真空预压法在道路软土地基处理中的应用
王亚普 王智慧
摘 要： 随着改革开放的不断深入，我国公路事业也得到了极大的发展。作为一种新型地基加固方式，真空预压技术在公路软基加固中得到了广泛地应用与推广。本文主要对软土性质及真空预压的概况、施工工艺、质量检测进行了分析与探究。
关键词： 真空预压；公路工程；软土路基
一、软土性质及真空预压的概况
1、软土性质分析
我国地域广阔、地质结构复杂多样，存在着大量的软土土质，这种土质一般具有强度低、渗透程度差、灵敏度高、压缩性高以及孔隙比大等特点。这种地质结构给工程建设带来了很大的困扰，特别是在地基处理中会面临着许多难题，因此软土路基的处理问题是软土地质公路建设中一个非常关键的问题，处理的好坏直接影响着公路建设的质量。根据《公路工程名词术语》中对软土的定义，软土主要指“天然含水量大、压缩性高、承载能力低的淤泥沉积物及少量腐殖质所组成的土”，其主要成分有淤泥、淤泥土质和泥炭。
2、真空预压的概况
真空预压法作为软基处理的主要方法之一，该方法利用真空负压作为超载预压荷载，属于排水固结法的升級，能较好地解决常见堆载施工的缺陷，其具有造价低、材料省、无污染、质量稳定等特点。其作用原理为在需要加固的软土地基表面先铺设砂垫层，然后埋设垂直排水管道，再用不透气的封闭膜使其与大气隔绝，薄膜四周埋入土中，通过砂垫层内埋设的吸水管道，用真空装置进行抽气，使其形成真空，增加地基的有效应力。当抽真空时，先后在地表砂垫层及竖向排水通道内逐步形成负压，使土体内部与排水通道、垫层之间形成压差。在此压差作用下，土体中的孔隙水不断由排水通道排出，从而使土体固结。
二、工程概况
某拟建公路所处地势起伏，水网密布，以耕地、沟、塘为主，根据该地区的地质资料，该地区以粉土和粘性土为主，素填土广泛地分布于地表表面，根据钻孔勘探数据，整个工程场地土层分布较为均匀，浅层素填土以粘性土为主，局部有少量碎石，另外有一些根植土。浅层素填土下方存在厚度约11m左右的淤泥质粉质粘土，该土层具有高压缩性、中等韧性、含水量大、空隙率大等特征，属于软土地基。由于该公路所处地段属于典型的软土地基，所以在该路段采用真空预压技术进行公路路基的施工，
三、公路软基处理真空预压施工工艺
1、施工准备
作为一种新型软基加固技术，真空预压施工极为复杂，为此必须做好施工准备工作。首先，在加固区边界定位中施工单位必须严格遵循路基软土地基设计图进行确定，随后将加固区内的杂物清理干净，如草根等，场地高度差必须控制在15厘米以内，地基土则必须进行放样测量。并检验沙袋、聚氯乙烯薄膜及中粗砂是否符合技术标准及设计要求，并将检验报告提交监理工程师审核批准。在取得监理工程师批准后，开始进行真空预压的下一步施工。
2、铺设砂垫层
在抽真空过程中，砂垫层的功能就是将竖向排水体进入垫层内的渗流水从土体内及时排除，缩短土层固结时间，并避免土颗粒堵塞排水系统等情况的出现。垫层质量对软基加固效果与预压时间起到直接的影响。当地基表层厚度符合施工要求后，其承载力将大大提升，在运输机械行驶过程中，通常选用机械分堆摊铺法进行施工，也就是先进行多个干砂堆的铺设，再通过机械或人工的方式进行铺平。当其承载力较低时，可以选用顺序推进摊铺法进行施工。工程要求与地质条件是决定竖向排水体的主要因素，在软土层厚度低于5米、薄粉砂夹层较多的情况下，如其固结速度符合施工规定，则不需要进行竖向排水体的设置。当加固地基具有较深的淤泥层，则必须进行抽真空系统与竖向排水系统的同时设置。
3、真空预压施工
主管与滤管是砂垫层内埋设的主要管道，其功能就是进行真空压力的传递与排出流入砂垫层的水，一般选用自来水管与PVC管作为主管与滤管的主要材料。高速公路软基施工中，都会选用条形、鱼刺形作为主管、滤管的平面布置形式。本工程选用双排鱼刺形作为主管、滤管的布设形式，布置过程中，应确保循环管放置的合理性。选用橡胶软管作为各管连接的主要材料，对路基沉降问题进行有效处理。
在水平排水砂垫层中部埋设滤管，并在其上方进行砂覆盖层设置，厚度为0.15到0.2米之间，避免滤水管上尖利物体将密封膜穿破。主管的作用就是将真空度均匀传递给滤管，通常不进行孔洞的搭设，并确保主管直径在滤管以下。
沿加固区边界进行密封沟开挖，其深度必须满足地下水位，并将透水层切断，沟底宽度则控制在0.4米以上，这样可以确保密封膜和沟底粘土之间的紧密性。沿密封沟外沟沿设置围堰位置，并通过粘土夯筑。
为提高真空预压工程的质量，必须重视其密封性。密封膜作为真空预压工程密封的主要材料，必须具有较轻的重量、较高的强度、韧性及良好的抗老化能力等。本工程选用的密封膜为聚氯乙烯薄膜。每一层密封膜铺设完，应对膜面进行详细检查，如存在问题，必须对其进行立即修正。在密封沟内侧坡面位置将剩余部分铺平，如太长，必须将其折到沟底，不能在外侧坡上进行铺设。加工薄膜过程中，应对密封沟埋设部分进行充分考虑，不能拉的过紧，避免损坏薄膜情况的出现。
四、公路软基处理真空预压质量检测
为了考察该技术的有效性，在施工前对土样进行了含水率试验、干密度试验等试验，并在施工完成半年以后，再次在原地取土样，进行同样的试验。通过对各项指标的对比发现，预压前后软土路基的含水量有较为明显的下降，在预压前，各个取土深度的含水量基本都在40%以上，最大含水量达到47%，最低为37%；而在预压之后，基本含水量都在40%以下，最大为39%，最低为32%；干密度也有所提高，预压前干密度范围在1.02～1.21g/cm3之间，预压后范围在1.41～1.49g/cm3之间。
为了对施工路段的地基沉降变形情况进行实时监测，施工队监测人员在监测断面埋设了测斜管、分层沉降环、孔隙水应力计等设备，主要监测包括地基沉降监测、水平位移监测、孔隙水压力监测等。根据检测，在沉降方面，施工后半年最大沉降的沉降量为1524mm，断面最大平均沉降为1413mm，有效地减少了后期的固结沉降；在水平位移方面，某断面地表水平位移达到65mm，与之间隔100m的断面水平位移达到61mm，这说明真空预压方法可以避免路基发生剪切破坏；在孔隙水压力方面，传感器数据显示从加载开始，各监测点的孔隙水压力明显下降，同时发现，由于停电等原因导致膜下真空度下降，砂井中的孔隙水压力会立即变大。这说明真空产生的负压力对孔隙水压力作用明显，从上述监测可以看出，真空预压法可以较好地解决软土路基处理的难题，是比较理想和经济的软土路基处理方法。
五、结束语
综上所述，随着科学技术的不断进步，大量新技术、新结构、新工艺、新材料等涌入公路工程建设，在将其广泛用于生产实践的同时，也推动了我国道路交通事业的快速发展。在公路工程快速发展的同时，还存在诸多病害问题，如软土地基等，为有效避免该现象的出现，施工单位必须重视软基加固技术的应用，有效提升施工技术水平，规范施工流程，才能确保公路工程施工质量，推动公路工程建设事业快速发展。
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