梁鑒源

（中交四航局第一工程有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

軟土路基處理不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致地基沉降過(guò)大，在對(duì)軟土路基進(jìn)行處理時(shí)，應(yīng)將嚴(yán)格控制路面沉降量作為目的。目前，我國(guó)的真空預(yù)壓技術(shù)發(fā)展較為成熟，施工方法較為便捷，對(duì)地基的加固效果較理想，施工成本控制得當(dāng)，所以該技術(shù)獲得了廣泛的應(yīng)用[1]。傳統(tǒng)的地基處理方法需設(shè)置豎向排水體，如排水板、袋裝砂井等，這種處理方法排水量不夠大，且可能會(huì)出現(xiàn)井阻現(xiàn)象，實(shí)踐效果不理想。所以需對(duì)新型豎向排水體進(jìn)行研究分析，以降低井阻、真空壓力的損失，提升排水加固的效果，嚴(yán)格控制地面沉降。

1 工程概況

我國(guó)在馬來(lái)西亞承攬的某鐵路建設(shè)項(xiàng)目，總長(zhǎng)75km，路基長(zhǎng)63km，挖方為521萬(wàn)m3，填方為764萬(wàn)m3。全路段需要處理軟土地基，路基邊坡采取1∶2 的比例設(shè)置，還需做好坡面綠色植草防護(hù)施工。

2 施工方案

本段路基土石方工程最大填高為12.3m，平均填高為5.5m；最大挖深為35m，平均挖深為6.2m；該場(chǎng)地表層無(wú)填土或局部有少量填土，表層為0.1～0.5m 軟土硬殼層，軟塑；以下為深厚軟土，厚10～30m?，F(xiàn)場(chǎng)采用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法處理軟土地基，塑料排水板不應(yīng)穿至下部粉砂層（塑料排水板一般距砂層頂面1～2m），處理單元周圍表層采用5m 長(zhǎng)的泥漿墻封閉，真空預(yù)壓期6 個(gè)月。真空預(yù)壓開始時(shí)真空預(yù)壓保持在80kPa 負(fù)壓，負(fù)壓10～20d 后開始填土堆載。軟基處理地段均先進(jìn)行試驗(yàn)段施工，取得科學(xué)合理的施工參數(shù)后方可進(jìn)行正式施工。

3 PVD堆載預(yù)壓技術(shù)

3.1 PVD設(shè)計(jì)

以軟土蠕變?cè)頌榛A(chǔ)，使用分層總和的沉降計(jì)算方法來(lái)規(guī)劃PVD 設(shè)計(jì)，厚度設(shè)置為4mm，寬度設(shè)置為10m，插入地下的深度設(shè)置在10m 左右。以機(jī)械現(xiàn)場(chǎng)施打深度和地勘資料為基礎(chǔ)做好相關(guān)調(diào)整工作，按照間距為0.8m的等邊三角形布置。

將既有的路基全部清理干凈，使用A 組中粗砂、1層2 布1 膜不透水土工布、填料來(lái)完成路堤基床填筑施工；使用B 組填料完成本體上部填筑施工；使用C 組填料完成本體下部填筑施工。將滲水填料填筑到防護(hù)高程以下位置，按照1∶1.25 坡率堆載完成防護(hù)高程以上填筑施工，顯著提升邊坡的穩(wěn)定性和安全性。

3.2 PVD施工

使用垂直插打PVD 的方式完成排水固結(jié)法豎向排水通道設(shè)置工作，使用的主要方法為堆載法。沉降控制標(biāo)準(zhǔn)要滿足固結(jié)度90%以上，在鐵路交付使用后的半年內(nèi)，沉降量要控制在2.5cm內(nèi)。

（1）垂直PVD 施工流程為：鋪設(shè)砂墊層→放樣板位→就位機(jī)具→插設(shè)PVD→拔出導(dǎo)管→截?cái)嗯潘濉莆粰C(jī)具→埋設(shè)板頭。

（2）豎向排水體內(nèi)的真空變化。真空壓力傳遞的流程通常為：主管→支濾管→砂墊層→排水體→土層。通過(guò)深入研究發(fā)現(xiàn)，真空壓力在砂墊層中傳遞的速度最快，且壓力損失量比較小。真空壓力在豎向排水體內(nèi)傳遞的速度最慢，且壓力損失量較大。

不同結(jié)構(gòu)類型的豎向排水體，其內(nèi)部的真空壓力變化情況存在較大的差異。對(duì)多種不同結(jié)構(gòu)類型的豎向排水體內(nèi)的真空壓力變化情況進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果為：袋裝砂井深3.8m,15m 處的真空度分別為74%,22%，可以發(fā)現(xiàn)真空壓力的損失隨著向下傳遞深度的增大而增大，這直接反映出在袋裝砂井中設(shè)置軟管可擴(kuò)大地基下方的真空壓力，能提高地基排水加固效果。就150mm 寬的PVD 而言，地基深3.8m,15m 處的真空度分別為63%,44%，真空壓力損失情況相較袋裝砂井而言得到明顯改善，這一點(diǎn)從地基下方10m處開始越來(lái)越顯著。之所以出現(xiàn)這種現(xiàn)象，主要是因?yàn)榇b砂井中真空壓力受到的阻力較大，而150mm 寬的塑料排水板結(jié)構(gòu)組成簡(jiǎn)單，排水暢通，真空壓力傳遞過(guò)程中受到的阻力較小。

（3）樁尖與PVD 要連接牢固，防止在提管時(shí)出現(xiàn)脫節(jié)的情況。在打設(shè)施工時(shí)，PVD 不可出現(xiàn)扭曲的情況。在PVD插入施工時(shí)，采取靜壓施工設(shè)備完成施工任務(wù)，不可使用射水、錘擊或振動(dòng)等下沉插入施工策略。

（4）嚴(yán)格按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)選擇塑料板尺寸，單位長(zhǎng)度質(zhì)量應(yīng)大于70g，抗拉強(qiáng)度大于2.8kN/m2。

（5）芯板的柔性和耐腐蝕性要滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，顯著提升PVD 的耐久性，確保其在土體固結(jié)變形時(shí)不會(huì)出現(xiàn)破裂或折斷。依據(jù)設(shè)計(jì)的深度和間距施工，在PVD 與套管同時(shí)拔出時(shí)，帶出長(zhǎng)度要控制在0.5m 內(nèi)，否則需重新施工。

（6）使用遮陽(yáng)布將施工現(xiàn)場(chǎng)堆放的排水板盤帶覆蓋嚴(yán)密，防止其在空氣中暴露。

（7）PVD 預(yù)留出的孔口長(zhǎng)度要確保能深入碎石墊層0.3m 以上，與碎石墊層保持暢通，碎石墊層中地下水能順利排出。

（8）碎石墊層施工順序?yàn)椋轰佀槭鸀⑺鷫簩?shí)→檢測(cè)。通過(guò)試壓確定壓實(shí)系數(shù)和壓實(shí)厚度，砂石質(zhì)量比標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 砂石質(zhì)量比標(biāo)準(zhǔn)

（9）不能將PVD 接長(zhǎng)使用，泥土等雜質(zhì)不可混入套管中，如混入應(yīng)及時(shí)清理干凈。

3.3 堆載預(yù)壓

（1）堆載預(yù)壓的填料最好不要使用含垃圾的雜料或淤泥土，依據(jù)路基設(shè)計(jì)通用圖來(lái)觀測(cè)沉降和填筑施工，積極采取措施防止預(yù)壓土對(duì)填筑好的路基造成影響，相鄰兩區(qū)段上下兩層填筑接頭位置處錯(cuò)開的距離保持在3m以上。

（2）堆載預(yù)壓土應(yīng)邊推土邊壓平，確保頂面平整。

（3）分兩層挖除預(yù)壓土，第1 層施工由機(jī)械完成，挖掘到預(yù)壓土底部0.3m 位置處時(shí)，剩余部分采用人工挖掘。施工不得對(duì)基床本體上部頂面造成影響。

（4）堆載預(yù)壓施工時(shí)需保護(hù)好沉降觀測(cè)設(shè)備，人工填筑整平沉降觀測(cè)四周1m 范圍內(nèi)的路基，及時(shí)修復(fù)損壞的沉降觀測(cè)設(shè)施。

（5）堆載預(yù)壓施工時(shí)應(yīng)安排好土方施工順序，施工到基床表層底面設(shè)計(jì)標(biāo)高位置時(shí)，開始填筑預(yù)壓填土至設(shè)計(jì)的標(biāo)高[2]。觀測(cè)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，將堆載土清理干凈，接著完成基床填筑施工。

4 沉降觀測(cè)

沉降觀測(cè)的主要指標(biāo)有堆載體邊坡水平位移、孔隙水壓力和沉降情況[3]，監(jiān)測(cè)主要分為初始階段、堆載上土?xí)r和進(jìn)入堆載期后3個(gè)階段。

（1）使用沉降觀測(cè)板完成沉降觀測(cè)任務(wù)，順著線路方向每隔50～100m 設(shè)置一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，使用鋼板完成鋼管焊接施工，在砂石墊層表面以下30cm 位置埋設(shè)鋼板，鋼管要比堆載土體表面長(zhǎng)出10cm。

（2）順著線路方向每隔50m 設(shè)置1 個(gè)孔隙水壓力計(jì)，并將其放置在線路中線位置富水軟土中，使用膨潤(rùn)土墊封堵孔隙水壓力計(jì)上下兩側(cè)，防止四周地下水和砂石墊層對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)造成干擾。

（3）在正線孔隙水壓力計(jì)安置的同一里程，要與線路中線處保持一定的距離，對(duì)四周沒(méi)有使用PVD 堆載預(yù)壓的原狀土層中不同天氣情況下的地下水位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以便為后續(xù)施工提供參考依據(jù)。

（4）監(jiān)測(cè)坡腳水平位移，使用醒目的顏色標(biāo)記鍍鋅鋼管，將其安置在沉降觀測(cè)點(diǎn)相同里程與線路中線有一定距離處，對(duì)稱布置在路基兩側(cè)，使用全站儀做好其位置變化監(jiān)測(cè)。

4.1 地表沉降變化規(guī)律

在上部堆載作用和真空壓力的影響下，地基沉降值發(fā)生了一定的變化。在抽真空的最初階段，受密封溝漏氣和局部膜面破損的影響，真空壓力值非常低，沉降發(fā)展和壓力值上升的速度較慢。采取措施修復(fù)密封系統(tǒng)后，真空壓力值的上升速度很快，帶動(dòng)沉降值變化比較明顯，同時(shí)加快了地基排水固結(jié)的速度。在開展預(yù)壓堆載前，斷面中心實(shí)際測(cè)量到的沉降值分別為114cm,100cm，使用厚度為3m 的預(yù)壓土方填筑施工后，地基的附加應(yīng)力發(fā)生了明顯的改變，加快了固結(jié)沉降變形速度。在抽真空停止前，斷面中心實(shí)際測(cè)量的沉降值達(dá)到了171cm,130cm。

對(duì)地基沉降值和沉降速率而言，上部填土預(yù)壓荷載、真空壓力大小、持續(xù)時(shí)間和穩(wěn)定狀態(tài)等都會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重影響。施工中應(yīng)不斷地提升施工區(qū)域的密閉性，使軟土地基快速固結(jié)，確保真空壓力始終穩(wěn)定。在預(yù)壓施工的最初階段，袋裝砂井的地基沉降值要比150mm 寬PVD 的地基沉降值略小，但二者間的差異也較小。在進(jìn)行預(yù)壓的過(guò)程中，隨著填土荷載和真空壓力的不斷變化，袋裝砂井的地基沉降值會(huì)逐漸地小于150mm寬PVD的地基沉降值。

4.2 豎向排水體內(nèi)真空度衰減規(guī)律

在真空壓力傳遞過(guò)程中，砂墊層的真空壓力傳遞速度最快，壓實(shí)損失也較小。然而在豎向排水體內(nèi)傳遞真空壓力時(shí)，隨著地基深度的不斷變化，傳遞速度會(huì)改變，壓實(shí)損失也較大，不同結(jié)構(gòu)類型的豎向排水體內(nèi)的真空壓力傳遞規(guī)律也存在很大差異。

對(duì)兩種豎向排水體內(nèi)真空衰減情況進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，在袋裝砂井中，深度為3m 處的真空度為膜下真空度的81%，深度為8m處的真空度為膜下真空度的74%、深度為15m處的真空度為膜下真空度的22%，板內(nèi)真空度的衰減值達(dá)到了7%左右。隨著深度的不斷增加，真空衰減也會(huì)增加，這充分說(shuō)明，將輔助軟管插入袋裝砂井后，地基深處的真空壓力增加，對(duì)提升地基深層排水固結(jié)效果起到了促進(jìn)作用。在150mm 寬PVD 中，深度為3m 處的真空度為膜下真空度的81%、深度為8m處的真空度為膜下真空度的63%、深度為15m處的真空度為膜下真空度的44%。相比袋裝砂井的真空度，其真空衰減程度更理想，10m以下位置處的板內(nèi)真空度要比袋裝砂井的真空度高一些。究其原因?yàn)?，在袋裝砂井中，真空壓力傳遞速度會(huì)受阻力的影響而降低；而150mm 寬PVD 的通水性較好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此其真空壓力傳遞速度更快。

5 施工質(zhì)量評(píng)價(jià)

在評(píng)判PVD 地基處理是否滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，主要依據(jù)包括以下3點(diǎn)：

（1）沉降與收斂比較接近，30d 內(nèi)的沉降值始終保持在2mm以內(nèi)。

（2）空隙水壓力呈現(xiàn)出消散的狀態(tài)。

（3）能有效控制坡腳位移。當(dāng)進(jìn)入堆載期后，路基沉降已達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)，與設(shè)計(jì)值基本一致。在監(jiān)測(cè)孔隙水壓力的過(guò)程中，多次釋放堆載預(yù)壓段孔隙水的能量后，孔隙水壓力也逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

對(duì)比現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后發(fā)現(xiàn)，使用PVD 堆載預(yù)壓排水固結(jié)法處理富水軟土地基，能快速達(dá)成補(bǔ)強(qiáng)的技術(shù)目標(biāo)和地基處理目標(biāo)，并在馬來(lái)西亞?wèn)|海岸鐵路項(xiàng)目軟土地基處理中取得了良好的效果。

6 注意事項(xiàng)

根據(jù)設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，提出以下幾點(diǎn)建議。

（1）對(duì)于PVD 插入施工技術(shù)而言，采集PVD 堆載區(qū)地層和水位信息非常關(guān)鍵。在開展地勘作業(yè)時(shí)，應(yīng)依據(jù)實(shí)際情況來(lái)處理PVD 堆載區(qū)的取樣密度，依據(jù)不同地層的特征設(shè)計(jì)出符合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況的PVD 插入深度，防止施工中因地層突變而使PVD 無(wú)法插入到預(yù)定的深度。

（2）做好PVD、堆載材料、土工布、排水砂石墊層等質(zhì)量控制工作，依據(jù)相關(guān)規(guī)定嚴(yán)格控制施工材料質(zhì)量，確保所有的材料全部滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）做好排水砂石墊層的級(jí)配控制工作，及時(shí)排出軟土中的地下水，完成排水固結(jié)的目標(biāo)。

（4）收集相關(guān)數(shù)據(jù)，仔細(xì)觀測(cè)沉降。坡腳位置觀測(cè)設(shè)備、孔隙水壓力觀測(cè)設(shè)備和沉降觀測(cè)設(shè)備全部都在施工場(chǎng)地中，因此要采取相應(yīng)措施保管好，使得獲取的數(shù)據(jù)連續(xù)、準(zhǔn)確。

7 結(jié)語(yǔ)

在摩擦角小于5°、黏聚力小于20kPa、孔隙比大于1、含水量大于液限的地層中，較適合使用PVD 堆載預(yù)壓處理軟土地基技術(shù)。該技術(shù)在本文的實(shí)例工程中得到了驗(yàn)證，表明其能應(yīng)用于多雨地區(qū)的軟土地基處理中。