真空堆載聯合預壓加固設計論文

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1真空－堆載聯合預壓的加固設計

1.1真空預壓機理

真空預壓主要是在外荷不變時，對需要加固處理的軟土使用薄膜進行密封，使其與大氣完全隔絕，然后在薄膜上層鋪設砂墊層，并在其中安置管道以及豎向砂井。使用射流泵對密封土體進行真空處理，并通過管道及砂井及時排出內部的水、氣，使之產生較大的負壓。加固土體隨著內部水氣的排出，會縮小砂土間的空隙，使土體的應力增強。同時由于強烈的壓差，會使周圍及深度土體也會產生較強的負壓，從而使整體的路基達到較好的加固效果。

1.2堆載預壓機理

堆載預壓主要是采用多種荷載材料對場地進行加固處理，這種方法在工程中應用較為普遍，取材也較為廣泛，例如砂料、土石料或者建筑物等。其加固原理為:加固土體隨著堆載的過程使超靜孔隙水壓力逐漸消散，從而使土體的有效應力逐漸增強，達到加固效果。若土體的軟土層較厚，可在軟土層中打設砂井，增加塑料排水板的安置數量，從而使滲透系數加大，有效降低固結進程，從而在更短的時間內達到加固的效果。一般而言，堆載的荷載值直接影響著加固土體的超靜水壓力消散程度以及預壓的加固效果。同時加載的工期長短也對最終的加固效果有一定的影響。因此，要合理控制荷載大小以及加載速度，才能達到更好的加固效果。

1.3真空－堆載聯合預壓

真空預壓與堆載預壓均屬于排水固結法，因此兩者的加固機理屬于相同的物理原理，加固結果均為孔隙水壓力消散，并轉變為有效應力，達到加固作用。但真空預壓會在真空的作用下不斷形成負的超靜孔隙水壓力，而堆載預壓法是在加載的過程中不斷形成正的超靜孔隙水壓力。因此在真空－堆載聯合預壓的情況下會使孔隙水壓力的正負壓差增大，提高孔隙水壓力消散的速度，從而增強加固效果。這種新型的聯合預壓加固方法主要體現以下幾個特點:①固結應力明顯增大，固結速度明顯加快。在雙重預壓效果之下孔隙水的抽出效率增強，地下水位逐漸下降，從而增加了土骨架的固結壓力，在真空作用的負壓力、堆載作用的正壓力以及地下水位下降引起的固結壓力三重作用下，達到較大的土體強度;②抵消部分向內收縮變形或側向擠出變形。真空預壓時導致土體內部各向固結應力等效，土體會產生收縮變形的效應，而堆載預壓時土體內豎直方向的固結應力大于水平方向，土體會產生側向變形的效應。真空－堆載聯合預壓時部分應力會產生疊加或抵消效果，從而有助于地基的穩定。

2真空－堆載聯合預壓加固軟土路基的設計

2.1設計方案

首先根據加固所要達到的效果計算排水通道的間距(深度)、堆載填土重量、堆載高度等參數。該工程共需填土18kN/m3，堆載高度約1.3m，預計90d后路基的平均固結度可達到85%以上，沉降量約0.8m。1)密封系統的設計。對需要加固的土體使用3層聚氯乙烯薄膜進行密封，密封膜進入不透氣圖層需≧0.5m，然后在薄膜上層鋪設黏土并壓實。加固區之間使用水泥漿攪拌連續墻施工，以此降低沉降度不均等的狀況。2)排水系統的設計。在薄膜上層鋪設0.4m的砂墊層，并再其中以正方形的結構布置B型塑料排水板，保持1.0m的排水通道間距和12m的打設深度。3)加壓系統的設計。真空－堆載聯合預壓方案設計80kPa的真空荷載、26kPa的堆載荷載以及7kPa的砂墊層荷載。4)檢測系統的設計。在現場試驗段埋設多個監測儀器，分別監測預壓加載過程中的地表沉降、水平位移、孔隙水壓力、地下水位等參數。

2.2施工控制

施工前要對場地進行清潔打掃，將加固區內的雜物、雜草以及積水等清理干凈，再鋪設土工布及砂墊層，保證砂墊層低于3%的含泥量。通過經緯儀等測量工具對排水板的打設位置進行確定，再用竹簽進行標記，然后進行打設施工，保證排水板穿透淤泥層，并保證其在砂墊層表面漏出25cm左右。在砂墊層中埋設真空管路，之后進行真空泵的安裝，真空泵布設原則為850m2/臺，每臺機器的7.5kW的功率。鋪設真空膜并進行預壓，當真空度達到標準值后，進行堆載預壓。

3真空－堆載聯合預壓加固軟土路基的應用效果

水平位移的觀測可判斷路基側向變形的情況，分別取K1+350、K1+450、K1+550監測斷面的路肩位置進行檢測。在真空預壓的初期先會產生擠出變形，但變形作用較小，主要是受砂墊層和密封溝的影響。待真空度達到標準后，會產生收縮變形，側向位移不斷向加固區中心收縮，最大水平位移可達235mm，最低85mm。收縮變形主要發生區域為地下15m左右，離地面越近，其位移值越小?？紫端畨毫Φ挠^測主要是為了了解地基的固結狀態，本次選取的3個觀測斷面分別達到22m、23m、24m的深度。在真空度逐漸升至標準值的過程中孔隙水壓力逐漸下降，離地面越近的距離受真空壓力的影響越大，因此其孔壓變化也較大，在距離砂墊層2～4m的測點，孔壓可維持在－40kPa左右。隨著時間的延長，真空壓力會逐漸向下擴散，因此可使深部孔壓也逐漸降低。

4結束語

綜上所述，本文首先介紹了某市軟土路基工程的工程概況以及當地的地質水文條件。然后對真空預壓機理、堆載預壓機理以及真空－堆載聯合預壓機理進行分析。最后結合本次工程的實例進行方案的設計以及施工控制，并通過觀測檢驗的結果對加固效果進行分析。真空－堆載聯合預壓加固軟土路基是現代公路工程中較為有效的新型處理方法，不僅能達到更好的加固效果，還能縮短工期，達到更大的經濟效益和社會效益。

作者:曹文劍單位:重慶市市政設計研究院