浅谈真空联合堆载预压法在公路建设中的施工工艺

浅谈真空联合堆载预压法在公路建设中的施工工艺

摘要：本文对真空联合堆载预压法的加固机理在公路建设施工中的应用进行了探讨。
关键词：真空联合堆载预压法 原理 应用     
        0 引言
        由于我国地域广阔，气候复杂，湿地洼田随处可见。随着我国公路建设的进一步，将不可避免地要在软土地基上修建越来越多的高速公路。软土地基一般都表现为高含水量、高压缩性、高粘土含量、低渗透性和低强度等特点，要在这“三高二低”的软土地基上修建好公路，必须解决好两个方面的问题：一是路基要有足够的稳定性，二是工程完工后，路基沉降稳定。为解决这个问题，以往我们采用较多的是以排水加固法为主体，再适当配以加筋土的加固方法，但是这种方法存在着排水固结时间长、工后沉降难于满足规范要求的缺点。为了缩短工期、加快建设速度、保证工程质量，某高速公路软土地基试验段采用了一种新的加固方法—真空联合堆载预压法，取得了良好的效果。
        真空预压法是排水固结法的一种，主要由排水系统和加压系统两部分组成：排水系统主要包括竖向排水体和水平排水体，竖向排水体常用塑料排水板、袋装砂井、透水软管等，水平排水体常用砂垫层（纯净中粗砂），对于砂源紧缺、砂价较贵的地区可采用技术可靠的塑料盲沟或透水软管等土工合成材料，以降低工程造价。设置排水系统主要为了改变地基原有的排水边界条件，传递真空压力，增加空隙水的排出通道，缩短排水距离，以便在上部荷载作用下能以较快的时间使地基土的有效应力增加，地基土产生固结，完成预定的地基加固效果，满足工程建设需要。加压系统主要是指抽真空装置。在实施真空预压法的同时在地基上部进行堆载（包括堆土、充水等），真空预压与上部堆载联合作用就形成了真空联合堆载预压法。
        1 真空联合堆载预压法加固机理
        众所周知，大气的压力为10t/m2，真空联合堆载预压法实际上就是在堆载预压的同时，借助大气的压力，使两者联合发挥作用，加快土体固结收缩。真空联合堆载预压法是用薄膜对需要加固的软基进行密封与大气隔离，借助射流泵抽真空，通过铺在加固体表面的砂垫层中的管道及竖向排水体袋装砂井将加固区内的空气和水抽走，形成真空，在地表砂垫层产生负压，该负压通过真空管路及竖向排水体逐渐向深度方向延升，并向四周土体扩散，使加固上体内部与排水通道、砂垫层中产生压差，在此压差作用下，土体中的孔隙水不断由排水通道排出，使孔隙水压力降低，最终使上体固结压密。真空预压加固过程实际上是地下水气不断被抽走的同时，真空度不断向加固土体内传递、扩散并在加固土体内形成一定真空负压和负压梯度的过程。真空联合堆载预压法是在真空联合堆载预压法基础上发展起来的，是真空预压和堆载预压两种加固方法的叠加，在堆载预压的同时再加一真空荷载同时作用，促使土体充分固结压缩。
        根据太沙基有效应力原理，其过程可表达为：式中分别为真空和堆载产生的总效应力绝对值，为主骨架压缩和收缩有效应力绝对值，为真空产生的孔隙应力绝对值，为堆载产生的孔隙应力绝对值），从中我们可以看出真空联合堆载预压只是通过减少孔隙水压力来增加土体的有效应力和球应力，并且土体的球应力会使土体产生向预压区内的收缩变形，以上理论在某高速公路的施工中得到了验证和应用。
        2 真空联合堆载系统的组成
        真空联合堆载预压法由排水系统、真空系统和加压系统组成。
        2.1 排水系统 排水系统由砂垫层（横向排水体）和竖向排水体（砂井）组成。砂垫层一般采用中粗砂，含泥量应小于5%，厚度40-70cm，表面宜铺设平整。如果不采用真空预压，砂垫层的边缘必须出露以排出软土释放的水；对于真空联合堆载预压法，必须将砂垫层密封以保证不漏气。
        2.2 真空系统 真空系统主要由密封膜、滤水管和真空泵组成。密封膜用于密闭砂垫层和浅层软土，防止漏气；滤水管成状态铺设在砂垫层中，使抽真空形成的负压在砂垫层和砂井中快速扩散，井将固结释放的水输送出去：滤水管与真空泵相连，真空泵连续抽水、抽气，保证负压的形成。真空系统可以在砂垫层中形成60kPa～80kPa的负压。
        2.3 加压系统 加压系统实际就是填土堆载，分阶段堆填到设计高度，井确保地基的稳定性。为了减少工后沉降，必要时可以实施超载预压，预压填土高度超出正常路堤高度，等地基沉降量达到要求后再卸荷。         3 真空联合堆载法施工中的关键技术
        3.1 加固效果 真空联合堆载预压法是在真空预压和堆载预压基础上起来的一种软基处理方法，它具有真空预压和堆载预压的双重效果，适用干设汁荷载大，承载力要求高的工程。该方法在加固效果方面有如下三个方面的特点：
        ①固结速度 真空预压阶段，真空度通过滤管、砂垫层及垂直排水通道逐渐向上体内部传递，土体中的孔隙水在这种压差的作用下不断向外排出，从而使土体发生排水固结。真空堆载和联合预压阶段在真空预压的基础上，再利用路堤填上进行堆载预压，一方面堆载的作用使土体中的孔隙水压力升高；另一方面真空预压的作用使砂垫层及垂直排水通道的孔压要处于负压状态，这样地基中孔隙水的压差就更加大，加速了土体中水的排出，固结速度快，加固的效果就更加明显。
        ②加固深度 加固深度主要

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