真空聯(lián)合堆載預壓法在公路建設中的施工工藝（一）

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由于我國地域廣闊，氣候復雜，濕地洼田隨處可見。隨著我國公路建設的進一步發(fā)展，將不可避免地要在軟土地基上修建越來越多的高速公路。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。為解決這個問題，以往我們采用較多的是以排水加固法為主體，再適當配以加筋土的加固方法，但是這種方法存在著排水固結時間長、工后沉降難于滿足規(guī)范要求的缺點。為了縮短工期、加快建設速度、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)合堆載預壓法，取得了良好的效果。

　　真空預壓法是排水固結法的一種，主要由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)兩部分組成：排水系統(tǒng)主要包括豎向排水體和水平排水體，豎向排水體常用塑料排水板、袋裝砂井、透水軟管等，水平排水體常用砂墊層（純凈中粗砂），對于砂源緊缺、砂價較貴的地區(qū)可采用技術可靠的塑料盲溝或透水軟管等土工合成材料，以降低工程造價。設置排水系統(tǒng)主要為了改變地基原有的排水邊界條件，傳遞真空壓力，增加空隙水的排出通道，縮短排水距離，以便在上部荷載作用下能以較快的時間使地基土的有效應力增加，地基土產(chǎn)生固結，完成預定的地基加固效果，滿足工程建設需要。加壓系統(tǒng)主要是指抽真空裝置。在實施真空預壓法的同時在地基上部進行堆載（包括堆土、充水等），真空預壓與上部堆載聯(lián)合作用就形成了真空聯(lián)合堆載預壓法。

　　1.真空聯(lián)合堆載預壓法加固機理

　　眾所周知，大氣的壓力為10t/㎡，真空聯(lián)合堆載預壓法實際上就是在堆載預壓的同時，借助大氣的壓力，使兩者聯(lián)合發(fā)揮作用，加快土體固結收縮。真空聯(lián)合堆載預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，最終使上體固結壓密。真空預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)合堆載預壓法是在真空聯(lián)合堆載預壓法基礎上發(fā)展起來的，是真空預壓和堆載預壓兩種加固方法的疊加，在堆載預壓的同時再加一真空荷載同時作用，促使土體充分固結壓縮。

　　根據(jù)太沙基有效應力原理，其過程可表達為：式中分別為真空和堆載產(chǎn)生的總效應力絕對值，為主骨架壓縮和收縮有效應力絕對值，為真空產(chǎn)生的孔隙應力絕對值，為堆載產(chǎn)生的孔隙應力絕對值），從中我們可以看出真空聯(lián)合堆載預壓只是通過減少孔隙水壓力來增加土體的有效應力和球應力，并且土體的球應力會使土體產(chǎn)生向預壓區(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用。

　　2.真空聯(lián)合堆載系統(tǒng)的組成

　　真空聯(lián)合堆載預壓法由排水系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)組成。

　　2.1 排水系統(tǒng) 排水系統(tǒng)由砂墊層（橫向排水體）和豎向排水體（砂井）組成。砂墊層一般采用中粗砂，含泥量應小于5%，厚度40-70cm，表面宜鋪設平整。如果不采用真空預壓，砂墊層的邊緣必須出露以排出軟土釋放的水；對于真空聯(lián)合堆載預壓法，必須將砂墊層密封以保證不漏氣。

　　2.2 真空系統(tǒng) 真空系統(tǒng)主要由密封膜、濾水管和真空泵組成。密封膜用于密閉砂墊層和淺層軟土，防止漏氣；濾水管成網(wǎng)絡狀態(tài)鋪設在砂墊層中，使抽真空形成的負壓在砂墊層和砂井中快速擴散，井將固結釋放的水輸送出去：濾水管與真空泵相連，真空泵連續(xù)抽水、抽氣，保證負壓的形成。真空系統(tǒng)可以在砂墊層中形成60kPa～80kPa的負壓。

　　2.3 加壓系統(tǒng) 加壓系統(tǒng)實際就是填土堆載，分階段堆填到設計高度，井確保地基的穩(wěn)定性。為了減少工后沉降，必要時可以實施超載預壓，預壓填土高度超出正常路堤高度，等地基沉降量達到要求后再卸荷。