真空预压一次处理中厚层吹填土工艺探讨

孙宝升

（华北水利水电工程集团有限公司，天津 300170）

引 言

近年来随着中国南部沿海省区经济的不断发展，土地紧缺已成为沿海城市发展的瓶颈。围海造陆相较于开山造地，从环境、生态和成本等方面更具有优势。真空预压法处理吹填土技术日渐成熟，以往普遍做法是采用二次处理，即浅层预处理+深层处理。采用二次处理的原因：一是吹填土承载力极低，插板桩机不能进入场地，必须先人工插板进行一次预处理，受人工体能及插板工具限制，插板深度一般不超过5.0 m，处理后土层将压缩至3.5 m左右，从土地开发和使用角度往往不够；二是吹填土颗粒细、含水量大，排水板长效通水及适应地基变形问题不能很好解决，采用真空预压法一次处理中厚层吹填土，其施工技术工艺不够成熟，实践经验不足。为降低成本费用、节约社会资源，缩短建设期并保证质量，一次处理中厚层吹填土工艺及方法值得深入研究。

1 工程概况

温州市瓯江口新区一期软基处理工程第6、9、10、11施工合同段主要是在“温州瓯江口新区一期围涂涂面整理工程”的基础上进行地基处理以获得建设用地。工程主要以真空预压法处理中厚层吹填软基，根据建设部门用地需求分不同区块和阶段分别实施，主要分为河道区、道路区及地块区，其中河道区和道路区均为二次处理，地块区为中厚层一次处理。

2 施工流程与方法

地块区真空预压主要工作内容包括施工准备、工作垫层铺设、机械插设塑料排水板、水平排水管网布设、膜下无纺布铺设、密封膜铺设及抽真空系统安设、分阶段升压、恒载抽真空、过程观测与监测、达标卸载、地基检测等，施工流程如图1。

图1 真空预压施工流程

2.1 施工准备

施工准备主要包括场地排水及清理、测量放线、施工人员、材料、施工机械等准备工作。

2.2 工作垫层铺设

工作垫层自下而上分别铺设编织布（200 g/m2）、高强土工格栅（双向50 kN/m）、荆笆（1～3层）、土工布（200 g/m2）。通过构筑合理的工作垫层使轻型桩机插板能安全进场插板并一次贯穿中厚吹填土层，克服了人工插板深度不足的限制。与常规做法相比在编织布和荆笆之间增加了一层高强土工格栅，从而发挥了荆笆的刚性和土工格栅的抗拉性能，使地基承载力大幅度提升，使轻型桩机能够进入场地。

编织布铺设前先缝接加工为大块尺寸，卷成卷后运至施工现场，人工进占式铺设，分块之间采用手持缝纫机双线缝合二道，确保缝合牢固和后续作业安全。

土工格栅采用人工铺设，相邻块搭接宽度不小于20 cm，搭接处采用尼龙绳或扎带绑扎。

荆笆由外向内推进，逐层铺设，相邻块搭接不少于20 cm，并采用塑料绳绑扎。各层荆笆采用上下错缝且方向垂直铺设，提高整体性及承载力。

土工布主要起隔离荆笆和淤泥的作用，兼有过滤透水功能，采用人工铺设。

图2 工作垫层铺设

2.3 轻型插板机插板

本工程采用改进型轻型龙门架式轨道插板机，降低了桩机钢结构的截面尺寸和重量，增大底部行走小车尺寸，采用小功率电机和振动锤，改善桩机整体受力，增大施工安全稳定性，使桩机设备满足在软泥面上施工要求。

工程采用B型塑料排水板，插板工序主要控制插设板位间距、深度、垂直度，并严格控制回带，确保排水板外露长度满足水平滤管绑扎要求。

图3 轻型插板机插设塑料排水板

机械插板后，设置20～30天静置间歇期，使插板过程中扰动的吹填土在重力和分子力作用下结集沉淀，同时土体自由水通过竖向塑料排水板缓慢泌水，使排水板逐步适应土体沉降和变形。在静置期内细微土颗粒大多固结沉淀，其随水流动性降低，避免抽真空时细微土颗粒在负压作用下向排水板聚集而淤堵，从而保证排水板通水效果。

2.4 水平滤管网布设

滤管采用塑料波纹软式透水管，工厂集中生产，管体打孔并外包透水滤布。施工时竖向塑料排水板与纵横向水平滤管相连构建立体排水网络，三通、四通作为辅助设施将水平滤管的主管、支管连接形成平面网格。排水板与水平滤管连接处包裹土工滤布，其作用一是实现塑料排水板更好的进行双面排水，增加水、气传导效果，二是过滤和阻断连接点外细微土颗粒进入排水板和滤管内部。水平滤管与排水板的连接可采用“一对一”或“一对二”方式，“一对一”是指每排塑料排水板各布设一道滤管，“一对二”是指两排排水板与一道滤管连接，两者各有优缺点，从施工效率方面分析“一对二”效率更高，从排水板的后期变形分析“一对一”适应变形能力较差，因此“一对二”使用较为普遍。

图4 排水板与滤管绑扎连接

在布设排水管网的同时安设真空射流泵及真空度测头的出膜装置，使出膜装置与水平滤管网联通。射流真空泵出膜装置应设置在各单元区主滤管与支滤管的交点，且距离边线距离不少于5 m处。真空度测头安放在距离真空泵不少于10 m的单元区四角及中间，且远离真空射流泵，从而避免真空度测头受射流泵影响而使数据失真。

2.5 膜下无纺布铺设

膜下无纺布主要起保护密封膜的作用，略有负压空间传递功能。一般不低于200 g/m2，铺设前先清理地表尖刺物，扫除抽真空期间对密封膜有破坏作用的物体。

2.6 密封膜铺设及抽真空系统安装

密封膜采用2～3层聚乙烯或聚氯乙烯薄膜，铺设前先挖设密封沟，并清除密封沟范围内的所有尖刺物。密封沟开挖深度宜为1 m，以深入不透水层为宜，宽度宜为50～100 cm。地基软弱难以挖设成形时，可采用人工将密封膜踩入淤泥内。

密封膜铺设时宜选择风力小于5级的天气，进场后沿铺设方向摆放就位，铺设应逐层进行，铺设时施工人员穿软底鞋上膜。每铺一层，均应由专人检查，若有孔洞，及时粘补。

各层密封膜铺设完成后应及时布设临电线路和真空泵，并尽快开启真空泵将密封膜下气体及明水排除，通过真空负压将密封膜与地面贴紧，防止被大风掀起。

2.7 抽真空

图5 抽真空

在抽真空阶段，采取“三阶段法”，第一阶段通过低压缓抽，逐步排除膜下明水，并使真空负压自排水板向下传递，逐步排除土体内的自由水，减缓土体中自由水及孔隙水的渗流速度，减少水流搬运细微颗粒向排水板聚集。第二阶段缓慢加压，将试抽真空由传统的5～10天试抽气延长至30天左右，控制真空压力逐渐缓慢上升，使各土层缓慢固结，从而有效降低常规快速加压下土体中塑料排水板周围的淤堵，避免形成不透水泥柱。若前期加压过快，易造成土体中的水流搬运细颗粒，被搬运的细颗粒滞留聚集在排水板外围形成渗透系数很小的泥膜，进而影响吹填土中孔隙水向上传递，导致抽真空功效降低，地基处理质量将无法保证。第三阶段为恒载抽真空阶段，使膜下压力始终维持在设计值，抽气期间做好区内维护和相关观测、监测，直至达标卸载。

在抽气阶段，应加强区内和密封沟处巡查，并根据深层孔隙水消散情况等监测数据，及时查找漏气透水现象，及时采取有效措施处理。

过程监测项目主要包括分层沉降监测、地表沉降监测、孔隙水压力观测、地下水位观测、深层水平位移观测等。

2.8 达标卸载

在开泵率不低于规定值，膜下真空度不小于设计值，孔隙水消散正常，抽气时间满足要求，实测地面沉降速率满足卸载标准时，可停止抽真空并卸载。

2.9 地基检测

地基处理工后检测一般包括十字板原位检测、土力学物理指标实验、地表承载力试验等，进一步验证地基处理效果，一般由第三方专业机构完成。

3 常见问题分析与应对措施

3.1 滤管被真空负压吸瘪

滤管被真空负压吸瘪将影响真空负压有效传导，其原因是多方面的，一是滤管质量不均匀或环刚度差，二是人为踩踏破坏，三是滤管在抽真空过程中管身受力不均匀，形成应力集中，该现象在无砂直排式真空预压工艺中尤为明显，其主要原因是滤管环刚度问题。解决的途径是优选生产厂家，选用优质波纹滤管；加强进场材料检测，禁止使用劣质管材；施工过程中加强对滤管的保护，避免人为破坏；必要时采用新型钢丝软管。

3.2 膜下真空度不足

膜下真空度不足将使抽真空效果大打折扣，地基处理质量将难以保证，是真空预压的关键控制环节。膜下真空度不足原因诸多，真空泵开泵率不足，射流泵功率不足、带病运转，负压输出不达标；压膜沟挖深不足，回填土密封性差，与外界形成透气通道；密封膜破裂，形成透气漏水；出膜装置处密封处置不佳，缺乏定期维护；地表沉降不均，覆水条件差；密封膜质量差，长期暴露，材质老化，闭气效果变差。

为避免上述问题将从以下几方面解决：一是选用原生的强度、柔韧性和变形能力较好的密封膜，解决材料自身问题。二是安装符合要求数量和功率的真空泵，保证真空泵开启率，及时更换不合格真空泵及射流装置。三是加强密封沟和膜上巡查，及时分析观测监测数据，出现异常情况及时排查原因并消除。四是创造有利于真空度维持的条件，比如膜上适当覆水，减缓密封膜老化；后期对干裂的密封沟适当注水，减低其透气性；地表沉降不均时，采用搭埝阶梯覆水，以保护密封膜并增强其闭气性。

3.3 深层孔隙水不消散

深层孔隙水消散性差往往伴随膜下真空度降低，该现象发生在边区的概率较高，特别是边区道路或围堤采用透水性材料修筑，围堤在水下施工时，其流失、遗落的材料往往超出其设计断面边线，若其分布范围广、层厚较大，并侵入真空预压区，则插板时透水性材料往往被塑料排水板贯穿，从而使真空预压区与围堤相互贯通形成透气通道，大大削弱了真空负压向其他区域的传递，进而导致深层孔隙水不消散。解决上述问题要提前调查分析边区真空预压实施条件，可选择密封墙隔断、设置保护隔离区、堆载预压、翻晒换填或组合措施解决。

4 结 语

近年来，随着真空预压实践经验的积累和技术的进步，以往工程实践中暴露的问题将会逐渐解决，且更加节能环保和经济，例如排水板专用接头及钢丝软管开始在工程中应用，效果较好，其中专用接头将排水板直接插入固定，更好的实现了排水板双面传气通水；钢丝软管采用封闭式管道，使得负压向排水板和地基中传递更加直接高效。采用集中布泵的水气分离式真空系统，使得单位耗电量显著降低，施工安全性也大大提高。而一次处理中厚层吹填土施工工艺也将随着人们对真空预压认识的提高和技术的进步而逐步完善。