真空—堆载联合预压法加固高速公路软基实例分析

路基工程　２００２年第３期（总第１０２期）　真空一堆载联合预压法　加固高速公路软基实例分析　陈远洪　洪宝宁　（铁道第四勘察设计院）　龚道勇　（长江水利委员会）　摘　要　针对某高速公路软弱地基进行真空　堆载联合预压法试验研究，探讨和阐述了谊击　的加固机理，并对现场试验成果进行分析，得出一些有工程实用意义曲结论，为类似工程处理提　供参考。　关键词　高速公路　真空一堆载　稳定性　沉降　试验段属珠江三角洲冲积平原区，地处广　１前言　东省台山市公益镇，位于新台高速公路牛湾　大桥南岸，桩号Ｋ１　６＋４ｌ５～＋６４１，加固面　积约１　３　５５０／１＂１２　真空预压法最早由瑞典皇家地质学院ｗ　Ｋｊｅｌｌｒｎａｎ教授于１９５２年提出　；１９５７年美国费城　国际机场跑道扩建工程采用真空预压与深井降水联　合加固获得成功¨２　；日本大坂港加固软基采用该方　２．１根据钻探及试验结果，试验段地质情况（地　层分布见图１）　０ａ　ＣＫ２　∞　ＣＩＫ４　∞　ｏ＝６　ＣＫ７　ＣＫ３　法，取得较好加固效果；前苏联为了提高滑动楔体　液化土的稳定性，利用该方法较好地解决了土坡的　滑动问题　。　ｉ　二￣　～～～菇［ｒ。＿　　０　３知　：　≈　专　蝴　匾籽细　。２０　进入２Ｏ世纪８０年代后，根据港口发展规划，　我国对真空预压法从改进工艺，弄清机理，提高加　固效果和推广使用等方面进行了研究＿４　Ｊ　１９８５年　通过了国家鉴定，获得国家“六五”科技攻关　奖　。　蕊　一　１０　００　／　…＾…　～～　：＝　、：　０　　～～　乏二：　为了满足某些使用荷载大、承载力要求高　的建筑物需要，１９８３年起我国开展了真空　堆　载联合预压法的研究，开发了一套先进的工艺　和优良的设备，井从理论和实践方面论证了真　空和堆载的加固效果是可以叠加的。通过对高　速公路采用真空堆载联合预压法加固软基．　可利用路基填土做堆载，使土体在真空荷载和　堆载联合作用下发生固结，强度能得到较大提　图１试验段工程地质剖面图（单位：ｍ）　（１）耕植土，厚０．５—１．５　ｉＴｔ，灰黄～灰褐色，　由淤泥质土及亚黏土组成，湿，可塑，含少量的植　物根系。　（２）淤泥层，厚３．２～５．９／１＂１，深灰灰黑色，　以黏粒为主，含有少量粉细砂和腐植物及贝壳碎　片，局部夹薄层中、细粉砂淤泥。黏性大　饱水　高；同时由于真空产生负压，使土体产生向内　收缩变形．可以抵消因堆载引起的向外挤出变　形，地基不会因填土速率快而出现稳定性问题。　因此，真空一堆载联合预压法是一种安全可靠、　效果良好的新一代转基加固方法，随着我国建　设事业的发展，它有着广阔的应用前景：　流塑状态，平均　＝６７．９％，　１－８，　：２ｔ０　ＭＰａ，　＝１．５９％，了＝　＝ｌ１０，　－：１　９０　ｇ／ｃ／１＂１３，　＝６－２５×１０～ｃ　／ｓ：　（３）凇泥质粉细砂层，厚２．８～７　２　ｍ，灰一　灰黑色．内含均匀分布的淤泥质，含混量２０％一　３０％，余下为中粗砂，中密状态、饱和。　（４）淤泥，厚３０　５～３８　７　ｍ，厚度大、分布　２试验段工程地质条件　广、灰黑色、粉性大、饱水、流塑状态、局部夹薄　维普资讯 http://www.cqvip.com

陈远洪．等：真空一堆载联台预压法加固高速公路软基实例分析　・３３　层，物理力学指标与（２）近似。　２．２工程评价　（１）试验段软土层较厚，最厚为４　５．８　ｍ。　从土的物理力学性质指标来看，该软土层含　水量高、压缩性高、渗透性差、强度低，属　性质极差的软淤泥。由于土体的黏眭含量高、　抗剪能力低、稳定性差，完成固结需要时间　长。软土层具有中高灵敏性，应考虑施工扰　动对土体结构的影响。　（２）试验段在３～１０　ｍ范围内分布有厚度不均　的淤泥质细砂层，该层透水性强。虽对土体的固结　有利，但对采用真空预压加固软基不利。细砂层会　使加固区外的水气进人加固区，影响真空度上升和　维持，采用真空一堆载联合预压法加固地基时，需　要对该细砂层进行密封处理。　２．３现场观测　为了检查真空一堆载联合预压法加固高速公路　软基的效果，给现场施工提供指导和进一步研究真　空一堆载联合预压法的机理，在试验段ＫＩ６＋５２０　典型断面埋设大量现场观测仪器，包括：表面沉降　板，分层沉降仪及测斜仪等。　３真空一堆载联台预压法加固处理　３．１真空一堆载联合预压法加固机理　真空预压加固软基通过抽真空使密封膜内外形　成压力差，即真空预压是将大气压差作为荷载。设　抽真空前密封膜下砂垫层中的压力为Ｐ　，抽真空　后砂垫层中的压力为Ｐ　，则密封膜内外形成的压　力差可表示为△Ｐ＝ｉ　Ｐ，一Ｐ０ｌ。该压力差即为真空　荷载，一般称之为“真空度”。砂垫层中形成真空　度，通过袋装砂井或塑料排水板等纵向排水体逐渐　向下延伸，同时，袋装砂井或塑料排水板中的真空　度又向其四周的土体扩展，从而使整个加固区土体　的孔隙水压力降低，形成负的超静孔隙水压力，即　指形成的孔隙水压力小于原静孔隙水压力，其增量　为负值　根据太沙基有效应力原理，在总应力不变　的情况下通过降低孔隙水压力．可以提高地基的有　效应力，真空预压过程降低的孔隙水压力等于增加　的有效应力，加固区内的土体随着有效应力的增加　而得到加固。另一方面，负的超静孔隙水压力使加　固区内外产生水头差，使之增大形成渗流所需的水　力梯度，根据渗流定律可知，水头差的增加会加速　土体排水固结。真空预压通过抽真空使加固区内形　成负的超静孔隙水压力，该负的超静孔隙水压力促　进孔隙水渗流，加速地基土体排水固结。　真空预压加固软基的强度增长过程，见图２。　设加固前地基土中原有的应力状态为图２中有效　应力圆Ａ，平均应力为：　１　Ｐ　０＝÷（　ｌ０＋ｄ　∞）　闰２加固前后土中应力图　加固过程中地基土增加的有效应力为／ｂ．ｏ　。由　于孔隙水压力是　个球应力，在各个方向均增加　Ａｃｔ　，固此：　Ｏ－　３０＋△　ｄ　ｌ　Ｏ－　ｌ０＋△　其有效应力圆由Ａ位置向右移到Ｂ，平均应　力增加了Ｐ　＝Ｐ　。＋△　，但应力圆的半径没有变　化。当加固结束，“荷载”卸除后，地基土的强度　将沿超固结包线退到Ｃ点，与原有ｒ　相比，抗剪　强度增加了△ｒ，加固后强度得到提高。　３．２实测结果分析　３．３．１表面沉降分析　表面沉降是地基强度、固结程度和加固效果等　的主要判断依据。由表１可知，加固区边缘测点　沉降量相对较小，而加固区内测点沉降量相对较　大；真空预压阶段，真空堆载阶段、联合预压阶段　各观测断面的累计沉降量变化趋势基本相似，即从　开始的沉降速率较大，逐渐趋于稳定；根据相关的　对比资料，联合预压阶段的沉降收敛速度大大快于　超载预压的收敛速度，说明采用真空一堆载联合预　压法可以使加固历时缩短；累计沉降量约达到设计　沉降量的８０％，有利于减少工后沉降。　３．２．２分层沉降分析　通过分层沉降可以了解地基不同层位的沉降　量，进步分析真空一堆载联合预压法的加固效果　和加固影响深度。各层深层累计沉降曲线见图３　所示。真空度上升期，各压缩层的沉降速率由下至　上逐渐加快，这种沉降速率加快有个滞后过程，　维普资讯 http://www.cqvip.com

路基工程　２００２年第３期（总第１０２期）　表ｌ　Ｋ１６＋５２０断面表面沉降资料汇总表　ｍｍ　般在２—３天左右，随后呈减小趋势变化；袋装砂　井内的地基均有较大的压缩量，２０　ｍ以下的淤泥　层也有约１２０～１５０　ｍｍ的压缩量　这些数据一方面　反映了不但袋装砂井长度范围内的地基均有较大的　压缩量，而且真空预压的影响深度可以达到袋装砂　井以下约２～３　ｍ处；另一方面说明各层的压缩量　与土层性质和真空度有关，同时进一步证明了真空　预压有效加固范围深、加固效果好、有效地防止将　来过大的沉降。　由表３可知，采用真空一堆载联合预压法加固软　基强度增长明显，为加固前的１　４～５．０倍。这充　分说明真空一堆载联合预压法能显著改善软弱地基　的力学性质，其中越靠近上部，土体加固效果越　好，且在袋装砂井底下２～３　ｍ处强度仍有较大的　提高。　表２　ＫＩ６＋５２０断面水平位移资料汇总表　ｍｍ　。　。：。　嚣　。。　。　。。　ｉＩ｝泥　｛　越　赫坭质　鞋　粉细砂　表注：正号向内、负号向外　表３真空一堆载联合预压前后十字板强度试验统计结果　淤泥　固３各层深层累计沉降曲线　３．２．３水平位移分析　地基沿深度变化的侧向水平位移，反映着地基　土受荷条件下的塑性流变情况，它是衡量路堤稳定　性的主要指标之一。由表２可知，三阶段各测斜　量的总体位移是向内发生变化，测斜管在真空预压　的一个月内共发生向内收缩位移达１７８　００　ｒｍｎ，导　致沿加固区外缘４　ｍ处出现长１８　ｍ，宽约９０　ｍｉｌｌ　的明显裂缝。说明真空预压与堆载预压特点不同　前者使土体向内收缩，而后者使土体向外挤出　土　体的向内收缩可避免发生向外的剪切破坏，因而路　基具有较强的抗失稳能力。堆载虽有少量向外挤出　４结论　综合上述分析，可以得到以下几点结论：　ｆ１）采用真空一堆载联合预压法．当真空度为　８Ｏ　ｋＰａ时，相当于４～５　ｍ的超载，与堆载作用叠　加，可以显著提高加固效果，有利于减少工后沉降；　（２）真空作用使地基土体产生向路中线的收缩　变形，大大增强了路堤的稳定性．这使它非常适于　填筑高路堤的软基处理；　｛下转第４４页）　变形，仍以向内收缩为主，说明在后两个阶段真空　荷载仍起着很大的超载作用。　３．２．４十字板强度分析　加固土体的强度变化趋势随深度增加而降低。