真空联合堆载预压软基处理方案在工程中的应用以及处理效果分析

真空联合堆载预压软基处理方案在工程中的应用以及处理效果分析

彭孝超

广州市市政工程设计研究总院519000

摘要：以工程实例作为研究对象，从真空联合堆载预压作用机理、方案设计以及处理效果等方面进行研究，研究结果表明：真空联合堆载预压处理深厚软土效果较好，能使使土体固结沉降基本结束或完成大部分，减少工后沉降，提高地基土体强度。

关键词：真空联合堆载预压；加固机理；处治效果

较常采用的软基处理工艺大体可分为排水固结以及复合地基，常见的排水固结方案包括：真空预压、真空联合堆载预压以及堆载预压等，常见的复合地基方案包括：水泥搅拌桩、双向水泥搅拌桩、碎石桩、素砼桩、CFG桩（水泥粉煤灰碎石桩）以及预应力管桩等。软土地基处理方案的选择应根据地质条件并结合经济、处理效果以及工期等方面综合考虑。

结合工程实例，本文就真空联合堆载预压软基处理方案进行相关的叙述及探讨。

现有一工程实例：项目位于广东省珠海市横琴新区，主要为道路市政配套工程，项目所在区域较为空旷，下卧软土层为较厚的淤泥层，淤泥为灰黑色，深灰色，流塑状，稍具臭味，含多量有机质，局部含少量贝壳及粉砂，平均厚度为24m。针对本工程地质、地貌条件，并结合经济、处理效果以及工期等方面综合考虑，在软土地基处理方案上选择采用真空联合堆载预压进行处理。

1、加固机理

建筑物建造前，对天然地基或已设置竖向排水体的地基加载预压，使土体固结沉降基本结束或完成大部分，减少工后沉降，提高地基土体强度。

1.1堆载预压

以填土作为预压荷载，使地基土压密、沉降、固结，待达到预定的强度变形标准后再卸载、建造建（构）筑物。从而提高地基强度和减少建筑物建成后的沉降量。

2.1真空预压

真空预压法是以大气压力作为预压荷载。先在需加固的软土地基表面铺设一层透水砂垫层，再在其上覆盖数层不透气的塑料薄膜或橡胶布，与大气隔绝。在砂垫层内埋设排水管道，然后与真空泵连通，进行抽气，使透水材料保持较高的真空度，在土体孔隙水中产生负的孔隙水应力，将土中孔隙水和空气逐渐吸出，从而使土体固结。

2.3真空联合堆载预压

结合真空预压和堆载预压，堆载引起土体内的超孔压升高，抽真空使得地表和排水板内的超孔压降低，从而增加孔压差。能加速孔隙水的排出、减少侧向位移、加快填筑速度。

2、真空联合堆载预压方案设计

根据项目所在区域地质分布情况，并结合该软基处理方案以往处治效果，塑料排水板一般条件淤泥深度不足25m的，打穿淤泥层，淤泥层深度大于25m的，以25m深度控制；如果25m深度范围内遇到强渗透层的，不打穿渗透层，排水板底标高至渗透层顶距离控制在2m。

2.1排水系统

包括水平排水系统以及竖向排水系统。

水平排水系统主要为膜下排水砂垫层以及埋设于排水砂垫层中的排水滤管

以及主管。膜下排水砂垫层采用60cm中粗砂，应是具有良好透水性的中粗海砂,渗透系数大于5×10-3cm/s，不含有机质、粘土块、淤泥包和其他影响工程质量的物质（尖角状物质等），含泥量应小于5%。主管为高强度塑料管，直径Φ75mm，壁厚3.5~4.0mm；滤管为高强度柔性塑料管，直径Φ50mm，壁厚3.5~4.0mm。滤管打孔后外包200g/m2土工布。

竖向排水系统主要为塑料排水板。排水板采用板芯材料为非再生料的C型板，性能应满足一下要求：

2.2密封系统

主要通过黏土密封墙以及密封膜共同作用以达到密封的目的。为保证密封效果，黏土密封墙进入淤泥层应不小于2m且长度不小于8m，黏土密封墙采用双轴深层搅拌机施工，单轴搅拌体直径700mm，搭接宽度不小于200mm，密封墙宽度不小于1.2m。采用四搅四喷的施工工艺。粘土浆用粘土与膨润土制作，粘土掺入量不小于10%，膨润土掺入量不小于10%，膨润土粒度：100～300目通过率大于90%，泥浆比重为1.3。使用前应通过配比试验确定配合比参数。密封墙施工完成后应检验，其取样试验的渗透系数应小于1×10-5cm/s。

密封膜采用聚乙烯或聚氯乙烯薄膜，密封膜应由生产厂家一次加工成型，局部现场粘接，并经检测合格后使用。密封膜共3层，且分层铺设，铺设好的密封膜应松驰不紧绷。密封膜材料性能应满足以下指标：

密封膜上下各铺设一层300g/m2无纺土工布（保护密封膜用）。铺设下层土工布前应整平砂垫层，人工拣除砂垫层内的杂物、小石、铁件及其它尖锐物，修好压膜沟边坡。土工布埋入密封沟深度不应小于1m，上层土工布应完全遮盖密封膜。土工布接头如采用缝合，其缝合宽度不小于5cm，如采用搭接则搭接宽度不小于50cm，土工布应松驰铺设。土工布材料性能应满足以下指标：

2.3真空堆载预压以及卸载

真空泵选用射流式，电机功率不小于7.5kW，真空泵的动力不得采用汽、柴油机。泵后真空压力不应小于96kPa。真空泵安装后应进行试抽气，查找膜上是否有漏洞，并及时修补。膜下真空度达到80kPa连续试抽气10天后，确认无漏气后方可进行路堤填筑。真空膜上应设置保护垫层，保护垫层采用50cm中粗砂。真空联合堆载预压抽真空时间应不低于180天，满载预压应不低于120天，达到预压时间要求后，由沉降观测数据推算工后沉降，结合实测沉降速率确定抽真空停泵时间，要求实测沉降三点法或ASAOKA（浅岗）法推算工后沉降满足设计要求，连续5d~10d沉降速率小于2mm/天，固结度大于等于90%方可卸载。单块真空卸载分3级进行（每级停真空泵总数的1/3），每卸一级停留2天并观测沉降。

3、处治效果分析

真空联合堆载预压软基处理后，应根据监测指标以及检测指标来评定软土地

基处理效果，以此来反映软土地基处治方案的适用性。

3.1沉降量

提取项目其中一监测点进行分析，在真空预压以及1.44m堆载土方共同作用下，路中沉降量达到2.34m。沉降曲线与理论基本一致，前期沉降速率随着加载而增大，后期淤泥已完成排水固结，沉降趋于稳定，沉降速率减小，连续10d沉降速率在1.4mm/d～2.0mm/d之间，满足设计沉降速率要求。

荷载—时间—沉降过程线

3.2工后沉降及固结度计算

采用三点法进行计算，通过实测地表沉降计算工后沉降及土体固结度，公式如下:

①最终沉降量

②固结度

对应沉降量分析提取监测点处工后沉降量以及固结度

通过计算，经真空联合堆载预压处理后路中地表沉降量为2339mm，残余沉降量为115mm，小于500mm，固结度达到95.3%，地基处理效果明显，满足设计要求。

3.3空隙水压力分析

真空预压引起土体孔隙水压力下降，在整个加固区域范围内都有效果，在抽真空施工初期，土体内孔隙水压力数值减小迅速，孔压的消散速率很大，对埋设高程为-3m处的孔压计影响最大，直至表现为负压。影响情况随孔压计埋设深度递减。

堆载前，软基土体各高程位置随抽真空施工的不间断进行，孔隙水压力呈现持续的消散趋势，但消散速率逐渐减缓，膜上垫层堆载施工开始后，孔隙水压力会表现为增大。满载后，在抽真空作用下，孔隙水压力再次下降并趋向于相对稳定。

荷载—时间—空隙水压力变化过程线

3.4软基处理前后土质变化

为检验真空联合堆载预压处治效果，处理后通过钻孔取土，进行常规物理实验。与处理前土质对比如下表：

从上表淤泥土质指标可看出，经真空联合堆载预压处理后，淤泥土质有明显的改善，含水率、空隙比大幅降低，力学性质明显提高。

3.5软基处理前后十字剪切板强度变化

原状土十字剪切板试验是反映土体性能的重要指标，该方法受外界人为因素影响较小，能更好的反映处理效果。淤泥处理前后十字板剪切强度变化如下表：

从上表可看出，经真空联合堆载预压处理后淤泥十字板剪切强度明显增大，地基承载力明显提高。

结束语

以工程实例作为研究对象，从真空联合堆载预压作用机理、方案设计以及处理效果等方面进行研究，研究结果表明：真空联合堆载预压处理深厚软土效果较好，能使使土体固结沉降基本结束或完成大部分，减少工后沉降，提高地基土体强度。该处理方法主要适用于加固以黏性土为主的软土地基，当存在粉土、砂土等透水透气层时，加固区周边应采取确保膜下真空压力满足设计要求的密封措施，同时该处理方法对周边构造物影响较大，工程应用中应根据地质地貌合理选择该处理方法，以便达到最佳效果。

参考文献

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