对深软弱路基真空预压再认识
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摘要：某高速公路在新建时由于征地原因，导致部分软基路段不能按正常填土预压施工，后来采取了真空预压的方式，当时的效果比较明显，但在运营了两年后路基出现不同程度的纵裂，多次进行维修，但还存在隐患。针对此段真空预压与其他成功的真空预压相比，提出一点建议与各位专家共同探讨。
中图分类号：U213.1 文献标识码：A 文章编号：
1、工程概况
某高速公路是珠江三角洲高速公路网的重要组成部分，全长86.837km，2002年4月建成通车。 因近期生成的陆域软土，使得整条线路分布有大范围的超软弱地基，共计35.3km软基段，约占全路段40.7%。 K73+048～K75+048（设计桩号K22+500～K24+500）附近原为鱼塘密集区，处于深厚软土段，淤泥层深达15～20m，路堤高度3～10m，坡度1：1.5，该路段建设期采用真空联合堆载预压法进行软基处理，经处理后该段已发生了约2m的沉降量，土体力学性质得到了一定的提高。填土超过8m的采取P式真空预压，未超过8m的采取了Q式真空预压方式（如下图）。
在运营通车2年后，该段路面出现了较长的纵向连续裂缝，2007年开裂程度加重，2008年、2009年、2010年分别进行了处治，但裂缝依然反射到铣刨重铺过的路面，虽然经过多次修补，路面裂缝仍继续有发展趋势，对公路运营安全不利。
2、病害发展情况及现状
2.1 病害产生及发展情况
2.1.12004年该路段路面开裂及处治概况
2002年4月28日建成通车。经过两年多的使用后，部分软基段路面已有多条纵向裂缝， 2004年对路面裂缝进行处治，并进行了路面罩面加铺。其中K74+563～K74+613路段左幅路面开裂的处治方案为：裂缝处理及路面加铺。对于纵向裂缝，裂缝压浆，深度为穿透底基层；压浆完成后加铺4cm上面层（AK-13B）+6cm中面层（AC-20I）。经裂缝注浆封闭及路面加铺处理，该路段路面开裂病害得到了一定程度的延缓，但未能从根本上解决问题。
2.1.22008年该路段路面开裂及处治概况
2008年4月底，在K73+748附近路堤边坡在波形护栏位置存在较大的裂缝，其土路肩裂缝基本分布在土路肩边缘。针对上述情况，当时采取的主要处治措施为钢花管注浆，包括边坡注浆及路面注浆。
2.1.32010年该路段路面开裂及处治概况
2010年对K74+385～K74+625段路面裂缝进行处治，并进行了路面罩面加铺。此路段路面开裂的处治方案为：两排（局部三排）预应力管桩+钢花管压浆+仰斜排水孔、裂缝处理及路面加铺。
2.2病害现状
为了解病害情况，查明病害原因，对开裂较为严重的K73+200～K74+665路段进行了现场详细踏勘及皮尺简易测量。在2012年4月份的踏勘中发现，K73+820～K74+665段路面的开裂情况较为严重。裂缝主要分布在主车道以及主超车道分界线处、硬路肩。
处治措施：开裂严重路段采用预应力管桩+钢管注浆加固，具体为硬路肩、主车道、超车道采用预应力管桩，边坡采用钢管注浆加固。
3、病害原因分析
根据上述裂缝产生和发展情况、相邻路段病害情况对比、地质钻探结果和软土路堤稳定性理论分析，经分析总结，认为引起K73+820～K74+665 段路面纵向开裂的原因有如下几个方面。
3.1差异沉降
K73+200～K74+665段路段的软土厚度较大（大于10m），并且坡脚两侧的软土比路基中部软土要厚2～3m，含水率比路基中部软土的含水率标准值高23%，湿密度小0.07g/cm3，孔隙比大0.346，粘聚力（固结快剪）低3.8kPa，内摩擦角低1.5º，有机质含量高0.9%。软土路堤两侧与中部软土物理力学性能指标存在较大差异，从而造成该路段路基产生较大的差异沉降。
3.2鱼塘抽放水
K73+200～K74+665路段附近鱼塘密布，路堤两侧鱼塘的清塘及抽放水，造成坡脚地基土的侧向压力减小。在路堤两侧开挖鱼塘及抽水，相当于减小坡脚反压荷载，导致软土路基的软土向鱼塘产生蠕变变形。此外，鱼塘放水后会导致软土路堤处的地下水位产生下降，从而使填土路堤产生附加沉降。
3.3车辆荷载
路堤中部超车道主要车辆为载重较小的轿车，路堤两侧主车道的车辆多为载重较大的卡
车或客车，长期的不均匀荷载作用，增大了路堤的差异沉降。随着广东省经济建设的迅速发
展，交通量呈增长的趋向，交通量的增长将使得路面的开裂病害更为严重。
3.4 工艺简单化
在原图纸设计中，填土没有超过8m的路基中，设计有土工格栅三道，而在变更为真空预压时取消了原设计中土工织物，超过8m填土中还保留三道土工格栅，此外超8m的路段外有反压护道。两种路段对比明显，超8m没有取消土工格栅的路段基本没有出现纵向大裂纹，二取消土工格栅的又没有反压护道的路段出现裂纹大、又有错台，其实真空预压上的真空膜对土地整体性改变不大。
综上所述，该段软土次固结沉降（20～30年左右）未完成，且中部与两侧软土性质存在差异。在旱季鱼塘清塘、雨季雨水渗入等不利因素作用下，该段路面不均匀沉降、软土侧向蠕变及路基土的侧向变形始终存在，故每年都反复开裂。
4、根据此事例，为此我们有必要对真空预压及其适用范围予以重新的认识。
4.1真空预压的加固地基的原理
真空预压法加固软土地基的机理是通过抽真空以降低土体中空隙水压力，使土体的有效应力得以增加。在抽真空过程中密封膜内形成真空度（压力差），真空度在土体中扩散，土体中的水和气体在真空压力下向排水通道渗流，渗流由近及远，直到渗流阻力等于真空度。这种由近及远的渗流范围决定了真空预压的影响范围，在真空预压的渗流范围内，周围的土体产生沉降和向预压中心的侧向位移，真空预压对附近的地形、地貌、结构物都会有一定的影响。该法适用于含水量高、孔隙比大、强度低、渗透系数和固结系数均较小的黏土。鉴于真空预压法施工对周围环境的影响比较大，在一些情况下甚至有可能造成不良后果，因此，在设计和施工中有必要考虑这种影响，根据多想工程的调查研究，真空预压地基加固影响范围可以达到20～35m（以沉降小于5cm为准），其影响力由近及远减弱，在影响范围内要设置防护措施，以隔断真空度的横向扩散。
4.2对工程地质勘探方面的体会
通过此次工程，我们充分体会到工程地质的重要性，对工程地质情况的掌握与否有时直接关系到工程的成败和成本。因此，在施工前有必要对重点部分进行祥勘，弥补信息上不足。本路段处于海湾的滩涂上，周围的地貌也可看出地质变化较大，这样的地段未引起足够重视，在施工时引起变更较大，也影响了进度。
4.3真空预压适用条件的认识
在制定真空联合堆载加固软基预压的方案出台之前，必须查明场区的工程地质条件、水文地质条件和周边的建筑物、设施。防渗帷幕可采用水泥搅拌桩和净泥浆搅拌桩形成连续墙的形式，其作用机理稍有不同。水泥搅拌桩是通过水泥与透水层的沙等胶结形成整天，以降低其渗透系数，达到其防渗效果。而泥浆搅拌桩是通过泥浆对透水层中空隙的杜塞，减少其渗透的通道，从而减少渗透系数，以达到防渗效果。而水泥搅拌桩防渗效果明显好于泥浆搅拌桩。
4.4对路段出现的大纵向裂缝处理看法
此路段由于征地原因导致工期紧张，所以采取了真空预压方法，最后效果不理想，其基础采取了袋装沙井排水固结淤泥，袋装沙井对提高总体的抗滑作用不明显，滑动面得不到有效控制，在后期的营运中存在隐患，若果出现裂缝不及时处理时间长的话可能会出现滑动、失稳，那就会浪费大量资金。因此，我们认为在条件许可的情况下，对此类问题应尽可能采取GFC或者旋喷桩等方法在施工时进行加固，通过水泥或者其他胶体材料改善淤泥及淤泥质土的物理、化学性质，提高土体强度和承载力，而一根根水泥土桩又像一根根锚把土层连为一个整体，使其抗滑效果大大提高。或者在路基填筑过程中增加土工织物，征地允许情况下反压护道也能改变纵裂的程度与速度。
5、结束语
真空预压作为近年来在高速公路上引用的新技术，已经体现出其独到的优势，土体固结速度快，能在一定范围内消除路基滑塌失稳的危险，能有效缩短工期，在几种快速加固软基中价格相对便宜，从而得到推广。
真空联合堆载预压又是一门技术复杂的工艺，在经过10多年的施工中，有经验与教训，所以这项工艺在施工前一定要做好考察研究，做好切实可行的方案，与其他软基处理方法结合使用，保证达到真空联合堆载预压的预期效果。