真空预压处理新近吹填淤泥土设计与施工要点浅析

2015-12-12龚丽飞

江苏水利 2015年10期

龚丽飞朱玲

（1.南京水利科学研究院，江苏南京 2 100292；2.南京瑞迪建设科技有限公司，江苏南京 210029；3.江苏省水文水资源勘测局无锡分局，江苏无锡 214000）

0 引言

吹填是在整治和疏通江海航道时，用挖泥船和泥浆泵把江河海底部的泥砂通过水力输送至岸上的工艺过程，其形成的沉积土称为吹填土。

近几年我国沿海围海造地工程迅猛发展，吹填土地基处理成为一项新的课题。吹填土因受土源点、吹填时间等影响，其特性差异性较大，给处理工程带来了一定的困难。国内普遍采用真空预压［1-4］处理工艺，在设计和施工上，新近吹填的淤泥土因土体结构尚未形成，常规设计理论无法适用，施工控制难度较大。因此，往往需要通过前导或先导性试验来指导和开展大面积设计和施工，要求工程技术人员应具有较强的工程实践经验。

真空预压处理新近吹填土的施工综合控制能有效地实现工程预定设计方案，是影响处理效果和工程质量的关键。

1 新近吹填淤泥土的设计控制

1.1 土体特性的基础性分析

掌握新近吹填淤泥土的特性是吹填淤泥土真空预压设计的基础性工作，确定适合的设计参数是软基处理成功的先决条件，而土体特性基础性分析是确定设计参数的先决条件。笔者先后参与了天津、连云港、温州等地区吹填淤泥土软基处理，有成功亦有失败。表1 为相关工程土体主要特性参数和设计参数［5，6］，可以看出，土体粘粒对排水板间距参数的选取影响较大。新近吹填土因其尚未形成通常意义上土的基本骨架，真空预压设计理论从严格意义上来讲是不适用的，如：分层沉降理论计算、一维固结理论计算，都是以形成土体结构的岩土体为对象或条件之一。真空预压在处理新近吹填淤泥土过程中，由于水气的流动，负压传递，造成吹填土颗粒的“迁徙”和“流动”，而土体结构在不断变化和形成的复杂过程中，不同颗粒粒径含量是决定土体固结过程中渗透系数变化以及排水板滤膜淤堵程度的关键性因素，影响真空预压排水板设计参数的确定。

因此，吹填土真空预压的设计必须了解和掌握吹填淤泥土的基本特性，尤其是吹填淤泥颗粒粒径级配的组成，从该角度判断吹填淤泥土是以“砂性”、“粉性”或是以“粘性”为主，从而选择恰当的排水板设计参数和排水板材料指标。

1.2 先导区试验研究

吹填淤泥土因其成因复杂，区域差异性大，设计理论的适用性差，在设计过程中存在较大的不确定性。因此，工程经验十分重要，而这种工程经验往往是在少量的、具有代表性的工程基础上逐步建立起来的，通常的方式是进行先导区试验研究，反馈和指导设计。

温州民营经济科技产业基地滨海园区某垦区［7］为温州地区较早进行吹填淤泥处理的工程，先期实施了39 万m2的先导试验区，对不同的排水板设计参数（0.7～1.0 m）、布置形式（正方形、三角形和“长-短板”）、加固期（90～120 d）、布泵密度（800～1100台/m2）进行了综合性的试验研究，从而得到了适合该地区吹填淤泥土软基处理的整套设计技术参数和施工工艺流程。

1.3 竖向排水体系

新近吹填的淤泥土含水率一般超过100%，孔隙比大于2.0，呈流泥状态，强度基本为零，工程上常称为超软地基［6］。其真空预压处理所表现的沉降变形、强度增长等规律不同于常规软土地基的真空预压［2，3，8，9］，图1为3 m 吹填土浅层真空预压处理后十字板强度分布规律，抽真空后土体强度大大提高，地表形成厚度约0.5～1.0 m 的硬层，但在深度1.0～1.5 m 处淤泥抗剪强度最小，存在加固软弱夹层，并发现加固过程中由于吹填土自身总沉降变形量很大，往往占加固厚度的20%～30%，使得吹填淤泥土层竖向大变形易造成排水板局部发生急剧弯折，如图2 所示，从而形成真空预压处理的薄弱层，造成加固效果不理想。

表1 沿海地区吹填淤泥主要特性及设计参数

图1 浅层处理不同深度十字板试验结果

图2 吹填土层加固后现场开挖图

经过实践探索，在设计上通过采用“长-短”排水板间隔式布置方式，可解决浅层处理真空预压过程中排水板随吹填土变形沉降造成加固软弱层的问题。图3 为长、短排水板间隔布置方式及现场施工打设图。

2 新近吹填淤泥土的施工控制

吹填淤泥土真空预压施工不同于处理天然沉积形成的淤泥土。浅层真空预压往往针对新近吹填淤泥土实施，表层淤泥多为流泥或液态状，尚未形成土颗粒骨架，甚至表层仍有积水存在。因此，施工工艺上多以人工作业方式为主，施工控制难度较大。图4 为吹填淤泥土人工作业流程。

图3 长、短排水板间隔式布置方式图

图4 吹填淤泥土浅层真空预压人工作业流程图

2.1 施工垫层材料

施工垫层一般选择单位面积质量在150～200 g 的编织布等土工材料，以能够满足施工人员后续打设排水板、铺设排水管路等施工作业的要求。但在实践中发现，施工垫层在真空预压处理过程中起到了重要的隔离作用，可减少后续排水板打设过程中人工扰动造成的吹填土泥面翻浆和抽真空过程泥浆的上涌。对吹填淤泥土泥面的扰动易在排水板打设、管路铺设过程中局部淤堵排水体，如：水平排水管表层滤布或滤膜、排水板与管路绑扎连接处等；泥浆上涌易导致编织布与密封膜层间在抽真空过程中形成薄薄的泥皮层，从而影响浅层真空预压水平排水体系。

因此，在选择铺设土工布材料作为施工垫层时，不能仅仅考虑土工布的抗拉、抗裂等强度指标，还要根据吹填土颗粒级配、渗透系数等适当考虑土工布的等效孔径等相关指标，以减小真空系统工作效率的损失。

2.2 “板-管”一体施工

浅层真空预压排水板打设质量直接影响真空预压处理效果。由于一般先人工打设排水板，后铺设透水主支管，再与排水板连接，因此，易造成对吹填淤泥土泥面的扰动，使新近吹填土泥面浆液上涌，最终使吹填淤泥土土体结构特性更差，增加固结时间，并造成排水板滤膜和芯板整体淤堵，影响软基处理的效果和质量。另外，在施工过程中亦难以对排水板打设深度和质量进行有效的控制。

随着施工实践经验的不断积累，在工艺上，出现了采用“板-管”一体式，即：预先将排水板裁剪并按设计间距缠绕在滤管的相应位置上，在连接处包裹无纺土工布，确保连接处排水效果，利于真空度的传递。再借助编织布垫层或可循环使用浮筏垫层，人工将“板-管”整体插入吹填淤泥层。此方法在温州地区得到了广泛的应用［5-9］。

2.4 真空泵开泵数量的控制

关于吹填土浅层真空预压处理过程中开泵数量或开泵率对加固效果的影响，国内相关学者已有研究［10，11］。对于吹填土，尤其是新近吹填土而言，吹填土仍为流泥状态，是由自由水和泥土细颗粒构成的混合液体，尚未形成土颗粒骨架，因此，前期抽真空开泵率过高，易造成排水体不同部位淤堵、排水管路压扁等不利因素。排水体淤堵主要是由于在抽真空作用下，泥土细颗粒受水流作用迁徙、聚集于排水体滤布或滤膜表层，致使排水不畅形成淤堵。笔者在实际工程中对比分析了抽真空全程“渐进式”负荷开泵下吹填淤泥土的处理效果，从图5 中可以看出，90 区前期开泵率低于91 区和92 区，处理后其上表层土十字板不排水抗剪强度也表现为较高水平［12］。

因此，吹填土浅层处理前期真空泵开泵应保持相对较低数量或开泵率，随着土体骨架结构的形成，可逐步增加开泵数量或开泵率。但由于受开泵率组合方式、吹填淤泥土特性等客观条件的多样性和复杂性以及试验场地限制等因素的影响，对开泵率控制的研究不够深入，尚未形成统一的认识。同时，为保证处理效果，对开泵率的“渐进式”应控制在抽真空的前半程内。