直排式真空预压法在天津南港地区的应用
2014-11-07李晓辉何冯斌
李晓辉++何冯斌
摘 要：同传统的真空预压法相比，直排式真空预压法地基处理技术省去了传统方法中的作为排水通道的中粗砂、粉细砂等资源，通过在天津南港地区具体项目中应用实例的分析证明，该方法加固效果明显优于传统真空预压法，并且在缩减工期的同时也减少了投入成本。
关键词：直排式真空预压法 排水通道 资源 工期 成本
中图分类号：TU11 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）07（a）-0059-02
真空预压法作为沿海港口地区加固处理流塑状淤泥和淤泥质土的一种常规软基加固方法，在天津滨海新区已经使用了二三十年的时间。
传统的真空预压工艺一般来说是先在欲加固的软土地基上铺设一定厚度的中粗砂垫层（天津地区主要为黄砂），并按一定间距打设塑料排水板或袋装砂井（即垂直排水通道）后，在砂垫层中布设排水管道，然后将不透气的薄膜铺设在砂垫层上。砂垫层在真空预压中主要起水平向排水和传递真空度的双重作用，但是这种方式铺设的砂垫层在真空度传递过程中易产生较大的阻力，而影响真空度的传递效率。另外，目前全国沿海吹填造地的面积很大，对砂资源的需求量和需求强度都很大。而现有的砂资源是有限的，政府从国土资源和环保的宏观角度需对海砂、河砂的开采在进行调控。目前吹填造地和地基处理所需的砂资源处于严重的供求不平衡状态，势必造成一些地基处理项目停工等砂或无法进行。因此，必须对地基处理的方法进行创新，少用或不用砂。
直排式真空预压法加固软土地基用造价低的吹填粉细砂（黑砂）取代黄砂，取消了水平排水砂垫层，把土体中的竖向排水通道（即塑料排水板）与水平排水通道（即排水滤管）直接相连，使真空度更直接地传入到塑料排水板内，以获得较高水平的真空度，由于节省电力能耗和中粗砂资源，故而降低了工程造价。
1 工程实例
本实例选自天津南港工业区某地基处理项目，该项目地基处理面积较大，故将其细分为若干个小区，该文选取其中一个小区进行分析对比。该小区面积为28000 m2，区域范围内自上而下20 m内为淤泥及淤泥质粉质粘土，采取直排式真空预压进行地基处理，针对软基吹填形成的时间短、压缩性大、表层强度极低等特点，首先对吹填土进行浅层处理，施工流程是先铺一层编织布，再铺一层土工布，人工打设排水板（间距0.8 m），排水板与滤管连接，铺设土工合成材料和密封膜，进行浅层抽真空。待浅层抽水估计完成后，此时表层土质已具备塑料排水板打设设备进场条件，再进行深层直排式真空预压地基处理施工。
2 设计技术要求
深层处理的排水板间距0.8 m，正方形布置，底标高-12.0 m，膜下真空度不小于80 kPa，抽真空有效时间约100 d。卸载时要求按实测沉降曲线推算的固结度大于85%，连续7 d地表实测沉降速率不大于2.5 mm/d。
3 主要施工程序及要求
3.1 浅层处理
①在原泥面上依次铺设1层编织布（150 g/m2）、3层荆笆（或其它工作垫层）、1层土工布。②人工打设塑料排水板（平面间距加密至0.6 m，深度2.0～4.0 m）。③铺设滤管、排水板与滤管连接。④铺设土工合成材料（1层土工布、1层编织布）、2层密封膜；⑤安装射流泵，连接抽真空设备，试抽气、检查，真空泵分三批开启，每批各为1/3，间隔5 d。然后正式抽气，实施浅层抽真空的时间约45 d。
3.2 深层处理
①揭去浅层密封膜，铺设1层土工布。②机械打设塑料排水板。③埋设监测仪器。④铺设滤管、排水板与滤管连接。⑤挖密封压膜沟，区内铺设1层三维土工网、1层土工布、1层编织布、2～3层密封膜；⑥安装射流泵，连接抽真空设备，试抽气、检查，真空泵分三批开启，每批各为1/3，间隔5 d。然后正式抽气，时间约90 d。⑦卸载及加固效果检验：满足卸载标准后停止抽气，进行加固效果检验。
4 加固效果分析
4.1 地基土的沉降量分析
本实验区插板期间沉降507 mm，抽真空期间沉降1290 mm累计沉降1797 mm，根据南港地区相邻区域历史经验对比，此沉降较大，效果较为明显。
4.2 固结度及沉降速率分析
卸载后，根据沉降观测资料推算得到的固结度达到了93%，且连续七天沉降速率达到0.7 mm/d，均满足设计要求的卸载标准。
4.3 土层物理力学性质指标变化
在真空预压加固前进行了原状取土孔、十字板试验孔；加固后又进行了原状取土孔、十字板试验孔。根据真空预压加固前后钻孔揭露的地层情况和室内土工试验结果，分别对原状取土孔各土层的物理力学指标进行了统计。
加固前后主要土层的物理力学指标统计平均值的对比情况见表1。
从表1可以看出：真空预压预压加固处理后，该实验区第3.0～4.0 m、7.0～8.0 m和11.0～12.0 m淤泥的含水量W、孔隙比e、液性指数IL、压缩系数a1-2等指标均变小；而干密度、湿密度等指标有所增大，说明其压缩性降低，而土体强度增加，土质已经得到明显改善。
4.4 十字板强度值变化
该区域真空预压加固前后土层的原位十字板剪切试验变化曲线见图1。
从曲线可以看出，同一高程处的土体经直排式真空预压处理后，土体的十字板强度值有了较大幅度的增长。这说明，新技术方案能够使土体的强度得到很大程度的改善，从而取得了较好的效果。
4.5 工期与费用对比
根据该项目与邻近相同工程地质条件项目的工期与费用进行对比后的结果分析，在满足相同的卸载条件下，采用直排式真空预压法比传统的真空预压法工期缩短10～15 d，每平米节约费用5～7元，这对于天津滨海新区正在进行的大面积软基处理将有很大的经济价值。
5 结语
通过对上述应用实例的分析表明，直排式真空预压地基处理技术省去了传统方法中的作为排水通道的中粗砂、粉细砂等资源，利用场区资源即可解决施工问题，并且加固效果明显，同传统的真空预压法相比，不但缩短了施工工期，而且减少了投入成本，具有明显的经济效益。
参考文献
[1] 胡珩.真空预压法加固机理和加固效果试验研究[D].南京：河海大学，2007.
[2] 谭再坤，王东方.真空预压软基加固新工艺应用探讨[J].港工技术，2009（1）.
[3] 中交第一航务工程勘察设计院有限公司.直排式真空预压法加固软土地基结构：中国，200820075002[P]，2008-12-17.endprint
摘 要：同传统的真空预压法相比，直排式真空预压法地基处理技术省去了传统方法中的作为排水通道的中粗砂、粉细砂等资源，通过在天津南港地区具体项目中应用实例的分析证明，该方法加固效果明显优于传统真空预压法，并且在缩减工期的同时也减少了投入成本。
关键词：直排式真空预压法 排水通道 资源 工期 成本
中图分类号：TU11 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）07（a）-0059-02
真空预压法作为沿海港口地区加固处理流塑状淤泥和淤泥质土的一种常规软基加固方法，在天津滨海新区已经使用了二三十年的时间。
传统的真空预压工艺一般来说是先在欲加固的软土地基上铺设一定厚度的中粗砂垫层（天津地区主要为黄砂），并按一定间距打设塑料排水板或袋装砂井（即垂直排水通道）后，在砂垫层中布设排水管道，然后将不透气的薄膜铺设在砂垫层上。砂垫层在真空预压中主要起水平向排水和传递真空度的双重作用，但是这种方式铺设的砂垫层在真空度传递过程中易产生较大的阻力，而影响真空度的传递效率。另外，目前全国沿海吹填造地的面积很大，对砂资源的需求量和需求强度都很大。而现有的砂资源是有限的，政府从国土资源和环保的宏观角度需对海砂、河砂的开采在进行调控。目前吹填造地和地基处理所需的砂资源处于严重的供求不平衡状态，势必造成一些地基处理项目停工等砂或无法进行。因此，必须对地基处理的方法进行创新，少用或不用砂。
直排式真空预压法加固软土地基用造价低的吹填粉细砂（黑砂）取代黄砂，取消了水平排水砂垫层，把土体中的竖向排水通道（即塑料排水板）与水平排水通道（即排水滤管）直接相连，使真空度更直接地传入到塑料排水板内，以获得较高水平的真空度，由于节省电力能耗和中粗砂资源，故而降低了工程造价。
1 工程实例
本实例选自天津南港工业区某地基处理项目，该项目地基处理面积较大，故将其细分为若干个小区，该文选取其中一个小区进行分析对比。该小区面积为28000 m2，区域范围内自上而下20 m内为淤泥及淤泥质粉质粘土，采取直排式真空预压进行地基处理，针对软基吹填形成的时间短、压缩性大、表层强度极低等特点，首先对吹填土进行浅层处理，施工流程是先铺一层编织布，再铺一层土工布，人工打设排水板（间距0.8 m），排水板与滤管连接，铺设土工合成材料和密封膜，进行浅层抽真空。待浅层抽水估计完成后，此时表层土质已具备塑料排水板打设设备进场条件，再进行深层直排式真空预压地基处理施工。
2 设计技术要求
深层处理的排水板间距0.8 m，正方形布置，底标高-12.0 m，膜下真空度不小于80 kPa，抽真空有效时间约100 d。卸载时要求按实测沉降曲线推算的固结度大于85%，连续7 d地表实测沉降速率不大于2.5 mm/d。
3 主要施工程序及要求
3.1 浅层处理
①在原泥面上依次铺设1层编织布（150 g/m2）、3层荆笆（或其它工作垫层）、1层土工布。②人工打设塑料排水板（平面间距加密至0.6 m，深度2.0～4.0 m）。③铺设滤管、排水板与滤管连接。④铺设土工合成材料（1层土工布、1层编织布）、2层密封膜；⑤安装射流泵，连接抽真空设备，试抽气、检查，真空泵分三批开启，每批各为1/3，间隔5 d。然后正式抽气，实施浅层抽真空的时间约45 d。
3.2 深层处理
①揭去浅层密封膜，铺设1层土工布。②机械打设塑料排水板。③埋设监测仪器。④铺设滤管、排水板与滤管连接。⑤挖密封压膜沟，区内铺设1层三维土工网、1层土工布、1层编织布、2～3层密封膜；⑥安装射流泵，连接抽真空设备，试抽气、检查，真空泵分三批开启，每批各为1/3，间隔5 d。然后正式抽气，时间约90 d。⑦卸载及加固效果检验：满足卸载标准后停止抽气，进行加固效果检验。
4 加固效果分析
4.1 地基土的沉降量分析
本实验区插板期间沉降507 mm，抽真空期间沉降1290 mm累计沉降1797 mm，根据南港地区相邻区域历史经验对比，此沉降较大，效果较为明显。
4.2 固结度及沉降速率分析
卸载后，根据沉降观测资料推算得到的固结度达到了93%，且连续七天沉降速率达到0.7 mm/d，均满足设计要求的卸载标准。
4.3 土层物理力学性质指标变化
在真空预压加固前进行了原状取土孔、十字板试验孔；加固后又进行了原状取土孔、十字板试验孔。根据真空预压加固前后钻孔揭露的地层情况和室内土工试验结果，分别对原状取土孔各土层的物理力学指标进行了统计。
加固前后主要土层的物理力学指标统计平均值的对比情况见表1。
从表1可以看出：真空预压预压加固处理后，该实验区第3.0～4.0 m、7.0～8.0 m和11.0～12.0 m淤泥的含水量W、孔隙比e、液性指数IL、压缩系数a1-2等指标均变小；而干密度、湿密度等指标有所增大，说明其压缩性降低，而土体强度增加，土质已经得到明显改善。
4.4 十字板强度值变化
该区域真空预压加固前后土层的原位十字板剪切试验变化曲线见图1。
从曲线可以看出，同一高程处的土体经直排式真空预压处理后，土体的十字板强度值有了较大幅度的增长。这说明，新技术方案能够使土体的强度得到很大程度的改善，从而取得了较好的效果。
4.5 工期与费用对比
根据该项目与邻近相同工程地质条件项目的工期与费用进行对比后的结果分析，在满足相同的卸载条件下，采用直排式真空预压法比传统的真空预压法工期缩短10～15 d，每平米节约费用5～7元，这对于天津滨海新区正在进行的大面积软基处理将有很大的经济价值。
5 结语
通过对上述应用实例的分析表明，直排式真空预压地基处理技术省去了传统方法中的作为排水通道的中粗砂、粉细砂等资源，利用场区资源即可解决施工问题，并且加固效果明显，同传统的真空预压法相比，不但缩短了施工工期，而且减少了投入成本，具有明显的经济效益。
参考文献
[1] 胡珩.真空预压法加固机理和加固效果试验研究[D].南京：河海大学，2007.
[2] 谭再坤，王东方.真空预压软基加固新工艺应用探讨[J].港工技术，2009（1）.
[3] 中交第一航务工程勘察设计院有限公司.直排式真空预压法加固软土地基结构：中国，200820075002[P]，2008-12-17.endprint
摘 要：同传统的真空预压法相比，直排式真空预压法地基处理技术省去了传统方法中的作为排水通道的中粗砂、粉细砂等资源，通过在天津南港地区具体项目中应用实例的分析证明，该方法加固效果明显优于传统真空预压法，并且在缩减工期的同时也减少了投入成本。
关键词：直排式真空预压法 排水通道 资源 工期 成本
中图分类号：TU11 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）07（a）-0059-02
真空预压法作为沿海港口地区加固处理流塑状淤泥和淤泥质土的一种常规软基加固方法，在天津滨海新区已经使用了二三十年的时间。
传统的真空预压工艺一般来说是先在欲加固的软土地基上铺设一定厚度的中粗砂垫层（天津地区主要为黄砂），并按一定间距打设塑料排水板或袋装砂井（即垂直排水通道）后，在砂垫层中布设排水管道，然后将不透气的薄膜铺设在砂垫层上。砂垫层在真空预压中主要起水平向排水和传递真空度的双重作用，但是这种方式铺设的砂垫层在真空度传递过程中易产生较大的阻力，而影响真空度的传递效率。另外，目前全国沿海吹填造地的面积很大，对砂资源的需求量和需求强度都很大。而现有的砂资源是有限的，政府从国土资源和环保的宏观角度需对海砂、河砂的开采在进行调控。目前吹填造地和地基处理所需的砂资源处于严重的供求不平衡状态，势必造成一些地基处理项目停工等砂或无法进行。因此，必须对地基处理的方法进行创新，少用或不用砂。
直排式真空预压法加固软土地基用造价低的吹填粉细砂（黑砂）取代黄砂，取消了水平排水砂垫层，把土体中的竖向排水通道（即塑料排水板）与水平排水通道（即排水滤管）直接相连，使真空度更直接地传入到塑料排水板内，以获得较高水平的真空度，由于节省电力能耗和中粗砂资源，故而降低了工程造价。
1 工程实例
本实例选自天津南港工业区某地基处理项目，该项目地基处理面积较大，故将其细分为若干个小区，该文选取其中一个小区进行分析对比。该小区面积为28000 m2，区域范围内自上而下20 m内为淤泥及淤泥质粉质粘土，采取直排式真空预压进行地基处理，针对软基吹填形成的时间短、压缩性大、表层强度极低等特点，首先对吹填土进行浅层处理，施工流程是先铺一层编织布，再铺一层土工布，人工打设排水板（间距0.8 m），排水板与滤管连接，铺设土工合成材料和密封膜，进行浅层抽真空。待浅层抽水估计完成后，此时表层土质已具备塑料排水板打设设备进场条件，再进行深层直排式真空预压地基处理施工。
2 设计技术要求
深层处理的排水板间距0.8 m，正方形布置，底标高-12.0 m，膜下真空度不小于80 kPa，抽真空有效时间约100 d。卸载时要求按实测沉降曲线推算的固结度大于85%，连续7 d地表实测沉降速率不大于2.5 mm/d。
3 主要施工程序及要求
3.1 浅层处理
①在原泥面上依次铺设1层编织布（150 g/m2）、3层荆笆（或其它工作垫层）、1层土工布。②人工打设塑料排水板（平面间距加密至0.6 m，深度2.0～4.0 m）。③铺设滤管、排水板与滤管连接。④铺设土工合成材料（1层土工布、1层编织布）、2层密封膜；⑤安装射流泵，连接抽真空设备，试抽气、检查，真空泵分三批开启，每批各为1/3，间隔5 d。然后正式抽气，实施浅层抽真空的时间约45 d。
3.2 深层处理
①揭去浅层密封膜，铺设1层土工布。②机械打设塑料排水板。③埋设监测仪器。④铺设滤管、排水板与滤管连接。⑤挖密封压膜沟，区内铺设1层三维土工网、1层土工布、1层编织布、2～3层密封膜；⑥安装射流泵，连接抽真空设备，试抽气、检查，真空泵分三批开启，每批各为1/3，间隔5 d。然后正式抽气，时间约90 d。⑦卸载及加固效果检验：满足卸载标准后停止抽气，进行加固效果检验。
4 加固效果分析
4.1 地基土的沉降量分析
本实验区插板期间沉降507 mm，抽真空期间沉降1290 mm累计沉降1797 mm，根据南港地区相邻区域历史经验对比，此沉降较大，效果较为明显。
4.2 固结度及沉降速率分析
卸载后，根据沉降观测资料推算得到的固结度达到了93%，且连续七天沉降速率达到0.7 mm/d，均满足设计要求的卸载标准。
4.3 土层物理力学性质指标变化
在真空预压加固前进行了原状取土孔、十字板试验孔；加固后又进行了原状取土孔、十字板试验孔。根据真空预压加固前后钻孔揭露的地层情况和室内土工试验结果，分别对原状取土孔各土层的物理力学指标进行了统计。
加固前后主要土层的物理力学指标统计平均值的对比情况见表1。
从表1可以看出：真空预压预压加固处理后，该实验区第3.0～4.0 m、7.0～8.0 m和11.0～12.0 m淤泥的含水量W、孔隙比e、液性指数IL、压缩系数a1-2等指标均变小；而干密度、湿密度等指标有所增大，说明其压缩性降低，而土体强度增加，土质已经得到明显改善。
4.4 十字板强度值变化
该区域真空预压加固前后土层的原位十字板剪切试验变化曲线见图1。
从曲线可以看出，同一高程处的土体经直排式真空预压处理后，土体的十字板强度值有了较大幅度的增长。这说明，新技术方案能够使土体的强度得到很大程度的改善，从而取得了较好的效果。
4.5 工期与费用对比
根据该项目与邻近相同工程地质条件项目的工期与费用进行对比后的结果分析，在满足相同的卸载条件下，采用直排式真空预压法比传统的真空预压法工期缩短10～15 d，每平米节约费用5～7元，这对于天津滨海新区正在进行的大面积软基处理将有很大的经济价值。
5 结语
通过对上述应用实例的分析表明，直排式真空预压地基处理技术省去了传统方法中的作为排水通道的中粗砂、粉细砂等资源，利用场区资源即可解决施工问题，并且加固效果明显，同传统的真空预压法相比，不但缩短了施工工期，而且减少了投入成本，具有明显的经济效益。
参考文献
[1] 胡珩.真空预压法加固机理和加固效果试验研究[D].南京：河海大学，2007.
[2] 谭再坤，王东方.真空预压软基加固新工艺应用探讨[J].港工技术，2009（1）.
[3] 中交第一航务工程勘察设计院有限公司.直排式真空预压法加固软土地基结构：中国，200820075002[P]，2008-12-17.endprint
