陳楊 楊帥東 程興

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,公路、鐵路、市政等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也得到飛速發(fā)展。在這種未處理的地基上修建各種基礎(chǔ)設(shè)施主要存在以下問(wèn)題：1)軟土路基的沉降和差異沉降過(guò)大的問(wèn)題,嚴(yán)重影響基礎(chǔ)設(shè)施的正常使用;2)在路基填筑過(guò)程中出現(xiàn)的穩(wěn)定問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題,建設(shè)者們嘗試和使用了多種軟基處理方法。20世紀(jì)50年代初,瑞典皇家地質(zhì)學(xué)院杰爾曼教授提出了真空預(yù)壓法,并先后在許多工程中進(jìn)行了應(yīng)用。我國(guó)研究人員和學(xué)者在80年代初解決了密封閉氣技術(shù),并在天津港的軟基處理中首次加以應(yīng)用[1]。為了使真空預(yù)壓施工單位能夠正確熟練的掌握真空預(yù)壓這門新的加固軟土技術(shù),本文對(duì)施工工藝、施工中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行總結(jié),為真空預(yù)壓現(xiàn)場(chǎng)施工提供參考。

1 真空預(yù)壓施工流程

真空預(yù)壓加固軟基施工中,一般工序主要包括：場(chǎng)地交接及清理、鋪設(shè)粗砂墊層、打設(shè)塑料排水板、鋪設(shè)中粗砂層、埋設(shè)主管和濾管、鋪設(shè)一層土工布、鋪設(shè)兩層密封膜、密封溝開挖、抽真空設(shè)備安裝、抽真空等工序,一般為了滿足設(shè)計(jì)要求和保證加固效果,加固面積即砂墊層鋪設(shè)范圍略大于設(shè)計(jì)加固面積。

2 真空預(yù)壓施工要點(diǎn)

2.1 場(chǎng)地交接及清理

2.1.1 場(chǎng)地交接

場(chǎng)地交接應(yīng)包括場(chǎng)地長(zhǎng)度交接、寬度交接以及高程交接。真空預(yù)壓施工單位可根據(jù)施工需要提出增加臨時(shí)用地計(jì)劃,并對(duì)增加用地部分進(jìn)行測(cè)量,繪制用地平面圖及用地劃界表,送交有關(guān)單位辦理拆遷及臨時(shí)占用土地手續(xù)。加固場(chǎng)地范圍內(nèi)的有房屋、道路、河溝、通訊、電力設(shè)施、上下水道、墳?zāi)辜捌渌ㄖ?協(xié)助有關(guān)部門事先拆遷或改造;對(duì)于路基附近的危險(xiǎn)建筑應(yīng)予以適當(dāng)加固;對(duì)文物古跡應(yīng)妥善保護(hù)。

2.1.2 清表

加固場(chǎng)地基底是指基礎(chǔ)填料與原地面的接觸部分。為使兩者結(jié)合緊密,避免基礎(chǔ)沿基底發(fā)生滑動(dòng),防止因草皮、樹根腐爛而引起基礎(chǔ)沉陷,需視基底的土質(zhì)、水文、坡度和植被等情況及填方高度采取相應(yīng)的處理措施,具體包括伐樹除根、耕田和水田的處理等措施：1)加固場(chǎng)地范圍內(nèi)的樹木、灌木叢等均應(yīng)在施工前砍伐或移植清理,砍伐的樹木應(yīng)移置于路基用地之外,進(jìn)行妥善處理。2)在含有地表水、淤泥、雜草、垃圾和腐殖土等的原地面應(yīng)進(jìn)行排除清理,清理深度應(yīng)根據(jù)上述雜土厚度決定,清出的土應(yīng)集中堆放。在清表過(guò)程中,要特別注意對(duì)于暗塘的處理,須將暗塘淤泥清除干凈,直至露出新土為止。

2.1.3 場(chǎng)地回填

加固場(chǎng)地經(jīng)過(guò)清表后,應(yīng)回填一部分土,減小上填土料的用量,降低工程造價(jià)。路基填料原則上應(yīng)具有良好的級(jí)配和一定的粘結(jié)能力,易于壓實(shí)穩(wěn)定;具有基本上不受水浸軟化和凍害影響等性質(zhì)。對(duì)于透水性良好的石塊、砂(礫)石土、粗砂、中砂和濕度未超過(guò)所設(shè)計(jì)規(guī)定極限值的亞砂土、輕亞黏土和黏土等,均可作為填料用于加固場(chǎng)地加固前填筑。

2.1.4 場(chǎng)地平整

一般根據(jù)主管與濾管的布置來(lái)決定,與水平排水的方向相關(guān),一般預(yù)先找平的填土厚度大約有30 cm～50 cm,形成1%～2%的路拱,便于排水。在路基施工場(chǎng)地兩側(cè)挖利于排水的排水溝,排水溝有一定縱向的排水坡度,水排向就近的河流或水溝處。

2.1.5 場(chǎng)地壓實(shí)

壓實(shí)的目的在于使路基表層土粒重新組合,彼此擠緊,孔隙減小,土的單位體積重量提高,形成密實(shí)整體,從而提高強(qiáng)度和穩(wěn)定性,一般要求壓實(shí)度要達(dá)到85%以上。根據(jù)土的含水量及土質(zhì)條件選擇壓實(shí)機(jī)具類型和選定壓實(shí)遍數(shù),壓實(shí)操作先輕后重,先慢后快,先邊緣后中間,先低后高,相鄰輪跡應(yīng)重疊輪寬的 2/3,對(duì)于壓不到的邊角,應(yīng)輔以人力或者小型機(jī)具夯實(shí)。

2.2 水平向排水系統(tǒng)施工

2.2.1 砂墊層鋪設(shè)

砂墊層一般分兩次鋪設(shè),在打設(shè)排水板之前鋪設(shè)粗砂墊層,除起排水作用外,還有增加地基承載力的作用,確保插板機(jī)能夠正常作業(yè);在打設(shè)排水板之后,再鋪設(shè)中粗砂層,厚度以保證覆蓋排水管道10 cm以上為宜。

在場(chǎng)地清表、平整完成以后根據(jù)加固場(chǎng)地范圍定位放樣,按照真空預(yù)壓施工設(shè)計(jì)要求先鋪墊砂墊層的一部分粗砂層,可采用鵝卵石或者碎石作墊層材料,一般要求粒徑不大于5 cm,含泥量不大于3%,滲透系數(shù)在10-3cm/s～10-2cm/s之間;排水板打設(shè)完成后,再鋪設(shè)砂墊層的另一部分中粗砂層,要求與第一部分砂墊層要求基本相同,但要求粒徑小于粗砂層,以不戳破土工布為宜。

2.2.2 排水管道布置

排水管道埋設(shè)在砂墊層中,分為主管和濾管。在真空預(yù)壓施工中使用的主管和濾管大部分為PVC材料。濾管上分布均勻布置的孔洞,外用無(wú)紡?fù)凉げ贾瞥刹继装?。主管和濾管可根據(jù)加固場(chǎng)地情況在廠家進(jìn)行加工,一般現(xiàn)場(chǎng)使用主管直徑為82 mm,濾管直徑為55 mm,長(zhǎng)度均為5.5 m。

主管和濾管之間采用變徑三通、四通連接,同管徑的對(duì)接采用鋼絲吸水膠管連接,并通過(guò)出膜器及吸水管與真空泵連接。各排水管道互相連通,組成一個(gè)循環(huán)系統(tǒng),使排水和真空度傳遞能夠在整個(gè)水平管道中形成循環(huán),最大程度上節(jié)約能源。每個(gè)出水主管對(duì)應(yīng)一臺(tái)真空泵,增強(qiáng)抽真空效果。

2.3 垂直排水系統(tǒng)施工

真空預(yù)壓中的垂直排水系統(tǒng)主要是指現(xiàn)在施工中常用的塑料排水板,在軟基加固過(guò)程中它起到豎向排水和傳遞真空度的作用,一般厚度在4 mm左右,寬度在10 cm左右,根據(jù)1996年4月由交通部頒布的《塑料排水板施工規(guī)程》與《塑料排水板質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》作為現(xiàn)場(chǎng)施工指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)。排水板布置分為梅花形和正方形兩種布置形式,一般說(shuō)來(lái),梅花形布置單根排水板影響范圍較大,排列比較緊湊有效,故在實(shí)際工程中常被采用[3]。在排水板打設(shè)施工前,用石灰或其他材料標(biāo)識(shí)塑料排水板孔位,方便插板機(jī)施工。真空預(yù)壓塑料排水板打設(shè)施工隱蔽性強(qiáng),且主要靠人力去監(jiān)督,這就不可避免地造成了工程質(zhì)量問(wèn)題。根據(jù)對(duì)塑料排水板的打設(shè)質(zhì)量有關(guān)調(diào)查統(tǒng)計(jì),排水板孔位偏差達(dá)15%,排水板回帶長(zhǎng)度約占排水板總打設(shè)長(zhǎng)度的20%及排水板的平面偏差等均與規(guī)范要求有較大出入[4]。

2.4 土工布和密封膜鋪設(shè)

土工布的主要作用是防止砂墊層中的尖銳顆粒刺破真空密封膜,一般在施工中主要使用針刺無(wú)紡布,水平排水管道在砂墊層中布置完成以后,將砂覆蓋在管道上以后再鋪設(shè)一層,質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)在250 g/m2～300 g/m2即可。真空預(yù)壓中密封是成功與否的關(guān)鍵。密封膜是真空預(yù)壓加固中關(guān)鍵因素之一,密封膜要求使用密封性好,抗老化能力強(qiáng),韌性好,抗穿刺能力強(qiáng)的專用土工膜,材料參數(shù)符合材料檢測(cè)要求[5]：厚度不小于0.14 mm;抗拉強(qiáng)度不小于100 N/cm;伸長(zhǎng)率不小于 240%;滲透系數(shù)不大于 10-10cm/s?，F(xiàn)場(chǎng)使用密封膜一般由廠家根據(jù)加固場(chǎng)地范圍預(yù)先加工,到現(xiàn)場(chǎng)后可立即覆蓋在場(chǎng)地上。

2.5 密封溝開挖

真空預(yù)壓密封方式有兩種,一種是密封溝,另一種是長(zhǎng)距離平鋪密封膜。后者造成材料浪費(fèi),而且密封效果不好,僅在密封溝開挖難度較大時(shí)采用。一般絕大部分工程均采用開挖密封溝方法。一般密封溝示意圖如圖1所示。

密封溝開挖深度根據(jù)表層土性質(zhì)決定。當(dāng)粘粒含量較高、滲透系數(shù)較小時(shí),可開挖淺一點(diǎn),反之要開挖至粘粒含量較高土層。密封溝一般采用機(jī)械開挖,人工配合將膜邊垂直插入軟土中,開挖深度要在1.5 m以上,寬度以機(jī)械斗寬1 m即可,密封溝內(nèi)必須用黏土或淤泥等粘粒含量大的土進(jìn)行回填,用機(jī)械斗夯實(shí)。

2.6 抽真空過(guò)程中維護(hù)和管理

2.6.1 抽真空設(shè)備調(diào)試和密封檢查

真空泵及抽真空設(shè)備與每個(gè)出水主管連接,一般為了方便管理,將所有設(shè)備放在場(chǎng)地一側(cè),但有時(shí)也可以兩側(cè)布置,這樣可以減小能源的損耗以及真空度沿程損失,由施工現(xiàn)場(chǎng)指揮人員根據(jù)場(chǎng)地實(shí)際情況靈活安排。當(dāng)抽真空設(shè)備、真空泵與出膜裝置安裝成抽真空系統(tǒng)以后,即可開泵試抽真空,一般在開泵3 d～4 d內(nèi)即可達(dá)到80 kPa以上并處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2.6.2 加固場(chǎng)地外深層密封

當(dāng)加固場(chǎng)地表面密封膜檢查完好后真空度仍然沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí),要檢查一下加固土層中是否存在粉砂層等透水層。若存在,應(yīng)對(duì)該層進(jìn)行密封處理。一般采用鋼板樁法和水泥攪拌樁法等,具體處理方法由施工單位進(jìn)行性價(jià)比分析。抽真空一段時(shí)間后,由于真空預(yù)壓的球壓力導(dǎo)致加固區(qū)內(nèi)的土體向加固區(qū)中間壓縮,在加固場(chǎng)地周邊地表會(huì)產(chǎn)生若干裂縫。若不及時(shí)密封,會(huì)發(fā)展成為漏氣通道,致使真空度降低,因此有必要采用措施加以密封。一般采用膨脹土漿或黏土漿灌入裂縫中,以達(dá)到密封的效果。

2.7 卸載標(biāo)準(zhǔn)

卸載標(biāo)準(zhǔn)一般由沉降控制。最新的真空預(yù)壓卸載標(biāo)準(zhǔn)為[6]：當(dāng)連續(xù)5晝夜實(shí)測(cè)地面沉降值小于0.5 mm/d,地基固結(jié)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的80%時(shí),經(jīng)驗(yàn)收,即可終止抽真空。而按照以前使用的JTJ 250-98港口工程地基規(guī)范第7.4.6條規(guī)定[7]：真空預(yù)壓的沉降穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)為：實(shí)測(cè)地面沉降速率連續(xù)5 d～10 d平均沉降量不大于2 mm/d。顯然,真空預(yù)壓的卸載標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格,工后沉降也會(huì)更小,這樣更能保證工程的質(zhì)量,體現(xiàn)真空預(yù)壓加固軟基的效果。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)沿海和內(nèi)陸沿江、沿河及沿湖地區(qū)大量分布著軟弱黏土層,真空預(yù)壓應(yīng)用的前景非常廣泛。筆者針對(duì)真空預(yù)壓現(xiàn)場(chǎng)施工中的一些施工要點(diǎn)和出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行總結(jié),為真空預(yù)壓施工單位現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)提供一些參考。

[1]李洪安,馬海春,唐彤芝.真空預(yù)壓處理軟基技術(shù)及其發(fā)展[J].山西建筑,2008,34(16)：124-126.

[2]婁 炎.真空排水預(yù)壓法加固軟土技術(shù)[M].北京：人民交通出版社,2002.

[3]錢家歡,殷宗澤.土工原理與計(jì)算[M].北京：中國(guó)水利水電出版社,1996.

[4]許建瑞,劉 俊.塑料排水板處理軟基的研究現(xiàn)狀[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì),2001,11(1)：59-61.

[5]GB-T 17688-1999,土工合成材料聚氯乙烯土工膜[S].

[6]JTG F10-2006,公路路基施工技術(shù)規(guī)范[S].

[7]JTJ 250-98,港口工程地基規(guī)范[S].