软土地基的真空预压＋水载法处理施工技术

曾昭勇 伍柏权 孔德辅

广西建工集团第一建筑工程有限责任公司 广西 南宁 530001

场地下卧淤泥层和淤泥质黏土层属于欠固结软土，其自然沉降固结时间长，同时会产生不均匀沉降，影响建筑物使用和安全[1-2]。真空预压法通过抽真空，使土体中的孔隙水通过塑料排水板排出，达到土体固结的目的；水载法是通过堆载，将孔隙压力消散，从而提高土体强度。真空预压＋水载法联合作用，加快土体固结，效果更佳，更经济[3]。真空预压＋水载法是真空预压与堆载预压的叠加，其施工技术值得研究。

1 工程概况

横琴国际商务中心（二期）位于珠海市横琴新区横琴口岸北侧，属于欠固结软土区域，场地下卧淤泥层，土质较差，承载力低，需要进行软土地基处理。工程竖向塑料排水板埋设采用梅花形布置，板间距1.0 m，总处理长度约2 798 000 m，处理面积约148 000 m2。采用B型塑料排水板，打设深度为13～15 m，打设根数为28 000根，真空处理面积26 548.8 m2。工程采用四周水泥搅拌桩密封墙与真空预压＋水载法软土地基处理施工技术，通过在需处理的软土地基四周施设水泥土搅拌桩，形成密封墙，从而对处理区域周边建（构）筑物不产生影响。四周设置围堰，在所需处理的地基中，水平方向设置排水通道，竖直方向设置塑料排水板，通过覆水加载，排出土体中孔隙水，使得土体缓慢固结，从而提高地基承载力，达到软土地基处理的目的。

2 施工中的重点、难点分析

真空度沿着塑料排水板向下传递及向土体中扩展，导致土体发生收缩变形，在真空预压下不会发生侧向挤出破坏，一次完成真空预压，而不用分级进行；在真空预压＋水载法双重效应下，软土固结速度提高；加固区地基四周施设水泥土搅拌桩形成密封墙，有利于加固区内土体密实度的提高和地基承载力的增加；采用机械埋设，加固区四周设围堰，加固区覆水加载，提高施工效率，缩短地基加固周期。

3 工艺原理

真空预压软基加固是利用真空吸水加固软土地基的一种施工方法，真空预压＋水载法可以有效加快软土地基固结。其工艺原理（图1）是：在软土地基表面的砂垫层上按要求铺设不透气的薄膜，通过埋设于土体中的排水板及砂垫层中的滤水管，将薄膜下土体间的水汽抽出，使其内部形成一个真空的密封体，在真空负压荷载的作用下，土体排水固结。

图1 工艺原理示意

4 施工要点

4.1 场地整平

1）清除地表耕植土、旧路面、建筑物基础等，耕植土厚度控制在30 cm左右。

2）清基后及时整平、压实。整平面横向坡度为2%～4%，平整度要求＜0.1%。

4.2 铺设砂垫层

1）材料采用中粗砂，含泥量≤5%，可采用海砂，黏粒含量≤3%。砂中可混有少量碎石，碎石粒径≤5 mm。砂垫层的干密度应≥1.5 g/cm3，其渗透系数应≥0.01 cm/s。砂中不得含有其他有机质和杂物，不得有针状杂物，以免刺破真空膜。

2）采用人工或轻型机械分层铺填，铺设厚度为50 cm；砂垫层铺填后，其干容重应≥16.5 kN/m3。

4.3 打设排水插板

1）采用SPB100-B型塑料排水板，套管式打设法，套管下端设置管靴，其材料可选用钢板；每台插板机必须配备插板施工记录仪，记录下每条排水板的实际打设长度。

2）打入地基的塑料排水板宜为整板，当塑料排水板需要接长时，芯体应对插搭接（搭接长度不小于200 mm），并将滤膜包好、裹紧后，用细铁丝或塑料绳穿孔固定牢固。每根“接长板”接头不超过1个，接长板应分散使用，且相邻排水板无接头；接长体的使用总量不超过总打设根数的10%。

3）插板头露出砂垫层的长度不小于0.2 m。

4）一个区段的塑料排水板施工完成后，采用砂料填满孔洞并将塑料排水板埋置于砂垫层中。

4.4 铺设土工织物

土工织物使用前应按规范要求抽样检测合格后方可使用。土工织物可采用缝接或搭接，缝接宽度≥5 cm，缝合尼龙线强度应＞150 N，应采用包缝方式，搭接接头长度需≥80 cm。土工织物铺设时应松铺，松铺率宜在1.1左右。

4.5 滤管铺设施工

1）管材分为真空支滤管和主管2种类型。真空支滤管采用φ50 mm软式透水管。主管采用φ75 mm的PVC管，壁厚≥4 mm。滤管应均匀交错打孔，间距为100 mm，孔径为6 mm。滤管外包土工织物，防止堵孔。主管不打孔。

2）真空支滤管之间及真空支滤管与主管之间的接头要密封牢固。真空主管软接头的间距应小于25 m。

3）管路均埋设在砂垫层中间，主管两头连接真空泵。真空泵应尽量布置在加固区域四周，平均每800～1 000 m2范围布置1台真空泵。

4）膜下真空度测头埋设在2根滤管中间的砂垫层内（禁止埋设在滤管内），且应保证测头上下两侧的砂垫层厚度不小于25 cm。

5）每块真空预压场地内均匀埋设2组排水板内真空度测头，深度方向间隔3 m布置1个测头（排水板底部应布置1个测头）。测头安装在排水板滤膜内，与排水板一起下入孔内，其真空传递管内径不小于8 mm。

4.6 设置密封系统

4.6.1 施工水泥搅拌桩墙

1）场地填土整平后，上部填土层较厚，采用水泥搅拌桩及密封沟沿各抽真空边界设置，每个分区均需成一连续的密封体。

2）水泥搅拌桩采用泥浆作为胶结材料，同时掺入5%（质量分数，下同）的水泥，采用P.O 42.5水泥。搅拌桩墙的渗透系数应＜1×10-6cm/s，同时应满足泥浆掺入比＞35%，相对密度＞1.35。黏土掺入比大于20%，黏土掺量不小于160 kg/m。

3）密封水泥土搅拌桩直径为700 mm，桩间纵向排距和横向间距均为600 mm（均搭接200 mm），施工深度至嵌入淤泥层内不少于2.0 m。

4）搅拌桩采用四喷四搅工艺，倾斜度≤1%，位置偏差≤50 mm。搅拌桩下钻搅拌速度≤1.2 m/min，提升搅拌速度≤0.8 m/min。

4.6.2 密封膜铺设

1）密封膜采用三层聚氯乙稀薄膜，其厚度为0.14 mm±0.02 mm，纵、横向拉伸强度分别≥18.0、≥16.0 MPa，断裂伸长率≥220%，刺破强度≥50 N，渗透系数≤5×10-11cm/s，耐静水压≥0.2 MPa。

2）真空预压区密封膜铺设长度应每边增加约5 m，铺设好的密封膜应松弛不紧绷，应预留伸缩余量，防止沉降变形拉裂密封膜。黏缝强度不能低于膜本身抗拉强度的60%。

3）在施工区域边界，真空膜应压入密封沟，压入深度应＞1.0 m，然后分层回填、压实。密封沟回填土料中不得有块石等尖利杂物，每层膜铺好后应认真检查、及时补洞。

4.7 抽真空

1）采用的真空泵单机抽真空压力≥96 kPa；真空泵安装后需进行试抽气，查找膜上的漏洞并修补。确认无漏气后方可铺设上层土工织物及厚40 cm砂垫层，分级填筑路堤至设计高程；真空联合堆载满载预压不少于120 d。

2）真空泵每800～1 000 m2范围布置1台，在加固区域四周均匀布置。

3）开始抽真空后，密封膜内的真空压力应≥85 kPa。

4）抽真空应连续进行，不得间断，并随时观测和记录真空度。

4.8 真空预压监测

按图纸布设施工观测用的沉降标。沿路堤轴线每100 m 布置1 个沉降观测断面，且每个软土路基处置分区内不得少于2 个观测断面。沉降标在路肩和路堤中心，垫好无纺土工织物后，放置在密封膜上，避免戳破密封膜。沉降标底板应用砂袋叠压稳固。

4.9 软土地基施工监测及验收

4.9.1 监测内容

监测内容包括表层沉降、膜下真空度、孔隙水压力、深层水平位移以及周边道路和管线沉降。开始抽真空期间和蓄水加载期间，监测频率及要求如表1 所示。

表1 监测频率及要求

4.9.2 埋设要求

1）密封膜施工完成后开始布置沉降板，沉降板设置在密封膜上。

2）真空测头在密封膜下布置。

3）在打设插板施工后开始安装孔压测头，采用钻孔法埋设，单头单孔安装，每组孔压测头5个，均匀布置在淤泥层中。

4）测斜管在打设插板后埋设，孔深需打穿淤泥层进入下卧层不小于2 m，以保证测斜管根部稳定不变位。

5）周边道路和管线处布置沉降标。

4.9.3 加固效果检验

真空预压处理完成后，在场地内已有钻孔的附近位置选取取样孔并进行原位十字板试验，将试验结果与处理前进行对比，判别加固效果。

4.9.4 软土地基卸载及验收

根据监测结果，推算工后沉降并计算地基的平均固结度。停泵卸载标准如下：

1）真空荷载和水荷载以及真空联合堆载预压作用下满载不少于90 d。

2）连续5～10 d沉降速度≤2 mm/d，固结度≥90%。原位十字板剪切平均强度≥22 kPa。

3）在停泵之后，应按要求钻孔取样送检，确定土的工程性质指标。要求经过预压处理后软土的含水率＜55%，软土地基处理深度范围内十字板抗剪强度应＞30 kPa。

5 质量控制

1）塑料排水板的型号、规格及材质应符合设计要求，材料进场后应码放整齐，避免雨淋日晒，防止损坏滤膜。

2）塑料排水板埋设的数量、排列间距、形式、深度应符合要求。要保持排水板入土的连续性，发现断裂时应重新施插。

3）施工过程中塑料排水板不得搭接，不能断裂、扭结。

4）打设机定位时，管靴与板位标记之间的偏差应当≤50 mm，垂直偏差≤1.5%。

5）塑料排水板打设完成后应将排水板头部及时埋入砂垫层。

6）滤管之间应连接牢靠，防止地基变形不均匀时滤水管脱开，砂土进入滤水管。

7）真空预压达到相应要求后，先在密封膜表面铺设1层合格的土工织物，以保护密封膜。密封膜应完整地埋入密封墙中。

8）真空预压期间应保证密封膜上始终有水膜覆盖。

6 结语

针对场地下卧淤泥层和淤泥质黏土层的软土地基，研究出有效的地基处理施工技术对于提升工程质量和施工效率有着非常重要的意义。通过在具体工程中的实践，得出以下结论：

1）采用四周水泥搅拌桩密封墙与真空预压＋水载法进行软土地基处理，可取得良好的社会效益和经济效益，具有较高的应用推广价值。

2）通过对真空预压＋水载法施工技术的研究，一次完成真空预压，而不用分级进行，提高施工效率，缩短地基加固周期。

3）加固区地基四周施设水泥土搅拌桩形成密封墙，对确保加固区内土体密实度和地基承载力起到了关键作用。