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铁道建筑 Ｒａｉｌｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 文章编号：１００３ １９９５（２００７）０７—００６６—０３ 真空堆载预压加固软基施工技术 田 忠 （北京新奥集团有限公司，北京 １０００２９） 摘要：文章结合江珠高速公路四村互通立交工程实测，分析真空预压的加固机理，在以塑料排水板引流 的基础上，采用真空堆载预压技术以加快软基的排水固结，从而达到加固软土地基的目的。 关键词：塑料排水板 真空 堆载 加固 软基 中图分类号：Ｕ２１３．１ ４文献标识码：１３ 江珠高速公路四村互通立交工程与江中、江鹤高 速公路呈“Ｔ”形交叉（见图１）。由Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ六条 匝道连接主线，线路全长５ ０７０．３６ ｍ，其中主线路基长 １ ０３４ ｍ，桥梁长３０４ ｍ；匝道路基长１ ４０５．９ ｍ，桥梁长 ２ ３２６．４６ ｍ。该路段设计标准为双向四车道，设计行 车速度１２０ ｋｍ／ｈ，整体式路基宽２６ ｍ，分离式路基标准 宽１３．２５ ｍ。 流相黏性土及底部砂砾、亚粘土等组成；白垩系地层为 其上统南雄群（Ｋ２）砖红及灰白色砂砾岩、含砾粗砂 岩、细砂岩及泥岩夹石膏层，分布于路线第四系松散沉 积层之下。本路段经钻探揭示，软基分布广泛且深厚， 一般为淤泥、淤泥质土、粉细砂。 １真空预压加固机理 真空预压加固是通过加固区域内的土体造成负 线路在区域上位于新华夏系五桂山断裂、沙湾断 裂和新会断裂交切而形成的凹陷部位，地层主要为第 四系松散沉积物、白垩系红色岩系；地震基本烈度为Ⅶ 压，使边界的孔压降低，土体中的原来孔压便与这些边 界的孔压形成一定的压力差并且发生不稳定渗流。随 着时间的增长，土体中的孔压逐渐降低，降低的孔压转 变为土体的有效应力。根据太沙基有效应力原理 ＝ ＋ ，式中的 为总应力； 为有效应力； 为孔隙 水压力。由公式可知，在真空预压中，孔隙水压力消散 的过程亦是土体有效应力增加的过程。 度；地貌单元为珠江三角洲冲积平原，地形平坦，以耕 地、鱼塘为主，沟渠纵横、围堤密布。该区域地处北回 归线以南，属亚热带季风海洋性气候，温暖湿润，雨量 充沛。年平均气温２１．９℃，平均年降雨量１ ７８４．６９ ｍｍ，降水主要集中在雨季的４月一１０月，雨量占全年 雨量的８０％。 对于天然地基，由于子Ｌ隙水压力是球应力，地基中 土体单元的莫尔圆大小并没有改变，只是向右发生平 移，当“荷载”卸除后，被加固土体由正常固结状态变为 超固结状态，由于真空预压时土体不会产生剪应力，因 此即使真空荷载一次性施加上去，地基土也不会发生 剪切破坏，从而可以缩短工期。 ２真空堆载预压施工技术 ２．１施工工艺 抛填片石挤淤、袋装砂井及粉喷桩等方法进行地 图１建成后的江门四村互通立交工程 基处理，在我公司施工的软基加固中都曾尝试过，而采 用“塑料排水板＋真空堆载预压”的处治技术还是首次 广泛分布于沿线地表的第四系全新统三角洲相沉 积（Ｑ：）由灰色～深灰色淤泥、淤泥质土，粉细砂和河 遇到。为此项目部联合杭州华东岩土工程公司于 ２００５年８月在８个桥１４段共８１７ ｍ进行了真空堆载 预压。真空堆载预压加固软土地基的具体施工工序 收稿日期：２００６．１２．０６；修回日期：２００７．０４一ｏ８ 作者简介：田忠（１９６９一），男，北京人，工程师，硕士研究生。 为：施工准备一砂垫层铺设一塑料排水板施工一真空 主管、滤管布置埋设一真空测头和真空表安装一膜下 维普资讯 http://www.cqvip.com
２００７年第７期 真空堆载预压加固软基施工技术 ６７ 土工布、真空密封膜铺设一开挖密封沟并回填压实一 真空设备连接安装一抽真空并观测记录一膜上铺设土 工布一维持抽气、堆土加载一卸载。施工工艺流程见 图２。 免砂料流失。 ２．２．３塑料排水板施工 ２．２．３．１塑料排水板桩位放样 １）塑料排水板布设原则 塑料排水板的按正三角 形（梅花形）布设，排数＝处理长度，设计板距×ｓｉｎ６０。 ＋１，列数＝处理宽度，设计板距＋１。 ２）根据计算结果画出布桩图，标明排列的编号，每 排桩的轴线应垂直于线路中心线。 匮匿匡 囹 ３）桥台处台后软基处理长度为５０ ｉｎ，台前填土伸 Ｉ Ｉｌ场地抹平Ｉ ｌ铺设第一层无纺布 ｌ Ｉ设置膜下真空测头ｌ ｌ铺设密封膜ｌ Ｉ垫宣塑塑 望 垦壅ｌ ｌ ｌｌ安装真空泵ｌ ｌ架设输电线路Ｉ ｌ Ｉｌ试抽真空Ｉ Ｉ观测真空表读数ｌ ｌ ｆｌ检测密封系统Ｉ ｌ修补密封膜ｌ ｌ Ｉ真空度升至８０ ｋＰａ并稳定 ｌ铺设第二层无纺布 匡 叵蔓塑亘亟 图２施工工艺流程图 ２．２施工技术 ２．２．１施工准备 １）根据设计资料提供的起讫桩号打出控制桩，每 隔１０～２０ ｉｎ放出路线中心桩； ２）按照打设的宽度放出边桩及护桩； ３）在常年积水或鱼塘地段，先在用地范围内修好 围堰，将水抽干，清除表层淤泥并晾干后填砂进行场地 整平，做成２％的双向横坡，并开挖出纵、横向排水沟 用于排除积水； ４）浸水地段第一级填土，该层土分层填至鱼塘常 水位５０ ｃｍ以上，每层松铺厚度为３０ ｃｍ，压实度 ≥９０％。第一级填料采用水稳定性好的透水材料，在 塑料排水板打设范围内，填料粒径≤５ ｃｍ。 ２．２．２铺设砂垫层 排水砂垫层铺设在原地面上，能够使软土在路堤 逐渐增加的荷重作用下，加速排水固结，缩短固结时 间，具有增加地表强度，防止地基局部剪切变形的作 用。其技术指标：含泥量≤３％；细度模数＞２．７；渗透 系数≥５ Ｘ １０ ｃｍ／ｓ；砂垫层厚度为０．６～０．８ ｍ，分层铺 筑压实，每层压实厚度为１０～２０ ｃｍ，横向伸出路基坡 脚外１．５ ｍ，以利排水，并采用干砌片石进行防护，以 人桥内１０ ｉｎ（大桥）或５ ｉｎ（中桥）。 ２．２．３．２塑料排水板施工 通过在软基中设置的竖向排水体，以改变原有地 基的边界条件，增加孔隙水的排除，大大缩短了软基的 固结时间。 １）塑料排水板技术参数本工程采用ＳＰＢ．Ｂ型排 水板。芯板具备足够的耐腐性和柔韧性，可保证塑料 排水板在地下的耐久性并在土体固结变形后不易被折 断，其宽度为１００ ｍｍ，厚为４ ｍｍ，抗拉强度≥１３０ Ｎ／ｃｍ，排水能力≥３０ ｃＩＩｌ３／ｓ；滤套由无纺织物制成，具有 较强的隔离土颗粒和渗透功能，等效于０．０２５ ｍｍ孔 隙，其最小自由透水表面积为１ ５００ ｃＩＩｌ２，ｍ，渗透系数５ ×１０～ｃｍ／ｓ，纵向干态抗拉强度≥２５ Ｎ／ｃｍ，横向湿态 抗拉强度≥２０ Ｎ／ｃｍ。 ２）插板机选用 本标段软基地质一般为淤泥、淤 泥质土、粉细砂，软基处理面积大，设计桩长为２０．０～ ２９．９ ｉｎ。根据以上情况，主要选择履带静压式插板机。 该机特点是：在场地转移快捷需插打的深度变化不定 时综合性能最佳，最高速度１３ ０００ ｍ／ｄ，打人深度在１６ ～３５ ｍ；当软土为高流塑淤泥时，采用预应力钢绞索废 料作彻底锚固；当线路通过鱼塘、经挖淤泥换填石屑碾 压后形成厚１～２ ｉｎ的硬壳层，选用振锤式插板机施 工。 ３）塑料排水板施工质量控制 施工中应严格控制 间距和深度，若拔管过程中塑料板被带上４０ ｃｍ以上 应补打。塑料板接长时，采用滤套内平搭接的连接方 法，芯板对扣，凹凸对齐，搭接长度＞２０ ｃｍ。排水板施 打完毕后立即铺设一层砂垫层，以防暴露于空气中使 板体老化。 ２．２．４真空堆载预压施工技术 ２、２．４．１管道系统的布设 管道系统采用在砂垫层中挖沟埋设，深度为３０ ｃｍ 以确保管网完全置于砂垫层中。真空管间距为５００ ｃｍ，主管和滤管分别采用￣９０ ｍｍ和声６０ ｍｍ的ＰＶＣ 管，滤管上分布有孔径８ ｍｍ、孔距３０～４０ ｍｍ、排距４Ｏ ｍｍ的孔洞，并在滤管外包裹起反滤作用的２５０ ｇ／ＩＩｌ２、 维普资讯 http://www.cqvip.com
６８ 铁道建筑 渗透系数＞５×１０。ｃｍ／ｓ的无纺布。 ２．２．４．２铺设无纺土工布和密封膜 无纺土工布的规格为２５０ ｇ／ｍ２，ＣＢＲ顶破强度≥ １．２ ｋＮ、抗拉设计强度≥２００ Ｎ／ｍ，搭接宽度≥２０ ｃｍ；密 封膜采用厚为（０．１４±０．０２）ｍｍ、纵向断裂伸长度 ≥２２０％的聚氯乙烯薄膜。在铺设第一层土工布前， 先清洗再用木板刮平然后铺设土工布，以防薄膜被硬 物刺破，影响密封效果。密封膜为两层，铺设在第一层 土工布上。密封膜采用热合粘结平搭接，搭接宽度≥ １５ ｍｍ。填土堆载预压时，为防止密封膜破损，在其上 再铺设一层无纺土工布。 ２．２．４．３开挖密封沟 密封沟沿加固区域砂垫层坡脚处开挖。上口１．５ ｍ，底宽ｌ ｍ。以切断透水层进入黏土层５０ ｃｍ为最 佳。密封膜铺至沟底压实固定后，及时回填黏性软土， 并分层压实，靠近密封膜侧回填土为软土或素土，确保 膜与边沟斜坡面之间无缝隙，然后往沟中灌水密封。 ２．２．４．４安装真空泵 真空泵采用型号为３ＢＡ９，功率为７．５ ｋＷ的离心 射流泵，有效处理范围≤８００ ＩＩｌ２。真空管和真空泵采 用软胶管连接，软胶管套入滤管长度≥１００ ｍｍ，并用 铅丝绑紧。为避免密封膜内真空度在停泵后很快降 低，在真空管路中设置止回阀和截止阀。同时，每个加 固区膜下在四个角和中间设置一个空真度测头，便于 进行泵上和膜下真空度的观测。 ２．２．４．５试抽真空 在抽真空的第一周内，要对密封膜进行地毯式逐 点检查，根据膜上小孔进气的嚣叫声发现漏气点并及 时密封。真空度上升阶段，每２ ｈ观测一次。 ２．２．４．６真空联合堆载预压 当真空度≥８０ ｋＰａ且能够维持稳定时间＞１５ ｄ， 同时沉降速率长期稳定且逐步下降时，才能够进行填 土施工。填筑及整个预压期内，每４ ｈ观测一次，真空 度始终要保持≥８０ ｋＰａ。 填土施工时，第一层填料中不得夹有石块等硬物， 选素土或厚５０ ｃｍ的细砂填筑，以防刺破密封膜。填 筑时要仔细观察膜下真空变化，确保不漏气方可进行 碾压。第一层填筑使用轻型机械采用“薄层轮加法”施 工，行走时保持直进直退，不得大角度转弯。 联合堆载预压控制标准是，路堤中心地面沉降速 率每昼夜控制在ｌ０—１５ ｍｍ，坡脚水平位移速率控制 在５ ｍｍ。 ３沉降与稳定观测 ３．１沉降和稳定动态观测内容及器具（见表１） 表１沉降、稳定动态观测内容及器具 主 层测斜管 掌握分层位 ３．２沉降观测 ３．２．１ 沉降板的组成 沉降板采用尺寸为５０ ｃｍ×５０ ｃｍ×３ ｃｍ的钢板作 底板，测杆用直径４ ｃｍ的钢管，与底板焊为一体；套管 是具有一定强度和刚度的 １０ ｃｍ的塑料管，随着填土 的增高，测杆与套管相应接高，每节长度≤５０ ｃｍ。接 高后的测杆略高于套管上口，套管上口要加盖封住管 口，以免填料落入管内而影响测杆下沉自由度，要求盖 顶高出碾压面高度５０ ｃｍ。 ３．２．２沉降板的设置 沉降板在清淤后、回填前埋设于路基中心、路肩、 坡趾和左右路幅中心，埋设时，沉降板底槽平整。为防 止施工时损坏沉降板和测杆，在观测点周围用小型夯 实机夯实。沉降板观测采用ｓｌ型水准仪，观测精度≤ ｌ ｍｍｏ ３．３．稳定性观测 ３．３．Ｉ地下土体分层水平位移 地基土体水平位移采用测斜管观测。测斜管选用 其弯曲性能适应软土位移的塑料管，管内纵向的十字 导槽润滑顺直，管端接口密合；测斜管采用钻机导孔埋 设于路堤边坡趾部，导孔垂直偏差率≤Ｉ．５％，管内的 十字导槽必须对准路基的纵横方向，要求测斜管高出 地面５０ ｃｍ，并加盖保护。 ３．３．２地面水平位移 地面水平位移采用充电测距仪进行位移边桩观 测。位移边桩埋设在路堤两侧趾部，其中一根位于坡 脚处，其余位于边沟外侧。边桩采用１０ ｃｍ×１０ ｃｍ的 Ｃ２５混凝土预制桩，长度≥１．５ ｉｎ，进入深度在１．２ ｉｎ左 右，露出地面１０ ｃｍ。埋置采用打人法，桩周回填密实， 上部５０ ｃｍ用｝昆凝土浇筑固定，顶部预埋金属测头，并 做好标记和编号。 参 考 文 献 ［１］杨广庆，苟国利．高速铁路路基改良土的有关问题［Ｊ］．铁路 标准设计，２００３，（５）：１５．１６． （责任审编 白敏华）