探究真空预压法在道路软土路基处理中的应用

探究真空预压法在道路软土路基处理中的应用

摘要：随着社会的不断发展，软土路基的范围逐渐变大，并且成为建设的难点和重点。在建设的过程中，软土路基问题已

经变得更加频繁，它也是影响现有道路的质量的主要因素。当前公路建设过程中，如何处理软土路基施工的关键是良好的道路施

工过程中的质量的保证。真空预压法属于排水固结方法，是目前的市政建设主要措施方法。本文对真空预压法在道路软土路基处

理中的应用做了简单的阐述。

关键词：真空预压；软土路基；处理

Abstract: With the continuous development of society, the soft soil roadbed scope gradually become larger, and become the emphasis and difficulty in construction. During the construction, the soft soil roadbed has

become more frequently. Main factors also affect the quality of the existing road. The current highway construction process, the key is how to deal with soft soil subgrade construction is good road construction work process quality assurance. Vacuum preloading drainage consolidation method belongs to, is the main measures of municipal construction method at present. The paper briefly describes the application .

Keywords: vacuum preloading; soft soil subgrade; treatment

真空预压法利用抽真空的方法，依靠负压排除土体中的水，

其排水的效果更明显，速度也更快。真空预压法需要软土的周

边能形成稳定的负压条件，如淤泥质土、素填土和吹填土等作

用效果良好。工程实践证明，该法对粉砂土或粉煤灰也有一定

的作用效果。该方法在当前的市政建设和各种建筑工程中受到

广泛的使用，但不适用于在加固范围内有足够水源补给的透水

土层，以及无法堆载的清晰而地面和施工场地狭窄等场合。

一、真空预压法的优点

1、真空预压法没有加载和卸载工序，能够大大缩短加固

施工工期。

2、孔隙水孔的流水流量和渗透力造成额外的应力点加固

土体，土体加固过程在横向变形是非常小的，可以添加一个小

的真空预压。地基剪切破坏不会发生而导致基础不稳定，可以

有效地缩短的总排水固结时间。

3、土质越软，加固效果逾明显。真空预压法适用于超软

黏性土地基、边坡、码头岸坡等地基稳定性要求较高的工程地

基加固，土质逾软，加固效果逾明显。

4、所用设备和施工工艺比较简单，真空预压法无需大量

的大型设备，便于大面积使用。

5、真空预压法可以做到文明施工，真空预压法无噪声、

无振动、无污染。

二、真空预压法的设计

1、膜内真空度

空预压效果和密封膜内真空度大小有关。根据工程经验，

当采用合理的工艺和设备时，膜内最低设计真空度不应低于

650mmHg。

2、竖向排水体

真空预压法的竖向排水系统可采用普通砂井、袋装砂井或

塑料排水板。袋装砂井直径为70 ～ 120mm，井距一般为砂井

直径的15 ～ 30 倍。设计时，可先假定井距，再计算地基固结

度，若不能满足要求，则可缩小井距或延长工期。

3、真空预压的面积真空预压的效果与良好的气密性有关，

预压面积越大，预压面积与周边长度之比也越大，气密性就越

好，真空度就越高。真空预压的面积不得小于基础外缘所包围

的面积，一般真空的边缘应比建筑基础外缘超出不小于3m。

三、真空预压法在道路软土基处理中的应用

下面我们以两个具体的工程实例来具体说明真空预压法在

道路软土基处理中的应用。

工程一：

1、工程概况

某大道大道，南北全长约5km，路宽为50m，为地面道路。

该大道沿线均处于长江漫滩地貌之上，目前场地内主要有原有

道路以及未拆除的居民房屋、厂房等，还有一些农田和鱼塘。

场地地势略有起伏，地面一般在5.7m~5.9m 之间，仅南端及部

分堆填土达地面高程在10.0m~10.69m 之间。其场地内的土层自

上而下依次为：①杂填土；②淤泥质填土；③素填土；④亚黏

土；⑤淤泥质亚黏土；⑥亚黏土；⑦粉细砂。

2、设计方案分析

该工程地质条件复杂，工程设计方案不仅会直接影响加固

处理效果及工期，而且会使造价相差甚远。只有技术先进、造

价经济、科学合理的设计才是最优方案。在分析各种技术资

料，反复论证的基础上，设计中采用新材料，从而使设计方案

具有较高的技术水准，工程实践取得了良好的经济效益。设计

采用插塑料排水板蓄水真空预压加固方案，其主要优点为：与

堆载预压法相比不需要大量的材料，可以节约大量的费用，丹

东地区因缺少适宜的预压材料，使真空预压法就显得更为优

越；真空预压法加固软基工程中作用土体的总应力并没有增

加，降低的只是孔隙水压力，而孔隙水压力是一个球应力，所

以不会产生剪切变形，发生的只是收缩变形，因此真空预压荷

载无须分级施加，可一次施加而不会引起地基失稳，相比需

要分级加载的堆载预压法，工期可减少三分之一以上；真空预

压是通过竖向排水体向土体中传递真空度，从而使真空度在加

固深度范围内均匀分布，因此加固后的土体，其垂直变形比堆

载加固要均匀，沉降量更大。下面对蓄水真空预压方案进行介

绍，设计方案见图1。__

3、真空预压法施工工艺

为了保证地基在较短的预压时间内达到加固效果，一般真

空预压和竖向排水体联用，其工艺流程见图2。

图2真空预压法施工工艺流程

4、施工预压区划分

4.1 应确保每个建筑物位于一块预压区内，建筑边线距预

压区有效边线可取2 ～ 4m 或更大些。应避免两块预压区的分

界线横过建筑物，避免两块预压区分界区域的加固效果差异而

导致建筑物发生不均匀沉陷。

4.2 应满足建筑工程施工工期要求， 一般加固面积以

6000 ～ 100000m2 为宜。

4.3 高风压区应适当减小预压区面积。

4.4. 预压区之间的距离应尽量减小或者共用一条封闭沟。

4.5 预压区大小满足施工设备施工能力。

5、场地工作面处理方案

由于吹填施工工期的滞后及吹填物中淤泥质含量过高（按

设计要求吹填物应为粉细砂），软基处理人员设备无法进场施

工，迫切需要进行工作面处理施工。①采用铺设聚丙烯编织布

进行场地工作面处理，具体方案为：场地降排水，采用明沟网

络排除吹填滞水；②修建临时施工道路网满足施工车辆顺利通

行的需要；③在施工道路网形成以后，以施工道路网对泥浆区

域进行分割、分块，在施工道路网形成的区域内先纵横铺设两

层聚丙烯编织布，将周边压实，由四周向内采用滚动覆土方式

填土，厚度以满足插板机具正常作业要求，必要时对施工道路

网形成的区域进一步分割，以便于处理。

采用铺设聚丙烯编织布进行场地工作面处理较传统的填土

处理方法，节省了70%的填土方量，且施工速度快，降低了工

程造价，缩短了工期，设计方案得到业主和监理的充分肯定，

业主在电厂建设的其它工程中推广使用了土工合成材料。

6、蓄水真空预压方案

①水平排水系统采用砂垫层，厚度0.50m。

②竖向排水系统采用塑料排水板，插板间距1.0m，梅花型

布置。

③本工程采用真空预压方案存在一个必须解决的技术难

题，即原软土地基下卧粉细砂层具有很强的透水性，因为此前

国内外尚无在处理软土层下存有与外界相通的透水层的成层地

基中采用真空预压进行处理的报道。通过分析认为插板底部与

粉细砂层保证有0.5m 软土不被穿透，就可确保真空预压的密封

性，因此确定合理的插板深度是施工中的关键性环节，设计采

用静力触探进行补勘以确定不同区域合理的插板深度。

④密封膜采用2 层聚乙烯膜，上覆1.0m 水，以达到增强密

封效果，增加预压荷载的双重效果。聚乙烯膜具有很强的抗老

化、抗冻能力，实践证明完全能够满足在东北地区冬季进行真

空预压的要求。⑤地上部吹填土层渗透系数较大，不能满足真

空预压密封性要求，为保证预压施工的密封性，因此采用制作

密封粘土墙与下部软土相连的方案，实践证明是成功的，保证

了处理区的密封性，取得了良好的效果。

7、真空预压操作及质量控制

7.1 清表后铺设20cm 砾石垫层，按设计要求打设竖向排水

体，铺设20cm 砾石垫层，铺设10cm中粗砂垫层。

7.2 铺设水平排水管道，吸水管分为主管和滤管。主管和

滤管间采用变径三通、四通连接，全部吸水管均需埋入砂垫层

中，并通过出膜装置及吸水管与真空泵连接。

7.3 铺膜前应捡除砂垫层表面的尖棱石子、贝壳等杂物。

埋设完真空表侧头及其他观测仪器后，首先铺设第一层土工

布，然后将两层聚氯乙烯薄膜铺放覆盖整个预压区，并将膜体

四周叠放在砂垫层边缘。

7.4 按要求开挖密封沟，在铺设密封膜之后，密封沟用淤

泥或黏土回填。

7.5 按设计要求安装抽真空装置及配套设施，共设真空泵

35 台，用吸水软管和主管连接起来，接通电源。

7.6 开动射流泵进行真空抽气，在抽真空过程中要求观测

泵、真空管、膜内及土体内各深度的真空度、表面沉降、土层

的深层沉降、土层沿深度的侧向位移、孔隙水压力等变化；抽

真空过程中一旦发生漏气情况应及时修复。

7.7 当真空预压达到预定技术要求后停止抽真空，并根据

监测结果，检验和评价预压效果。

8、现场监测

8.1 表面沉降

地表沉降的多少是地基处理效果的最直接的反映。在本工

程中，从实测的沉降情况来看，K5+300 断面在抽真空期间最大

沉降量为Tb（路中）观测点450mm，最小为Tc（路右）观测点

257mm，平均沉降量为329mm，日沉降量最大达34mm。在抽

真空初期，其沉降速率较大，到后期沉降曲线趋于平缓，但仍

在持续沉降，说明用真空预压法处理深厚软土地基时，其沉降

速率渐趋收敛。

8.2 分层沉降

K5+300 断面共埋设分层沉降环12 个，由其分层沉降时程

线可见，土体的沉降量主要发生在第8 个沉降环（埋设深度为

13m 左右）以上的土体中，且沉降较均匀。这部分沉降占总沉

降量的88%，从而可见真空预压法处理软基的深度较大。

8.3 水平位移

K5+300 断面埋设水平位移监测管1 个，其水平位移变化值

和水平位移时程曲线如图2 所示。从图2 中可见，随深度的增

加，水平位移急剧减小，这是由于受井阻等的影响，真空度在

接近地表处最大，随深度的增加而递减。

8.4 孔隙水压力

在真空荷载的作用下，地基土体中的孔隙水压力不断减

小。根据要求，在真空预压区的3 个全断面布置了孔隙水压力

计。每个断面4 个孔隙水压力计（深度分别为6m，9m，12m，

15m），从孔隙水压力时程曲线来看，在抽真空阶段产生的超静

孔隙水压力是负的，亦即孔隙水压力值随着抽真空时间的持续

增加逐渐下降并趋于稳定；另一方面这种变化的趋势随深度的

增加反而趋于不明显：6m处孔隙水压力变化明显，12m，15m

处孔隙水压力变化规律就不是很明显。在卸载之后，孔隙水压

力又回升至抽真空之前的水平。

9、堆载预压

在进行堆载预压阶段荷载应分级逐渐施加来确保地基稳定

性。为了防止因整体或局部载荷过大、过快而造成基础剪切破

坏，分级加荷堆载高度应该小于本级荷载折算堆载高度的5％。

最终堆载高度不应小于设计总荷载的折算高度；堆载预压中及

时把溢出水排走；在加载过程中应进行真空度、竖向变形、边

桩水平位移及孔隙水压力等实时监测，根据监测资料控制加载

速率确保工程的顺利进行。

10、处理效果评价分析

（1）监测资料固结计算分析的理论依据

现场监测数据是评价处理效果的重要依据，其固结计算分

析的主要理论依据如下：

孔压资料固结计算分析方法孔压数据分析采用曾国熙

（1975）提出的指数曲线配合法，其固结度理论解用其普遍式

来表示：U=1-

式中：U——平均固结度；A、B——因固结条件而异的固

结参数；t——固结时间。

（2）孔隙水压力（见图3）及分层沉降监测成果（见图4），

表明软基处理对插塑料排水板深度范围内土体均具有一定的加

固效果。

图3C3区孔隙水压力与时间曲线

图4C3区分层沉降与时间曲线

（3）蓄水真空预压期间，各分区的抽真空联合蓄水预压总

荷载始终保持在80kPa 以上，表明密封粘土墙的设计有效保证

了边界处理的密封性、通过严格控制插板深度使真空预压法首

次成功的应用于处理软土层以下存在有与外界相通的强透水层

的成层土地基，C6-C7 区单区处理面积达到30500m2，为超大

面积真空预压提供了一个成功的范例。

（4）吹填土、软土、粉细砂的物理力学性质均取得一定程

度的改善，其中吹填土层的标贯击数处理前仅为12 击，处理后

达到了18 击，提高了55%，淤泥质软土层的十字板强度处理前

仅为19.27kPa 处理后达到了47.75kPa，提高了148%，以上分析

表明真空预压处理效果是显著的。

（5）处理后粉细砂的抗液化能力较处理前有了明显的提

高，现判定为7 度地震裂度条件下无液化可能性。

（6）场区内各土层的承载力均达到了80kPa。

综上我们可知：设计中采用了土工合成材料进行场地工作

面处理，降低了工程造价，缩短了施工工期；蓄水真空预压设

计中采用密封粘土墙技术措施，确保了处理区的密封性；增加

了真空预压单区处理面积，通过采用先进施工工艺控制和严格

质量管理，实践证明场地密封良好，大幅度降低了边界处理费

用；通过合理控制插板深度，使真空预压法首次成功应用于处

理软土层下存在与外界相通的较强透水层的成层地基；软基加

固处理后，粉细砂的抗液化能力有了一定提高，度地震烈度条

件下无液化可能。

三、结语

真空预压范围内，边缘处沉降较小，真空预压中心地带沉

降较大，使得整个加固区的土体向里收缩，对土体稳定有利。

在真空压力作用下加固区土体发生向内侧（加固区）的水平向

变形，地面出现明显裂缝。当采用真空预压法加固市政道路软

土地基时，附近往往有建筑物和已建道路，这种较大的侧向位

移必须引起足够的重视。在真空压力的施工过程中，须建立科

学的监测方法，是有效地控制真空预压法施工质量的有效途径。