探讨软基处理工程中水气分离式真空预压技术的应用

薛戴康

（江苏地质基桩工程公司，江苏 镇江 212001）

1 场地调查比选

为做好本次论证试验，经过认真比选，我们最终选择了福建省莆田市的一处软基处理工程，该项目用地为吹填海用地，由吹填软土（指淤泥、淤泥质土等）和海砂形成陆域。

（1）场地选择。因考虑到本次实验是对比性质的，所以选取处理区域的面积大小、土壤地质情况以及各项设计参数等方面应大致相同，经过现场实地测量及查阅地质勘察报告后，本次实验地点选择在6#、9#陆域泊位相邻的B4-2区、B2+5区。其中B4-2区面积24662㎡，B2+5区面积24000㎡。

（2）地质情况。经过认真分析该试验区域的地质勘察报告，B4-2、B2+5区地面标高为+9.1～m+10.3m，大部分场地表层为吹填淤泥覆盖，厚度约5.8m～7.4m，局部区域含有吹填砂层，厚度约2.5m～7.6m，下卧天然软土层厚3.8m～8.5m。根据设计要求，地基处理后固结度达到80%以上，10日内平均沉降速率小于3.0mm/d，地基承载力特征值≥80Kpa，平均沉降量不小于1200mm。

2 现场施工情况

（1）施工工艺。B4-2区与B2+5区均采用真空预压施工工艺，施工流程：平整场地→铺设编织土工布→铺设0.5m厚砂垫层→施打塑料排水板→铺设无纺土工布→铺设密封膜→安装真空系统→抽真空90天→卸载[1]。

（2）设备布置。B4-2区2019年4月18日开始抽真空，共安装5套水气分离泵以及配套的电箱电缆，单套设备功率50KW。B2+5区2019年9月13日开始抽真空，共安装24套射流泵以及配套的电箱电缆，单套设备功率15KW。

3 过程监控情况

B4-2区共计布设了6个沉降盘，1组孔隙水压力监测点、一组水位、8个真空压力表，抽真空施工共计历时 90天。各参数监测成果见如下所述：

（1）真空度：B4-2 区从 2019 年4月8日开始布置真空表，共计8块，并开始监测，仪器设备均进行了计量。在膜下采用土工布包裹 PVC 滤管，用压力泵管引出膜下，采用快速接头接入真空表，并固定在表座上。为了防止泵管老化引发漏气，在出膜处外套一根较粗的压力泵管。本区按照要求8个测点每个点共计测试138次，初期一天四次，B4-2区共计完成 1322次真空监测。

该区真空度基本保持80kPa的压力，受两次停电影响，以及真空泵维护工作，该区真空压力出现了几次大幅下降，但在恢复电力供应后，真空压力马上回升，保证了该区的真空压力，最终在 2019 年7月18日达到卸载标准。

（2）表面沉降：B4-2 区从2019年4月18日开始布置并进行监测，沉降盘根据本项目施工图内设计图纸要求制作，安装时在沉降盘下端采用土工布包裹，并上压四个砂袋，保证稳定，在施工过程中禁止挪动。测量采用电子水准仪，按照三等附合导线导线测量，本区共设置6个沉降盘。

图2 B4-2 区沉降曲线图

根据 B4-2 区监测曲线表明，该区真空预压期间沉降较大，最大沉降量为2295mm，位于 CJ3 号点，最小沉降量为 1081mm，位于 CJ6 号点，本区沉降在抽真空初期沉降速率较大，最初一个月沉降速率为 22mm/d，然后沉降速率逐渐减小。最终在2019年7月18日达到卸载标准。

（3）孔隙水压力：在 B4-2区共布置了一组孔隙水压力监测点，包含3个测点，三个测点埋设深度分别为 6m、9m、12m。

图3 B4-2 区孔隙水压力时程曲线

本区真空压力在抽真空初期，表现为快速消散状态，在整个地基处理过程中，6m和9m深度孔隙水压力波动明显，主要是两次停电导致压力不稳所致。

（4）水位监测：在 B4-2区中间加固区内布置了一组地下水位观测点，主要测试加固区内的地下水位变化，地下水位曲线如下。

图4 地下水位曲线变化图

根据地下水位曲线，该加固区在真空预压初期，地下水位逐渐下降，因受到停电影响地下水位上升并缓慢波动，直到供电正常，地下水位又开始呈现下降趋势，最终在+3m高程附近。从开始抽真空计算水位下降约4m，对本区表层加固效果显著。

B2+5区从 2019 年9月13日开始抽真空，共计布设了6个沉降盘，1组孔隙水压力监测点、一组水位、10个真空压力表，抽真空施工共计历时215天。各参数监测成果见如下所述：

（1）真空度：B2+5 区从2020 年9月13日开始布置真空表，共计10块，并开始监测，仪器设备均进行了计量。在膜下采用土工布包裹PVC滤管，用压力泵管引出膜下，采用快速接头接入真空表，并固定在表座上。为了防止泵管老化引发漏气，在出膜处外套一根较粗的压力泵管。本区按照要求10个测点每个点共计测试 280次，初期一天四次，B2+5区共计完成2800次真空度监测。

图5 B2+5 区真空压力时程曲线

该区真空度在初期真空压力逐渐向 80kPa 靠近，但在2019年10月25日，真空压力出现陡然下降趋势，经过几次密封处理，与 2019年12月17日重新开始抽真空，重新密封后效果较好，真空压力基本保持了80kPa的设计要求，最终在 2020 年4月16日达到卸载标准。

（2）表面沉降：B2+5 区从 2019 年9 月13 日开始布置并开始监测，沉降盘的制作及安装与B4-2区相似，在施工过程中禁止挪动。测量也是采用电子水准仪，按照三等附合导线导线测量，本区共设置 6 个沉降盘。

图6 B2+5 区沉降曲线图

根据B2+5区监测曲线表明，该区真空预压期间最大沉降量为408mm，位于CJ2号点，最小沉降量为111mm，位于CJ5号点，表现出明显的沉降不均匀，总沉降量较小。稳载后沉降速率较稳定，最终在 2020 年4月15日，满足卸载标准。

（3）孔隙水压力：在B2+5区共布置了一组孔隙水压力监测点，包含2个测点，三个测点埋设深度分别为 6m、9m。

图7 9月～3月孔压变化情况图

本区真空压力在抽真空初期，表现为快速消散状态，在二次膜面密封是孔隙水压力反弹，但在真空预压二次密封后本区孔隙水压力再未达到第一次抽真空最大消散孔压值，表明该区真空压力不足。

（4）水位监测：在B2+5区中间加固区内布置了一组地下水位观测点，主要测试加固区内的地下水位变化，地下水位曲线如下。

图8 B2+5 区孔隙水压力时程曲线

根据曲线图所示，B2+5区水位在真空预压期间未下降，基本保持稳定，仅在压力变化时轻微波动。

4 数据对比分析

（1）地基处理质量效果分析

表1 地基处理质量的数据对比结果

分析结论：通过数据对比分析，可以发现采用水气分离泵施工相较于射流泵施工的优势有：①、抽真空效率高，节约工期；②、地基平均沉降量高；③、土体固结效果好。

（2）经济效益分析。B2+5区（射流泵）用电量计算：24套*15KW/h.套*24h*215天=1857600度。

B4-2区（水气分离泵）用电量计算：5套*50KW/h.套*24h*90天=540000度。B4-2区（水气分离泵）与B2+5区（射流泵）相比，抽真空时间节省了215天-90天=125天 。人工费节约125天*180元/人*3人=67500元。电费节约1317600元。机械费节约125天*120元/台班*24套=360000元。合计：67500元+1317600元+360000元=1745100元。分析结论：采取水气分离泵的施工方法，有效的降低了工程成本，共节约了 174.51 万元整，效益显著，施工成本得到大幅下降。

（3）施工难度分析。B2+5区共布置了24套射流泵，每台射流泵需独立控制，从而就需要单独布设连接电缆，该区所需电缆长度约 3400m，电缆密集，不仅现场布设难度较高，而且用电安全隐患较大。B4-2区共布置5套水气分离泵，水气分离抽真空设备的控制器集中放置于集控电箱内，这样既便于管理，同时地基处理现场区域内电缆布置少，维护方便，设备稳定高效。

分析结论：在现场施工部署上，采用水气分离泵相较于射流泵能够降低电缆布设难度，减少人力成本及设备维护成本，同时降低了安全隐患。

5 结语

本次试验活动通过两种设备在施工质量、经济效益和施工现场部署三个方面的对比分析，充分展现了水气分离式真空预压技术在软基处理工程中的优越性。因此将水气分离式真空预压运用在软基处理工程中，尤其是工期紧，任务重的项目上，不仅节约了工期，降低了成本，而且施工质量也得到了保证。