真空堆载联合预压加固设计论文

1真空－堆载联合预压的加固设计

1.1真空预压机理

真空预压主要是在外荷不变时，对需要加固处理的软土使用薄膜进行密封，使其与大气完全隔绝，然后在薄膜上层铺设砂垫层，并在其中安置管道以及竖向砂井。使用射流泵对密封土体进行真空处理，并通过管道及砂井及时排出内部的水、气，使之产生较大的负压。加固土体随着内部水气的排出，会缩小砂土间的空隙，使土体的应力增强。同时由于强烈的压差，会使周围及深度土体也会产生较强的负压，从而使整体的路基达到较好的加固效果。

1.2堆载预压机理

堆载预压主要是采用多种荷载材料对场地进行加固处理，这种方法在工程中应用较为普遍，取材也较为广泛，例如砂料、土石料或者建筑物等。其加固原理为:加固土体随着堆载的过程使超静孔隙水压力逐渐消散，从而使土体的有效应力逐渐增强，达到加固效果。若土体的软土层较厚，可在软土层中打设砂井，增加塑料排水板的安置数量，从而使渗透系数加大，有效降低固结进程，从而在更短的时间内达到加固的效果。一般而言，堆载的荷载值直接影响着加固土体的超静水压力消散程度以及预压的加固效果。同时加载的工期长短也对最终的加固效果有一定的影响。因此，要合理控制荷载大小以及加载速度，才能达到更好的加固效果。

1.3真空－堆载联合预压

真空预压与堆载预压均属于排水固结法，因此两者的加固机理属于相同的物理原理，加固结果均为孔隙水压力消散，并转变为有效应力，达到加固作用。但真空预压会在真空的作用下不断形成负的超静孔隙水压力，而堆载预压法是在加载的过程中不断形成正的超静孔隙水压力。因此在真空－堆载联合预压的情况下会使孔隙水压力的正负压差增大，提高孔隙水压力消散的速度，从而增强加固效果。这种新型的联合预压加固方法主要体现以下几个特点:①固结应力明显增大，固结速度明显加快。在双重预压效果之下孔隙水的抽出效率增强，地下水位逐渐下降，从而增加了土骨架的固结压力，在真空作用的负压力、堆载作用的正压力以及地下水位下降引起的固结压力三重作用下，达到较大的土体强度;②抵消部分向内收缩变形或侧向挤出变形。真空预压时导致土体内部各向固结应力等效，土体会产生收缩变形的效应，而堆载预压时土体内竖直方向的固结应力大于水平方向，土体会产生侧向变形的效应。真空－堆载联合预压时部分应力会产生叠加或抵消效果，从而有助于地基的稳定。

2真空－堆载联合预压加固软土路基的设计

2.1设计方案

首先根据加固所要达到的效果计算排水通道的间距(深度)、堆载填土重量、堆载高度等参数。该工程共需填土18kN/m3，堆载高度约1.3m，预计90d后路基的平均固结度可达到85%以上，沉降量约0.8m。1)密封系统的设计。对需要加固的土体使用3层聚氯乙烯薄膜进行密封，密封膜进入不透气图层需≧0.5m，然后在薄膜上层铺设黏土并压实。加固区之间使用水泥浆搅拌连续墙施工，以此降低沉降度不均等的状况。2)排水系统的设计。在薄膜上层铺设0.4m的砂垫层，并再其中以正方形的结构布置B型塑料排水板，保持1.0m的排水通道间距和12m的打设深度。3)加压系统的设计。真空－堆载联合预压方案设计80kPa的真空荷载、26kPa的堆载荷载以及7kPa的砂垫层荷载。4)检测系统的设计。在现场试验段埋设多个监测仪器，分别监测预压加载过程中的地表沉降、水平位移、孔隙水压力、地下水位等参数。

2.2施工控制

施工前要对场地进行清洁打扫，将加固区内的杂物、杂草以及积水等清理干净，再铺设土工布及砂垫层，保证砂垫层低于3%的含泥量。通过经纬仪等测量工具对排水板的打设位置进行确定，再用竹签进行标记，然后进行打设施工，保证排水板穿透淤泥层，并保证其在砂垫层表面漏出25cm左右。在砂垫层中埋设真空管路，之后进行真空泵的安装，真空泵布设原则为850m2/台，每台机器的7.5kW的功率。铺设真空膜并进行预压，当真空度达到标准值后，进行堆载预压。

3真空－堆载联合预压加固软土路基的应用效果

水平位移的观测可判断路基侧向变形的情况，分别取K1+350、K1+450、K1+550监测断面的路肩位置进行检测。在真空预压的初期先会产生挤出变形，但变形作用较小，主要是受砂垫层和密封沟的影响。待真空度达到标准后，会产生收缩变形，侧向位移不断向加固区中心收缩，最大水平位移可达235mm，最低85mm。收缩变形主要发生区域为地下15m左右，离地面越近，其位移值越小。孔隙水压力的观测主要是为了了解地基的固结状态，本次选取的3个观测断面分别达到22m、23m、24m的深度。在真空度逐渐升至标准值的过程中孔隙水压力逐渐下降，离地面越近的距离受真空压力的影响越大，因此其孔压变化也较大，在距离砂垫层2～4m的测点，孔压可维持在－40kPa左右。随着时间的延长，真空压力会逐渐向下扩散，因此可使深部孔压也逐渐降低。

4结束语

综上所述，本文首先介绍了某市软土路基工程的工程概况以及当地的地质水文条件。然后对真空预压机理、堆载预压机理以及真空－堆载联合预压机理进行分析。最后结合本次工程的实例进行方案的设计以及施工控制，并通过观测检验的结果对加固效果进行分析。真空－堆载联合预压加固软土路基是现代公路工程中较为有效的新型处理方法，不仅能达到更好的加固效果，还能缩短工期，达到更大的经济效益和社会效益。

作者:曹文剑单位:重庆市市政设计研究院