浅谈真空预压法在超深淤泥质地基中的应用

2018-06-20王雨同林涛

珠江水运 2018年8期

王雨同林涛

摘要：基于节约工程造价、加快施工进度的目的，采用真空堆载预压的施工，结合珠海横琴新区中北排洪渠工程施工经验，简要介绍了真空预压法的施工控制重点及方法，特别是主要工序的控制措施和处理效果。在经济效益和工程进度上取得了较好的效果。

关键词：真空预压法深厚淤泥塑料排水板密封膜

1.施工原理

真空预压的技术原理是在软土地基中打设竖向的塑料排水板或沙井，上覆砂垫层和密封膜，然后利用射流泵使处理区内软土、排水板等处于真空状态，加速土体中的水份，从而达到排水固结，减小工后沉降的目的。使用真空预压进行软基处理工艺成熟、造价经济、工期较短，已广泛应用于软基加固处理。

2.工程概况

珠海市横琴中心沟北区防洪工程1#渠，全长6.23公里，场地内发育的地层从上至下依次描述如下：①素填土、②第四系海陆交互相沉积淤泥、③淤泥质粘土、④粉质粘土、⑤陆相粉质粘土、⑥粗砂、⑦粉质粘土、⑧燕山三期花岗岩。本工程处理后的地基基础的承载力较市政道路桥梁等要求低，场地范围内淤泥层分布宽广而且很深，承载力较低，是一个高度可压缩的，未固结的土层，不能直接作为排洪渠主体结构的持力层。该项目范围内的软土平均深度约为25米，最大为40米，塑料排水板打插深度大于22米。

艺文一道至艺文二道范围内排洪渠基础处理宽55米，真空预压面积22413平方米。塑料排水板按1.0×1.0m的正三角形排列，排水板的有效长度是22.2m。真空预压设计边线处打设约为8.0米长的双排粘土封闭墙，封闭桩直径70cm，桩距 50cm，套打20cm。设计要求真空处理后地基强度大于80Kpa，加固深度范围内的固结度≥90%。

3.施工工艺

3.1施工工艺流程

主要施工顺序如下：清理平整场地→铺沙垫层→塑料排水板和粘土密封墙施工→铺设真空预压管道系统→铺设保护性土工布层1层→铺设密封膜层2层和密封膜压入密封槽→试抽，检查密封→抽真空至膜下80kPa的真空度并保持，观察→停泵卸载。

3.2关键工序控制

（1）砂垫层

砂垫层可选用海砂，干密度不低于1500kg/m3，渗透系数不低于0.005cm/s。设计沙垫厚度不小于50cm，平面尺寸应大于加固区1米，有效保证水气通过垫层排除。

（2）塑料排水板

塑料排水板采用SPB100-C型，排水板在打插过程中要用定载、振动的方法进行施工，深度满足排洪渠设计文件要求。

（3）真空滤管的布置

根据施工图文件要求，布置单排鱼刺型真空滤管，真空水管的布置要能形成闭合回路。排水管埋在水平排水沙垫层的中间，海砂覆盖厚度为0.15-0.20米。

（4）密封膜及密封墙的设置

密封性是真空预压施工工艺的关键，本工程采用聚氯乙烯薄膜作为密封膜。密封膜采用现场热合法进行拼接，不得出现热合不紧或热穿现象。

密封墙顶部应设置不小于2米深的不透水粘土密封沟。如果存在高度渗透的透水层，则应该立即清理后用30-50cm厚的软粘土进行换填。

（5）试抽真空、检查密封性

全部抽真空设备安装验收后，进行试抽真空。抽气初期阶段严控加载速度，抽出海砂垫层中的空气，真空压力按设计要求逐渐升高，随着抽气的进行空气的逐渐排出以及孔压的消散，软土固结度逐步提高，压力表读数稳定在-80kPa以上。

（6）抽真空

在施工过程中，射流水箱应确保充满水，真空表读数空载条件下应超过90Kpa。

在真空预压的过程中，抽出的水直接排入抽真空区，即可以起到压膜，加强密封效果的作用，还可起到堆载预压、加速土体的沉降的作用。真空抽气初期，真空膜上水位变化2.1-3.0cm / d。随着真空预压时间的增加，水位上升速度下降到2.1-3.0mm /d，真空预压后平均水位达到1.5m左右，最深处达1.9m，最浅处约为1.1m。

（7）预压卸载

卸载条件：

①真空预压满负荷（真空表读数满足施工图要求后）>150d。

②设计加固深度范围内的固结度大于90%。

③连续5d测得的平均沉降速度不大于2mm / d。

4.施工监测项目与布置

4.1现场施工监测

为了验证软土地基的加固效果，在施工前根据设计要求选择一个剖面进行观测，测量原状土的各种物理力学指标和抗剪强度值。真空预压卸载完成后，在相同的位置进行对比试验，对指标进行比较分析，并应形成分析报告。

4.2加固效果分析

排洪渠软基加固总面积22413m2。膜下真空压力稳定在80Kpa以上，恒压128天后的连续5天平均沉降速度为1.3mm / d。软基的平均地表沉降量為1675.8mm，最小为1603.2mm，实际地表平均沉降量为1639.5mm。

4.3十字板强度变化

根据试验数据，软基加固前后的原位十字板剪切强度均有显著的提高，满足设计及排洪渠承载力要求，具体数据如图1所示。

4.4地表沉降分析

开始抽真空约1周后，真空度上升并保持在-80kPa以上，最高不超过-90kPa。当密封膜表面被水覆盖时，等效加固载荷可超过90kPa。此外，从图2可以看出地表沉降量由加固区中心至边缘逐渐减小，监测数据显示地表沉降量随着抽真空时间的增加成正比例增加。开始阶段地表沉降速率随真空度的上升而上升，真空度稳定后沉降速率逐渐减小。由此可以分析出，抽真空期间，软基的固结速率是一个逐渐收敛的过程。典型的沉降曲线如图2所示。

4.5孔隙水压力分析

孔压监测数据表明，开始抽真空节点孔压呈上升趋势，稳压后孔压开始消散，消散速率逐渐减慢。预压时间为120 d时，各层土体孔隙水压力的消散程度均达90%以上，表明通过抽真空后软基的排水固结到达设计要求。

4.6水平位移分析

通过观测，发现由于埋设的倾角仪的水平位移不同，埋设在倾斜仪边缘的倾角仪的水平位移大于填埋倾斜仪的水平位移。对典型的水平位移- 深度曲线的分析，粘土层表面以下6～10.5米的最大水平位移。整个抽真空过程中横向水平位移率大部分在范围内为0.4-1.7mm /天，最大水平位移率为4.6mm /d，停泵后后位移速率<1mm /d。

5.总结

（1）经过场地周围密封壁处理后，加固区的排水效果非常明显。开始抽真空后的一周，真空表读数即可满足设计要求，加快了软基的沉降速率。

（2）软土在塑料排水板形成的竖向排水通道和海砂垫层横向排水通道的作用下，孔隙水应力作用下随孔隙水的抽离而逐渐消散，处理区域软土基地极速沉降480mm约占平均总沉降量（1640）的30%.

（3）真空预压过程中，在孔隙水压力的左右下，土体中的水随着孔压的的消散而排出，随着孔压的消散排水速度降低，直至空隙压力消散达到图纸要求，达到新的固结后的应力稳定状态，淤泥土的强度逐渐增大，基础承载力在固化板结完毕后能够达235kPa以上。

（4）通过检测分析，抽真空区域内各土层的固化板结程度满足设计要求，抽真空处理后土体的物理力学指标大幅提高，处理效果显著，预加载后的实际平均固结度为98.8%。

（5）采用真空预压法可以在初期满载预压，减少了传统软基方法分级分层回填的时间，可在缩减工期节约费用的情况下实现超载预压，在施工期内（4个月）完成了95%以上的沉降，可显著降低刚性结构与半刚性结构的不均匀沉降差。

（6）真空預压工艺在软土地基排水固结的同时，还会产生向内的收缩变形，有利于路堤稳定性的提高。

（7）真空预压工艺造价比传统搅拌桩、碎石桩等处理方法可节省45%～55%，资源投入少、功效高、经济性好，具有较高的社会效益和经济效益。

参考文献：

[1]JTS 147-2-2009.真空预压加固软土地基技术规程.

[2]龚晓南，地基处理手册（第三版），中国建筑工业出版社.

[3]于建海，豆文朋.直排式真空预压法在高渗透软黏土地基中的应用[J].水运工程. 2012（07）.