【文章內容簡介】 使密封膜緊貼于砂墊層上，這個壓力差稱為“真空度”。砂墊層中形成的真空度通過垂直排水通道逐漸向下延伸、擴展，引起整個加固區(qū)內孔隙水壓力降低，使形成的孔隙水壓力小于原靜水孔隙壓力，即靜水孔隙水壓力負向增長，形成負的超靜孔隙水壓力。從而使土體孔隙中的氣體和水由土體向垂直排水通道滲流，最后由垂直排水通道匯至地表砂墊層中被真空泵抽出。通過真空預壓過程中的抽真空使加固區(qū)內超靜孔隙水壓力降低，促使地基土體產(chǎn)生排水固結，達到了最終加固地基的目的。堆載排水預壓法是利用路基本身作為荷載，對被加固的地基進行預壓，軟土地基在此附加荷載作用下產(chǎn)生正的超靜水壓力，在路基填筑及填筑完成以后，超靜水壓力慢慢消散，土體有效應力不斷增長，土體產(chǎn)生固結，強度得到增長。真空聯(lián)合堆載預壓法的施工步驟一般可分兩步進行,首先,按常規(guī)方法進行真空預壓施工。當真空度達到要求后,在真空預壓膜上逐級堆載,使地基在真空與堆載的共同作用下得到加固。根據(jù)土力學理論，地基沉降包括兩方面的內容,一是地基表面的最終沉降，二是沉降的時間過程。首先，地基的最終沉降量也就是它的最大沉降量與土質的性質和土體所承受過的荷載壓力有關，根據(jù)卡薩格蘭德1936年的先期固結理論，當土體歷史上受到過的固結壓力大于目前的荷載壓力時，對該土體而言則處于超固結狀態(tài)，此時土體將不產(chǎn)生變形或僅產(chǎn)生微小變形。但當目前土體所承受的荷載力大于原有固結壓力時，此時土體處于欠固結狀態(tài)，土體在新的荷載作用下將繼續(xù)壓縮變形。在真空堆載聯(lián)合預壓法模式中，由于其所堆荷載即為今后的路堤荷載，而真空荷載則作為今后的路面荷載及超載，所以今后路基土體則處于超固結狀態(tài)下，其最終沉降量是不變的，而工后沉降量主要取決于前期沉降的大小及速度，這就是沉降理論的另一方面即沉降隨時間的變化問題。根據(jù)土力學的基本知識，在外荷載的作用下，土中孔隙水排出，土體因發(fā)生體積變化而壓密的過程稱為固結，而地基土層在某壓力的作用下，經(jīng)歷T時所產(chǎn)生的變形量與最終變形量之比稱為固結度（Ut=St/S）,它是衡量土體壓縮的標準。根據(jù)太沙基固結理論，土體的變形速率取決于孔隙水的排出速率，即孔隙水壓力的消散速率。當然，這里講的固結是指土體的主固結，而因土顆粒蠕動產(chǎn)生的次固結則作為工后沉降，在此不做考慮，也就是說，當土中的超孔隙水壓力u=0時，其固結度Ut=100%。在真空聯(lián)合堆載預壓法中，由于真空預壓和堆載壓力同時作用于土體，使孔隙水的壓差很大，孔隙水壓力消散速度很快，也就是說土體的前期沉降較快，隨時間的推移，沉降速率衰減快，沉降穩(wěn)定所需要的時間短，從而使工后沉降相對減少，這對路基工程質量是十分有利的。 強度增長機理從有效應力路徑分析, 加固前地基應力狀態(tài)如圖1. 平均應力為p ′0= (R′10+ R′30)/2, 式中, R′10和R′30分別表示加固前地基土體中的最大有效主應力和最小有效主應力. 加固過程中, 地基土體增加的有效應力為ΔR′。 由于孔隙水壓力是一個球應力, 所以在各個方向均增加ΔR′, 因此,R′1= R′10+ ΔR′。 R′3= R′30+ ΔR′。(a) 加固示意圖圖1 真空排水預壓加固軟土地基的應力分布示意圖式中, R1′和R3′分別表示加固后地基土體中的最大有效主應力和最小有效主應力。 圖2 中, 其有效應力圓由D 位置向右移到D ′, 平均應力由p ′0 增加到p ′= p ′0+ΔR′。但是, 應力圓的半徑?jīng)]有變化,當加固的荷載移除之后, 地基土的強度沿著超固結包線退回到F 點, 從圖2 中可看到, 和原來強度相比增加了ΔS, 即軟土土體強度提高了ΔS。圖2 土體強度應力圓變化示意圖真空堆載聯(lián)合預壓法實際上是真空排水預壓法和堆載預壓法的聯(lián)合應用, 理論和實踐都已經(jīng)證明這兩種方法可以聯(lián)合使用, 兩種方法加固時分別產(chǎn)生的負的超靜水壓力(真空預壓) 和正超靜水壓力(堆載法) 是可以疊加的, 能使土體產(chǎn)生快速的固結并使土體強度得到增長. 在路基的穩(wěn)定性方面, 真空排水預壓法由于負壓的存在使加固的路基的側向變形是向著路基方向發(fā)展的, 而堆載預壓法由于荷載的作用, 側向變形是向著遠離加固區(qū)的, 兩種方法聯(lián)合使用的好處就是能使路基的側向穩(wěn)定性得到更好的控制, 能夠降低路基的失穩(wěn)可能性.由于側重點的不同, 真空堆載聯(lián)合預壓法分為兩種: 一種是真空預壓能提供的加固荷載不夠,這時, 可以輔以堆載預壓來補充. 另一種就是把自載(自身的重量) 作為主要荷載, 而把真空壓力作為超載對待, 這個自載在工程結束后往往不能被移走, 例如公路路基處理中的填土荷載.一般地說，由于軟土地基土地的抗剪強度較低，而且排水固結速度比較緩慢，所以路基工程成敗的前提就是土體的穩(wěn)定性。根據(jù)工程經(jīng)驗估計，而在以往的超載預壓處理軟基路堤中，超高的荷載往往接近或超過天然地基承載力，如果加荷速度控制不嚴，地基強度增長速率低于加載速率，路堤就會因地基的破壞而滑動。因此必須對加載過程中的地基穩(wěn)定性嚴加控制，這是經(jīng)過多次經(jīng)驗教訓總結出來的，已成為公認的共識。根據(jù)我國《建筑地基處理規(guī)范》，關于地基穩(wěn)定性現(xiàn)場監(jiān)控有三個標準，即沉降、位移和孔隙水壓力。也就是說，在路堤填筑過程中，地基的沉降速率，地基的側向位移和土體中的孔隙水壓力是控制路基穩(wěn)定性的三大因素。在真空堆載聯(lián)合預壓模型中，由于路堤填筑前，首先對土體施加真空負壓力并在其影響下提高土體中有效應力，而土中的剪應力不變，使土體進行固結，達到增強土體強度的目的，提高了土體的抗失穩(wěn)性。這樣一來，在路堤填筑時，土體中的剪應力就不易于超過已提高的土體抗剪強度，從而使路堤的建筑速度大大提高，縮短了工期。另外，在真空堆載聯(lián)合預壓模式中，由于真空加壓階段整個加固區(qū)始終處于負壓狀態(tài)，土體產(chǎn)生向內的收縮變形，該向內的收縮變形可以抵消填土產(chǎn)生的向外擠壓狀態(tài)，因此對路基的穩(wěn)定相當有利。真空預壓法適用于滲透性比較小的飽和軟粘土地基，其主要優(yōu)點是：⑴加荷面積大、速度快，不需要大型的機械設備，而是利用大氣來加固軟土地基，不需要大量的預壓材料及實物，可以減少取土、棄土數(shù)量，有利于減少水土流失和環(huán)境保護工作，為該法的突出特點；⑵真空預壓法加固軟土地基時，作用于土體的總應力并沒增加，降低的只是孔隙水壓力，土體只發(fā)生了收縮變形，不產(chǎn)生剪切變形，地基不會產(chǎn)生側向向外擠出，僅有側向收縮，因此真空排水預壓荷載無須分級施加，可以一次施加而不會引起地基失穩(wěn)；⑶真空預壓法是通過垂直排水通道向土體傳遞真空度，使真空度在整個加固區(qū)范圍內是均勻分布的，因此加固后的地基比堆載預壓加固的要均勻，加固過程的平均沉降量更大。但是，單純的真空預壓處理軟基其預壓荷載不超過100KPa，使用受到較大限制。堆載預壓可以有效地減少軟土的次固結沉降，其缺點是：⑴預壓期路堤容易失穩(wěn)；⑵預壓時間比較長。而真空預壓與堆載預壓的聯(lián)合應用，可以取長補短，兩種方法同時使用時分別產(chǎn)生負的超靜水壓力（真空預壓）和正超靜水壓力（堆載預壓），理論上是可以疊加的，而且可以使土體產(chǎn)生快速的固結，強度得到增長；在路基穩(wěn)定性方面，真空預壓法由于負壓的存在使加固路基的側向變形向著路基內側發(fā)展的，而堆載預壓由于荷載的作用，側向變形向著遠離加固區(qū)的。因此，兩種方法聯(lián)合使用能更好控制路基的側向穩(wěn)定性，降低了路基失穩(wěn)的可能性。 工程設計情況蘇334省道復線公路B2標段，主線長6公里，真空聯(lián)合堆載預壓加固面積約32126m2。豎向排水體采用B型塑料排水板，長度以打穿淤泥層為原則；水平向排水體采用50cm厚的砂墊層，并在砂墊層中布置排水濾管和主管，采用φ75mm的PVC管，間距為5m，每800 m2左右的處治面積配備一套真空裝置，膜下真空壓力應維持在80KPa以上。 真空聯(lián)合堆載預壓施工（1）施工工藝順序真空聯(lián)合堆載主要施工工藝順序如下：平整場地→量測地面起始高程→鋪設50cm中粗砂墊層→打設排水板、施工水泥攪拌樁墻和粘土攪拌密封墻→安設監(jiān)測儀器→鋪設真空濾管、安裝真空設備→鋪設膜下土工布和密封膜、開挖密封溝→回填密封溝及埋膜、連接主管到抽真空裝置→設置膜上沉降標→測沉降初值→試抽真空→檢查膜上及密封溝漏氣情況→真空加載并開始路基處理監(jiān)測→膜下真空度達到80KPa10天后→鋪設膜上土工布→鋪設50cm中粗砂墊層→填筑路堤→真空聯(lián)合堆載預壓2個月并地基平均固結度達到設計要求進行真空卸載→堆載預壓至沉降符合路面施工的要求。（2）水泥攪拌樁墻施工水泥攪拌樁墻采用單軸深層攪拌機(攪拌機功率45～55KW)施工，采用6攪4噴施工工藝，樁徑60cm、樁與樁之間相互搭接10cm。，摻入量為20％。整個施工分施工準備階段、工藝性試樁階段、正式施工階段，其中施工準備階段委托有資質的單位進行水泥土的室內配合比試驗，；工藝性試樁階段是確定現(xiàn)場地質條件下的成樁工藝及各項操作技術參數(shù)的可靠性；試樁經(jīng)鉆芯取樣、標準貫入法試驗合格后正式進行水泥攪拌樁墻的施工。水泥攪拌樁的施工質量控制：⑴攪拌：攪拌機葉片設置六片，攪拌鉆桿轉速不小