真空联合堆载预压法加固软基的应用及施工工艺
摘要：真空联合堆载预压法是一种有效处理沿海地区修建高速公路工程软弱地基处理的方法，具有加快固结、工期短、节省土方等优点。本文对真空联合堆载预压法在加固软土地基的应用发展及加固原理进行了总结，对真空联合堆载预压法在高速公路工程中的施工工艺进行了阐述，并对其施工工艺中的不足给出了可行的解决方法，为真空联合堆载预压法在高速公路上的施工及应用提供了参考。
Abstract： Owing to the advantages of quickening consolidation， short construction terms and saving earthwork， the vacuum-load preloading method is applied to deal with soft foundation of motorways in the coastal areas. In this paper， the application condition， strengthening mechanism and construction technology of vacuum-load preloading method are summarized and expounded in detail， and a workable proposition is proposed to solve the insufficient of construction technology， which provides reference for the future construction and application of the vacuum-load preloading method.
关键词：真空联合堆载预压;应用发展;加固原理;施工工艺
Key words： vacuum-load preloading;application and development;strengthening mechanism;construction technology
中图分类号：TU471.8 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）07-0143-03
0 引言
为了满足国民经济快速发展的需求，国内高速公路正在如火如荼的建设当中。但是在我国沿海地区软弱粘土分布广泛，其压缩性高、含水量大、渗透性差、抗剪强度低，不妥善处理会导致上部结构物产生失稳破坏，是制约高速公路建设的关键性问题。目前国内软土地基处理方法相对较多，如复合地基法[1]、排水固结法[2-3]、强夯法[4]等。真空联合堆载预压法属于排水固结法，是结合了堆载预压技术和真空预压技术产生的一种新技术，具有工期短、加快固结、工后沉降减小、减少土方等优势，适用于沿海地区高速公路的建设[5-7]。真空联合堆载预压法在我国已有较多的应用，如广东省一江高速公路路基加固工程[8]、天津横琴新区市政道路工程[9]等，在施工技术上证明了真空联合堆载预压法加固地基的可行性。
本文主要对真空联合堆载预压法在国内外的应用和发展以及其加固软基地基的原理进行总结，进一步说明该方法在软土地基的可行性。然后针对其在苏浙皖高速公路的应用，概括其施工工艺，并对施工工艺中存在的问题提出有效的解决方法。
1 国内外应用及发展
真空联合堆载预压法是真空预压和堆载预压的结合，其发展是建立在真空预压法以及堆载预压法的基础上，下面先分别介绍真空预压法和堆载预压法的应用与发展情况，在此基础上再对真空联合堆载预压法进行介绍。
真空预压法是采用抽真空的方式达到软土地基加固的目的，该方法最早是由瑞典学家杰尔曼教授[10]于1952年提出，之后美国的P.J.Velent（1973）、前苏联Fer-Metirosyan（1983）和日本的小林正树（1984）等学者分别采用理论分析及有限元模拟研究了该方法的处理效果。我国是于50年代开始从事该方法的研究。研究初期由于材料的密封性不高以及加固机理不完善，导致该方法无法在国内外得到推广。之后随着塑料工业的发展，密封材料的问题得以解决，很多学者又开始这方面的研究。目前，真空预压的原理已经被解释清楚，即降低边界孔隙水压力使得土体固结。
堆载预压法是软土地基常见的处理方法之一。该方法最先在1943年应用于美国处理沼泽地段的路基，由于结果较好而被推广到世界各地。堆载预压法在我国起步也较早，砂井堆载预压法于1953年首次应用于加固船台地基，之后又在水利工程、铁路以及工业民用建筑的软基中进行了应用，并取得了较好的效果。到1981年，一种滤水性、延展性好、运输方便、施工快、工期短、排水效果好的塑料排水板的出现[11]，推动了塑料板—堆载预压法的快速发展，堆载预压法也因此被广泛应用起来。
真空联合堆载预压法最早是在1958年应用于美國费城国际机场的跑道扩建工程中，之后日本、法国、苏联、美国等国家对该工法进行了报道。50年代初期，我国也开展了真空预压技术方面的研究，哈尔滨军事工程学院及天津大学在1959进行了真空预压室内试验研究，同济大学和南京水利科学研究院在1960进行了小型现场试验研究，但是由于机械设备材料等方面的限制，早期试验效果并不理想。到20世纪80年，交通部第一航务工程局联合天津大学和南京水利科学院土工所采用射流泵提高了抽真空的效率，从而使该技术的施工工艺方法得到质的飞跃。现在真空联合堆载预压加固软土地基技术已广泛应用于高苏公路、港口、机场、堤坝边坡等工程的软基处理中，并具有良好的经济与社会效益。
2 真空联合堆载预压法原理介绍
堆载预压法是以土料、块石或者建筑物本体作为荷载，对软基进行预压。根据太沙基有效应力原理（公式2），上部荷载作用时，产生附加应力开始由土体内孔隙水应力全部承担，但因土内与边界空隙水压力不平衡，土内产生排水边界的渗流，随着时间推移，空隙水压力逐渐消散，附加应力最终转化为有效应力，从而使得土体得到加固[12]。
真空联合堆载预压法可以说是从真空预压法的基础上发展起来的，它是堆载预压和真空预压的叠加，其示意图（见图1）。真空联合堆载预压法在堆载预压的同时进行真空抽气，从而引起有效应力增量的叠加效果，能够促使土体加速固结压缩。
3 工程施工工艺及施工要点
申苏浙皖高速公路湖州—长兴姚家桥段位于杭嘉湖平原，公路地基浅部部分为海积软土，其含水量高、压缩量大。该高速地基处理采用真空联合预压法，其施工工艺如图2所示。施工分别包括测量放样、铺设砂垫层、打设袋装砂井、平整场地、铺设排水滤管、铺设真空膜、分级加载、联合预压等步骤。
其中施工过程中需要注意的地方有以下几点：①场地工作面宜形成一定的坡度，有利于排水。例如道路工程中断面应采用纵向高、两边低，因为加固后场地一般中部沉降大于两边，中部预先填高，有利于滤管与主管中水的排出;②排水砂垫层中垫层材料渗透系数不应低于10-3cm/s，含泥量不应超过5%;③塑料板施工所用插板机械应具有较低的接地压力，能够迅速、准确的将塑料板插入其中，防止其对土的扰动过大;④装袋砂井可采用锤击法和振动法，施工中应保证砂井连续不断井。装袋砂井应穿透软土层，砂袋施工中需要保证不断板;⑤真空泵台数应满足工程需求，且不少与2台;⑥道路工程中，荷载施加方法不同于堤坝、油罐、房屋等工程采用建筑物自重加压，而是一般采用石料、砂、砖等散料作为荷载材料。
虽然上述施工方法已经较为成功，但是依然有需要改进的地方：①砂垫层的改进：规范要求砂垫层厚度为50cm，用砂量太大，工程造价提高，对于无砂地区更甚，可以考虑卵石、碎石或者其他廉价透水性材料;②抽真空方式的改进：软土地基由于含水量较高，尤其对于沿海气度，真空预压法需要进行约半年之久，开泵耗电量较大，可采用停抽结合的变真空能量法，根据施工过程中排水管的出水量的逐渐减少适当减少开泵量。
4 结论
本文通过阅读大量文献针对真空联合堆载预压法加固软基的发展、加固机理、施工工艺及改进方面对该方法进行了详细的总结及阐述，主要结论如下：①真空联合堆载预压法作为一种新型的加固地基的方法，通过材料、理论研究及施工工艺方面长时间的研究与改进，现已广泛应用于高速公路等工程的软基处理中，并具有良好的经济与社会效益;②真空聯合堆载预压法是真空预压法和堆载预压法两种方法的结合，在堆载预压的同时进行真空抽气，从而引起有效应力增量的叠加效果，能够促使土体加速固结压缩;③总结了真空联合堆载预压法施工工艺及施工要点，并针对施工过程中用砂量和用电量较高的现状，提出了采用其他廉价透水性材料和变真空能量法的有效方法。
参考文献：
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