唐 紅，余 江，劉 輝

(中鐵六局集團(tuán)有限公司，北京 100036)

真空預(yù)壓固結(jié)法是處理軟土地基的有效方法之一，通常是在需要加固的軟土層內(nèi)，設(shè)置砂井或塑料排水板等豎向排水系統(tǒng)，然后在地面鋪設(shè)砂墊層橫向排水層，再在砂墊層頂部覆蓋一層不透氣的密封薄膜，使之與大氣隔絕，通過(guò)埋設(shè)于砂層中的吸水管道，用真空裝置進(jìn)行抽氣，將膜內(nèi)空氣排出，在膜的內(nèi)外產(chǎn)生一個(gè)氣壓差-μs，這部分氣壓差即成為作用于地基上的荷載，軟土層隨著等向應(yīng)力 -μs的增加而固結(jié)［1］。對(duì)于飽和土的滲流固結(jié)來(lái)說(shuō)，是土中孔隙水壓力消散、逐漸轉(zhuǎn)移為有效應(yīng)力的過(guò)程，孔隙水壓消散越快，土體固結(jié)越快［2］。采用常規(guī)真空預(yù)壓固結(jié)法處理軟土地基，由于抽真空系統(tǒng)的開(kāi)放性和氣壓在土體中傳遞的減弱，造成孔隙水后期滲流速度慢，土體固結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，不能滿足當(dāng)前鐵路工程建設(shè)工期的需要。在廣珠鐵路珠海西站軟基處理的實(shí)踐中，通過(guò)采用手型接頭將抽真空系統(tǒng)連接成一個(gè)封閉系統(tǒng)，并增加一套加壓系統(tǒng)，加快了土體排水固結(jié)速度，縮短了土體固結(jié)時(shí)間，取得了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

1 加壓真空預(yù)壓法的原理

1.1 加壓真空預(yù)壓系統(tǒng)的組成

加壓真空預(yù)壓系統(tǒng)主要由抽真空系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)組成。抽真空系統(tǒng)由豎向塑料排水板、手型接頭、橫向排水通道、密封體系和抽真空設(shè)備組成。加壓系統(tǒng)由加壓管、橫向管網(wǎng)和空壓機(jī)組成(見(jiàn)圖1)。

1.2 加壓真空預(yù)壓法的原理

圖1 加壓真空預(yù)壓系統(tǒng)示意

根據(jù)固結(jié)理論，黏性土固結(jié)所需時(shí)間與排水距離的平方成正比，土層越厚，固結(jié)延續(xù)的時(shí)間越長(zhǎng)［2］。加壓真空預(yù)壓法依據(jù)這一理論，一方面，充分利用傳統(tǒng)真空預(yù)壓技術(shù)，在地基土內(nèi)部均布多個(gè)塑料排水板，增加土層的排水途徑，縮短排水距離，通過(guò)抽真空形成的負(fù)壓加快排水固結(jié)速度，另一方面，在塑料排水板間的土體中均勻插打加壓管，通過(guò)對(duì)塑料排水板間土體進(jìn)行加壓，使土體中水分子在正壓作用下向塑料排水板流動(dòng)，從而達(dá)到加快孔隙水滲流速度和土體固結(jié)速度的目的。

2 加壓真空預(yù)壓主要工藝

2.1 工藝流程

場(chǎng)地平整→塑料排水板施工→加壓管施工→手型接頭、真空排水管網(wǎng)連接→加壓管網(wǎng)連接→密封墻施工→鋪設(shè)密封膜→抽真空→抽至真空度≥80 kPa→真空恒載→(滿足開(kāi)始加壓條件后)加壓系統(tǒng)加壓0～4 kN壓力，使真空度由80 kPa降至40 kPa→停止加壓，使真空度由40 kPa升至80 kPa，并繼續(xù)抽水→繼續(xù)加壓、抽真空，使真空度往復(fù)增減，并繼續(xù)抽水→滿足加固要求后停泵終止抽水→施工完成。

2.2 加壓管施工方法

2.2.1 加壓管結(jié)構(gòu)

加壓管分為透氣段和不透氣段兩部分。不透氣段設(shè)在臨近地面一端，可采用PVC管或塑料管。透氣段設(shè)在遠(yuǎn)離地面一端，由若干節(jié)依次相連的透氣軟管組成。透氣軟管內(nèi)設(shè)有螺旋形彈性支撐架，每節(jié)透氣軟管之間采用螺紋接頭連接。透氣段的設(shè)置長(zhǎng)度可根據(jù)加固深度確定。不透氣段一般設(shè)為2 m。設(shè)置不透氣段的目的是防止加壓施工過(guò)程中加壓管臨近地表層部分漏氣。

2.2.2 加壓管布設(shè)

加壓管布置在塑料排水板組成的平面幾何圖形中心(如圖2所示)，其長(zhǎng)度以短于塑料排水板長(zhǎng)度0.5～1.0 m為宜。

圖2 加壓管布置示意

2.2.3 加壓管施工方法

加壓管的插打施工采用特制設(shè)備進(jìn)行。該設(shè)備插打加壓管的基本原理是利用高速高壓水流在地基土體中沖孔，然后利用設(shè)備的導(dǎo)向裝置將加壓管插打入地基土體中。由于高壓水沖擊成孔所形成的孔洞較加壓管管體大，為保證在加壓施工過(guò)程中高壓空氣通過(guò)空壓機(jī)和加壓管直接進(jìn)入地基土中發(fā)揮加壓作用，而不會(huì)通過(guò)加壓管四周的孔洞漏氣，在將加壓管插入地下后，將加壓管周邊的孔洞用土回填，防止孔洞漏氣。

2.3 抽真空施工方法

1)安裝好真空泵系統(tǒng)(將水泵、水箱、閘閥、截止閥、出膜口連接好)，接通電源，空載調(diào)試真空射流泵，當(dāng)真空射流泵上真空度達(dá)到80 kPa時(shí)，試抽真空。

2)為防止真空預(yù)壓對(duì)加固區(qū)周圍土體造成瞬間破壞，在開(kāi)始階段，必須嚴(yán)格控制抽真空速率，可先開(kāi)啟半數(shù)真空泵，然后逐漸增加真空泵工作臺(tái)數(shù)。當(dāng)真空度達(dá)到60 kPa，經(jīng)檢查無(wú)漏氣現(xiàn)象后，開(kāi)足所有泵，將膜下真空度提高到80 kPa，并保持恒載抽真空。

3)隨著抽真空的進(jìn)行，地基將發(fā)生連續(xù)變形，需派人24 h進(jìn)行觀察，對(duì)真空度表、沉降、真空泵的變化做好記錄。當(dāng)發(fā)現(xiàn)漏氣、泵損壞等問(wèn)題時(shí)，要及時(shí)維修，以保證真空泵、密封系統(tǒng)正常工作。

2.4 加壓施工方法

當(dāng)土體固結(jié)度達(dá)到一定程度后，開(kāi)始進(jìn)行加壓施工。首先利用空壓機(jī)及加壓管網(wǎng)系統(tǒng)向有一定固結(jié)度的土體中打氣加壓，加速土體中孔隙水進(jìn)入塑料排水板。此時(shí)，隨著打氣加壓作業(yè)的進(jìn)行，膜下真空度將會(huì)降低，待膜下真空度降低至40 kPa后，停止打氣加壓作業(yè)。同時(shí)，在真空泵抽真空的作用下，膜下真空度又會(huì)逐漸由40 kPa增加到80 kPa。如此重復(fù)，直到預(yù)壓結(jié)束。在打氣加壓過(guò)程中，真空泵不停止工作(見(jiàn)圖3)。

圖3 加壓真空預(yù)壓工作運(yùn)行示意

3 討論

1)采用手型接頭將塑料排水板與橫向排水通道連接起來(lái)，組成一個(gè)密閉的真空排水系統(tǒng)，代替常規(guī)真空預(yù)壓采用的開(kāi)放式真空排水系統(tǒng)，既保證了真空排水系統(tǒng)的暢通，又能使真空直達(dá)塑料排水板內(nèi)部，有利于將軟基土體中孔隙水快速排出。

2)通過(guò)增加一套加壓系統(tǒng)，對(duì)塑料排水板間土體進(jìn)行加壓，使土體中孔隙水在正壓力作用下定向流動(dòng)，加快了孔隙水的滲流速度和土體的固結(jié)速度。

3)研制了一套加壓管插管裝置，解決了加壓管插打困難、不易密封的施工難題，并申請(qǐng)了國(guó)家專利(專利受理號(hào):201010273719.4及201020519383.0)。

4 結(jié)語(yǔ)

廣珠鐵路珠海西站地處圍海造塘而成的海塘中，表層為第四系人工填土、海相沉積的淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土等。軟土厚度近50 m。其中，流塑狀淤泥層厚為15～18 m，具有含水量高、孔隙比大、壓縮性高、承載力低、觸變性等特點(diǎn)。珠海西站采用加壓真空預(yù)壓技術(shù)輔以堆載預(yù)壓進(jìn)行施工，歷時(shí)半年，成功完成了對(duì)廣珠鐵路珠海西站軟土地基的加固處理，解決了海相沉積深厚軟土地區(qū)鐵路站場(chǎng)工后沉降要求高、工期緊的難題，收到了顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

［1］李彰明.軟土地基加固的理論、設(shè)計(jì)與施工(第一版)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2006:324-329.

［2］陳希哲.土力學(xué)地基基礎(chǔ)(第二版)［M］.北京:清華大學(xué)出版社，1989:82-83.

［3］馮守中.公路軟基處理新技術(shù)(第一版)［M］.北京:人民交通出版社，2008:143-146.