沉降速率必定会大为增加，地基强度可较快得到增大。卸荷后相当于突然减少4m多的填土，基底会出现一定的反弹现象，日后车辆及路面荷载一般不会超过4m多的填土荷载，其工后沉降也将会得到保证。3、目前制约高速公路施工工期最重要的因素，就是软土路基堆载速率受到限制导致堆载时间过长以及路基预压时间太长；一般路基填