真空预压工艺处理超软基冬季施工

2010-08-13任燚米东强苑放

中国港湾建设 2010年6期

任燚，米东强，苑放

（1.天津临港工业区建设开发有限责任公司，天津 300452；2.华北水利水电工程集团有限公司，天津 300452）

0 引言

天津港围海造陆工程一般采用真空预压法加固软土地基[1]，该方法在天津港的多年工程应用中积累了经验，取得了较好的效果。但是近年，随着工程量的增大，冬季施工工期也逐步增长，天津沿海地区冬季最高风力可达11级，最低气温-5～-15℃左右，并伴随积雪严重。

本文对天津地区超软基真空预压工艺冬季施工的优劣势进行了分析，并提出冬季施工危害的防治措施，可为该地区类似工程冬季施工提供参考。

1 天津地区超软基真空预压冬季施工优劣势分析

1.1 天津地区常用真空预压工艺

目前天津地区所采用的真空预压工艺大致分为3种，即：黄砂垫层法、黑砂垫层二次处理法、无砂二次处理法。各工艺施工流程及各工序常用操作方法如图1～图3所示。

1.2 优势

3种常用工艺均涉及大量的土工织物、荆芭、砂料的铺设、填筑施工，在超软基上一般需单独修建施工通道，且施工通道的质量直接影响施工进度及成本投入。

图1 黄砂垫层法

图2 黑砂垫层二次处理法

图3 无砂二次处理法

天津地区的冬季低温会将表层土体冻结，形成冻土层，一般情况下可以承载人员荷载，为人工施工形成天然通道，且强度高、覆盖面广，可以大幅提高施工进度；同时由于土层的冻结，土体表面等同干场地，也利于土工织物的展铺，减少褶皱，从而可在相同投入下得到较高的施工进度和较低的成本投入。

这一潜在优势在临港工业区真空预压某工程施工中得到了充分的证实，在同样条件下采取冬季铺设施工的标段施工进度和成本节约显示出明显的优势。

1.3 劣势

1）低温、大风影响砂垫层的施工。天津地区真空预压所用砂料几乎全部依赖海上运输，海水的含盐率一般在3.5%左右，冰点一般为-2℃左右，在低于海水冰点的气温下沿海开始出现浮冰，影响砂料的运输；且冬季海上大风频发，船只砂料供应不足影响施工进度。同时由于吹填黑砂施工为利用海水水利冲填施工，在低于海水冰点以下施工时，黑砂未及充分淋水就已结冰，且尾水在汇流过程中也不停地结冰留滞，造成冬季施工黑砂垫层含水率超高且混乱夹杂冰层，严重影响黑砂垫层的均匀度，一般在来年冰融后均高低不平、薄厚不均，甚至不能满足施工质量要求。

2）低温引起土体冻结降低排水板打设施工效率。受冬季低温影响天津地区冬天的最大冻土深度可达0.5 m左右，根据施工现场统计，在冻土深度超过0.3 m时，排水板打设过程中发生回带现象的几率达到50%左右。发生回带的主要原因为：在桩杆下插夹持嘴与冻土层接触的瞬间，冻土层将夹持嘴外露的排水板撞断，造成夹持嘴在设计深度放开时，排水板无法被土体所压制进而随桩杆的提升而返回造成回带。

3）低温冻结砂层影响滤管埋设作业。由于砂层本身含水，加之排水板打设后底层超静孔隙水压力的排除，致使砂垫层几乎处于饱和状态，低温引起砂层冻结，在冻结情况下人工开挖砂沟困难，更无法保证回填砂料不含冻土块。极易造成砂层空洞，致使密封膜被抽破，造成抽真空效果下降。

4）低温冻结滤管及排水板影响抽真空效果。天津地区最大冻土深度可达0.5 m左右。如无覆水，砂垫层几乎全部被冻透，其中所埋设滤管、排水板也大部分处于受冻区域。虽然在抽真空过程中随着4℃左右的地下水的流出可补充一部分热量避免砂层的冻结，但一旦发生故障停抽或在抽真空末期出水量很小的情况下，砂垫层中的滤管及排水板极易被冻结，造成抽真空膜下压力呈现虚高、出水很小、土体得到改善很慢的状态，从而影响抽真空的施工质量。

5）大风损坏密封膜。受冬季低温的影响，密封膜的韧性明显降低，密封膜表面的小块薄冰层极易在大风作用下反复起落，将密封膜砸破、划破，形成密封膜孔洞继而逐步演化为鼓包并被大风吹破、剥离，造成密封膜的大面积损坏，致使大范围漏气，真空系统瘫痪。

2 危害的预防措施

1）尽量避免安排在冬季进行吹填黑砂作业。对于冬季吹填黑砂作业时，黑砂淋水不充分、尾水结冰现象，目前尚无较好的策略，建议尽量避免冬季进行该项工艺施工。如必须采用该项工艺冬季施工时，可考虑单独制备水利冲填用水，并循环使用，采用添加食盐调整水冰点的方法制备。

2）改进桩机排水板夹持嘴，提高施工效率。目前排水板打设桩机通常采用的夹持嘴及排水板夹持方式如图4所示。

由于夹持销凸出，与冻土碰撞时极易将排水板瞬间夹断，引起回带。所以建议采用改进的装置，见图5。

图4 常用排水板打设桩机

图5 改进的排水板打设桩机

3）避免冬季滤管埋设作业。应尽量避免安排在冬季低温期进行滤管埋设作业，必须进行冬季施工时，应选择干砂换填砂沟。

4）保温、防冻保证抽真空效果。抽真空冬季施工时应尽量保证试抽期处于无冰期，且设计方案中应采用3层密封膜加1层土工布保护层的密封系统设计，保证进入正式计时后密封系统处于稳定工作状态。且应在结冻之前完成覆水工作，覆水深度最小不少于40 cm，依靠覆水的表面结冰层阻止热量向大气的传导，保证冰层下水体温度高于冰点，从而避免滤管、排水板、砂层冻结。表面高差较大难以覆水的区域可采用草帘覆盖保温，但面积不宜过大。

5）覆水或联合堆载保护密封膜。保证覆水达到一定深度或采用吹填黑砂联合堆载，保证密封膜处于保护状态，避免大风破坏。