真空预压软基处理技术在江苏省沿海水利工程中的应用

张海学 吴昌新 周凤扬 陶 娟

真空预压软基处理技术在江苏省沿海水利工程中的应用

张海学1吴昌新2周凤扬2陶 娟2

一、工程概况

由于《江苏省连云港东部滨海新区发展战略规划》及海滨新区建设的实施，改变了原来的海堤岸线及排水设施，原海堤上6座挡潮闸将失去作用。为确保原排水区域和海滨新区的排涝，于新建海堤上兴建新城闸、开泰闸及西墅闸3座挡潮闸，是江苏省首批围海造地后在新海堤上建设的工程，由于建闸时新海堤尚未完全建成，闸塘还处于海水中，基本上是在海中建闸，没有先例可以借鉴，工程建设环境十分恶劣。地面以下10m左右为海淤土，承载力极低，施工人员和设备很难进入现场施工，必须先对闸塘淤泥质软基进行处理，提高地基固结度和承载力，为主体工程设计、施工创造有利条件。下面以西墅闸工程建设情况为例，介绍真空预压软基处理技术的应用。

西墅闸位于连云港市连云新区围海形成的滩地上，西墅闸排涝设计标准为20年一遇，相应设计流量232m3/s，闸孔总净宽2m×10m。工程等别为Ⅱ等，闸室等主要建筑物级别为1级，次要建筑物级别为3级。

二、工程地质条件

西墅闸闸址处海滩淤泥厚度在10m左右，含水量高、孔隙比大、高压缩性，力学强度低，为不良工程地质层等特征，承载力特征值仅0～30kPa。

三、真空预压原理及设计

1.真空预压原理

真空预压软基处理技术原理是土体在大气压力作用下的排水固结过程。如果把预压范围内的淤泥比喻成“豆腐脑”，真空预压就是采取一定工程措施，利用大气压力把“豆腐脑”挤压为“豆腐”再到“豆腐干”的过程。

2.真空预压设计

（1）工程设计

西墅闸真空预压实际面积约14632m2，塑料排水板采用SPBⅡ－Ⅱ型，间距为1.0m、1.5m，正方形布置，排水板底面高程为-9.50m。从原泥面向上依次铺设编织布一层、竹架一层、再铺设编织布一层、回填50cm厚中粗砂、铺设密封膜2层、最后再铺设350g/m2土工布一层。50cm厚中粗砂内埋设主次滤管通过出膜器及吸水管与真空泵连接。布设15台真空射流泵，每台控制约975m2，真空泵与膜下管路连接段设截止阀和止回阀，预压场地四周围布设密封沟。工程设计详见图1。

图1 真空预压软基处理设计断面图

（2）真空预压运行

抽真空7～10天时，膜下真空度应达到80kPa以上；抽真空期间，真空泵的开启数量不小于总数的80%，膜上覆盖水深不小于1.0m；地基土固结度达到75%时，可以停止抽真空，抽真空约150天；施工结束后相关指标应达到以下要求：固结度达75%；承载力达80 kPa（极限承载力160kPa）。

（3）检测试验要求

需进行以下检测及检验：①沉降观测，观测点布置不少于12点；②膜下真空压力监测，观测点布置不少于10点；③加固前后钻孔取样试验和十字板剪切试验，试验点不少于5点；④荷载板试验不少于3点；⑤检测项目要均匀布置；⑥加固前钻孔取土和加固前十字板试验须在塑料排水板施工前进行；⑦加固后钻孔取土和加固后十字板试验须在真空预压卸载后进行。

四、施工工艺流程

施工准备→测量放样→搭设浮桥→铺一层编织布→铺设一层竹架→铺一层编织布→铺设中粗砂垫层厚50cm→搭设排水板→铺设水平滤水管、安装监测设备等→铺设两层密封膜及密封沟施工→铺设350g/m2土工布一层→安装真空泵、观测设备等→抽真空至80kPa以上、保持恒载（约150天）→监测及分析评估→停泵卸载→加固效果检测评估。

图2 观测点表面沉降时间曲线图

图3 S1孔十字板剪切试验结果

图4 S1101孔十字板剪切试验结果

五、监测、试验数据分析评价

跟踪监测以下内容：表面沉降，观测点12个；膜下真空度，观测点10个；深层分层沉降，观测点3组；孔隙水压力，观测点3组；地下水位孔，观测点3个。

2010年11月24日开始试抽真空，2011年3月30号开始对场地二区进行连续监测，17天沉降速率保持在3mm以下，其中2011年4月4日～15日，11天沉降速率保持在2mm以下，沉降速率已经基本稳定，满足卸载条件并卸载。

1.表面沉降：12个观测点记为CJ1、CJ2、CJ3、…CJ11，CJ12。卸载后，最大沉降量达1489mm，最小沉降量达983mm，平均沉降量达1283mm，沉降效果明显。从图2可以看出后期沉降速率已经明显减小。

2.膜下真空度：2010年11月24开始抽真空，2010年12月5日起膜下真空度稳定在80kPa以上，满足设计要求（膜下真空度观测数据表略）。

3.分层沉降：初始阶段分层沉降迅速，后期沉降速率明显变慢。在深1m处的分层沉降环测量值最大达808mm，在3m处的分层沉降环测量值最大达433mm，其他层土体的沉降效果也较明显，土体的沉降主要集中在7m范围以内（分层沉降观测数据表略）。

4.孔隙水压力：共布置3组，分别为编号 06543、编号 06547、编号06574，分别在孔口以下4.0m、7.0m、10.0m的位置安设传感器，观测数据显示孔隙水压力变化很小，变化速率缓慢，主要原因是由于海边地下水丰富且下卧层有近1m后的透水层。(孔隙水压力观测数据表略)。

5.水位：水位从观测数据来看变化不大（略）。

6.固结度计算

采用指数曲线配合法计算出的固结度为U=0.874；由经验双曲线法计算固结度为U=0.837。均大于80%，满足设计要求。

7.试验成果分析

（1）静载荷板试验：按设计承载力80kPa要求，最大加荷极限为160kPa，现场共做三组，试验结果见表1。

表1 明置基础竖向振动的b1b2b3b4

加固后的地基承载力为144kPa/2=72kPa，达设计要求的90%。未达设计要求主要原因是空隙水压力消减缓慢造成。

（2）十字板剪切试验

①加固前试验三点，图3为S1点试验结果，S2、S3点与S1点试验结果基本一致（图略）。

②加固后试验三点，图4为S1101点试验结果，S1102、S1103点与S1101点试验结果基本一致（图略）。

由固结前后试验结果对比可以看出，经过真空预压处里，土体抗剪强度得到了显著提高。

（3）土工试验

加固前后土样室内常规试验数据表明各项力学性能指标和物理性指标都得到明显改善（试验数据对比表略）。

8.监测、试验结果评价

西墅闸真空预压施工从2010年11 月24号开始抽真空至2011年4月15日，抽真空预压144天，最大沉降量达1489mm，最小沉降量达983mm，平均沉降达1283mm，沉降效果明显。计算固结度大于80%，满足设计要求；相关试验表明地基承载力基本满足设计要求；土体力学性指标、物理性指标等得到明显改善，基本达到了预期的效果。

六、结语

西墅闸采用真空预压软基处理技术有效的加固了闸塘海淤土地基，为主体工程设计、施工创造了有利条件。真空预压软基处理技术在交通、工民建等行业应用较早，设计思路科学、施工工艺成熟可靠。经测算该工程每平方米综合单价只有122.91元（2010年上半年投标价），经济适用。真空预压软基处理技术在西墅闸的成功应用为类似工程，特别是江苏省沿海开发水利工程建设，提供了良好的借鉴经验■

（作者单位：1.江苏淮源工程建设监理有限公司 223001 2.淮安市水利勘测设计研究院有限公司 223001）