直排式真空预压法加固吹填土地基的施工技术

2022-09-23王文

工程质量 2022年7期

王文

（台州技师学院（筹），浙江台州 318000）

0 引言

近年来，随着陆地资源的日趋紧张和地基处理技术的快速发展，沿海地区广泛使用了“吹填造地+浅层快速加固”技术，进行围海造田，解决建设用地短缺的问题。然而，吹填土地基承载力小、工后沉降量大，无法满足工程建设需要，必须对其进行二次加固处理。直排式真空预压法则应运而生，由于其具有工序简便、工期节省、成本低廉、对环境污染小等优点，被广泛应用于软土地基加固［1-3］。

本文通过在建工程项目实例，研究直排式真空预压法在大面积围海造田软土地基中的二次深层加固的施工技术。

1 工程概况

某工程位于浙江台州湾新区围海造田的陆域，项目约 18.1 万 m2，为典型的海相沉积和早期吹填形成的软土地基，具有高含水率、高压缩比、高孔隙率和低透水性、低承载力等特点［4］。根据建设需求和现场实际情况，确定其中的 12.0 万 m2地基采用真空预压法进行加固处理，其余区域采用其他工艺进行加固处理（后处理）。

2 地质条件

建设场地属沿海海涂地貌，表部为人工吹填淤泥，经浅层真空预压固结处理，呈软塑状，地形平坦开阔，地面平均高程为 2.600 m。场地地下水水位埋深一般在0.20～0.50 m，平均水位高程 2.250 m。地基土层的主要物理力学指标如表 1 所示。

层号岩土名称平均厚度/m含水率 ω/%天然重度 γ/（kN·m-3）孔隙比 e0压缩系数 a1-2 /MPa-1压缩模量 Es1-2/MPa固快 Ccq/kPa 固快φcq/°①1 吹填土 3.36 42.7 17.9 1.17 0.75 2.92 16.1 9.4②1 淤泥质粉质黏土 7.79 43.9 17.6 1.24 0.79 2.94 15.7 9.2②2 淤泥质黏土 8.09 50.8 17.2 1.43 1.06 2.39 14.7 8.3②3 淤泥 8.11 53.7 16.9 1.51 1.17 3.21 14.5 8.1③1 粉质黏土 3.84 30.9 19.1 0.879 0.38 5.6 32.2 15.7③2 黏土 9.09 37.6 18.1 1.09 0.84 3.68 21.8 8.2

3 设计要求

3.1 分区加固

根据现场实际情况，设计将真空预压场地分 4 个区域，编号 1～4，各分区面积约为 3 万 m2。具体平面布置及各分区划分情况如图 1 所示。

图1 地基处理平面布置图

3.2 真空系统布置

1）在真空预压地基处理区域，按每隔8 0 0～1 200 m2均匀布置一套射流真空泵的原则，共布置真空泵 121 套。

2）排水板采用可测深塑料排水板（B 型），排水板打设有效深度 15.0 m，间距 1.0 m，正方形布置。

3）抽真空期间，膜下真空度稳定在 80 kPa 以上，真空预压满载时间≥120 d。

3.3 真空系统停泵标准

真空系统停泵必须同时满足以下 3 个条件。

1）真空预压满载（真空度稳定在 80 kPa 以上）持续 120 d 以上。

2）根据监测数据，真空预压区地表平均沉降量连续 5～10 d 每天≤2 mm。

3）根据监测数据，地基土体固结度达 85 % 及以上。

3.4 施工过程监测

施工监测主要是为了评价地基处理工程效果。通过监测数据，推算地基处理固结度和工后沉降量等数据，为确定卸载时间和评价地基处理效果提供依据。同时，通过地面测量，也为合理计算土石方量提供依据。本工程在施工过程中，开展了膜下真空度、地下水位、孔隙水压力、场地沉降、周边道路沉降和位移、土体分层沉降、深层土体位移等项目的监测。

3.5 施工质量检测

1）十字板剪切强度。采用原位十字板检测，3 m 以上≥15 kPa，3 m 以下≥10 kPa。

2）地基承载力检测。采用平板载荷试验检测，地基承载力特征值≥60 kPa。

3）取样与室内土工试验，土体物理力学性能指标检测。

4 实施简介

在场地完成三通一平并具备开工条件后，工程于2020 年 3 月 11 日开始塑料排水板插板施工，3 月 25 日开始安装真空预压排水系统，4 月 14 日开始铺设密封膜、安装真空泵及密封沟回填施工等工作，4 月 18 开始预抽真空，4 月 22 日开始全面抽真空（开泵率要求达到100 %，膜下真空度 80 kPa 以上），8 月 25 日真空预压卸载，真空预压满载时间为 125 d。

真空预压第三方监测单位于 4 月 7 日进场作业，4 月 16 日完成监测点位布置，4 月 18 日开始监测，8 月 21 日完成全部监测工作。真空预压前期监测频率为每天一次，待地基沉降逐步趋于稳定后，监测频率逐步调整至 4～5 d 一次。施工质量检测从 8 月 26 日开始，9 月 6 日完成工作任务。

5 施工工艺及质量控制要点

5.1 施工工艺

清表和场地平整→铺设编织土工布→打设可测深塑料排水板→排水板与滤管连接安装（同时开挖密封压膜沟）→铺设无纺土工布→铺设密封膜 2 层，密封膜压入密封沟→连接主管与真空泵→真空预压→真空泵停机卸载。

5.2 施工材料

真空预压施工中需要的建筑材料种类较多，主要材料包括塑料排水板、密封膜（真空膜）、编织布、土工布、滤管（真空管）和蝶形接头（四通接头）等。

5.2.1 基本要求

所有材料必须符合施工图设计要求及国家有关标准的规定。材料进场时，应核查材料的质量合格证明文件（出厂合格证、使用说明书及材料性能检测报告），对材料的品种、规格、包装、外观和尺寸等进行检查验收，并按要求进行抽样复检。

5.2.2 材料进场

由于加固中使用到的材料品种和数量多、占用空间大，且材料进场复验需要一定周期，施工组织需兼顾施工进度和材料抽样复验检测时间，科学制定材料进场计划，保证材料供应不会断货。材料进场前，应规划材料的堆放位置，材料进场后，分类堆放，方便使用。

5.2.3 土工布

土工布分为编织土工布和无纺土工布。其中编织土工布用于场地清表平整后铺设，目的是为了防止施工过程中产生的淤泥渗入到水平滤层，同时可以提供一定的承载力，方便插板施工。编织土工布的单位质量一般要求≥150 g/m2，其抗拉强度、断裂伸长率和梯形撕裂强度等关键指标应符合相关要求。

无纺土工布在滤管安装完毕后、密封膜铺设前使用，主要用于隔离淤泥并保护密封膜。无纺土工布的单位质量一般要求≥250 g/m2，其厚度、断裂强度和断裂伸长率等关键指标应符合相关要求。

5.2.4 塑料排水板

排水板采用可测深塑料排水板（B 型），方便插板深度的质量检查。排水板宽度为 100 mm，厚度为 4 mm，芯板必须采用纯新料的聚丙烯，其滤膜为聚酯化合物，芯膜整体热熔。塑料排水板的撕裂强度、抗拉强度、纵向通水量和等效孔径等关键指标应符合相关要求。

5.2.5 密封膜（真空膜）

密封膜的质量事关真空预压的效果，材料要求韧性好，抗老化和抗穿刺性能强。密封膜可以采用聚乙烯或聚氯乙烯薄膜，本工程选用聚氯乙烯（PVC）密封膜，厚度为 0.12～0.14 mm，其厚度、抗拉强度和断裂伸长率等关键指标应符合相关要求。

5.2.6 滤管（真空管）

真空预压滤管应保证环刚度，确保在抽真空期间不发生扁管变形。本工程选用高强 PVC 螺旋型弹性钢丝管。主滤管的内径 50 mm，壁厚≥3 mm，单位质量≥1 000 g/m。支滤管的内径 25 mm，壁厚≥ 2 mm，单位质量≥200 g/m。

5.3 施工要点

5.3.1 铺设编织土工布

铺设土工布（编织布）时宜由一侧逐步向区内方向进行铺设，编织土工布搭接处应使用尼龙线进行机械缝合，缝合时应采用双线缝合，要求无漏线、跳针等现象，搭接宽度不应＜100 mm。

5.3.2 排水板插板施工

1）选择插板施工机械。考虑到本工程地基吹填砂层较薄且“泥包”较多的特点，施工选择最为常见的钢轨式插板机，该机械自重较小，操作简单，移动方便，对本场区软土地基施工适应力较强［5］。但由于机械前进需架设钢轨，需配备较多施工人员。

2）定位。在预先铺设的编织土工布上，按正方形测量放样排水板打设位置（定位水平误差在 ±30 mm 以内），作好标记后进行插板。插板垂直度偏差不得＞±1.5 %。

3）排水板。排水板是竖向排水的通道，也是传递真空度的通道，打设的间距和深度直接影响着真空预压的效果。排水板打设深度不得小于设计深度，外露长度＞500 mm，保证与蝶形接头有可靠连接。当插板时排水板不满足设计长度时，不得接长，必须更换新的塑料板重新插板打设。为了保障质量，施工现场应安排专人旁站，监督检查，及时发现漏打、打设深度不足、回带严重、地表外露长度过短等施工质量通病，对不符合验收标准的，应及时在附近补打。

5.3.3 安装真空排水系统。

1）排水板与支滤管。排水板与支滤管连接采用蝶形接头，先将蝶形接头与排水板连接，再将蝶形接头与支滤管连接，各接头的连接采用木工枪钉进行固定。

2）支滤管与主滤管。本工程主滤管和支滤管的内径不同，采用变径三通连接支管与主管。支滤管的平行间距为 2 m，主滤管的间距视现场实际，一般间距不宜＞30 m，在真空预压区域的边缘，主滤管的间距可以适当减少。

3）主滤管与真空泵连接。主滤管通过出膜器、吸水胶管与真空泵连接，各部位的连接必须牢固可靠。安装后须开泵测试密封性，避免发生漏气现象。

5.3.4 布置密封系统

1）无纺土工布铺设。在铺设前，应该完成真空预压监测仪器设备的埋设和安装工作，全面清理场地内的硬尖物体。同时，须组织对真空预压的排水系统和监测点位安装等工程进行验收，合格后方可进行铺设。铺设无纺土工布一般采用人工滚铺、缝合搭接的方法进行，并应考虑留置变形余量。

2）密封膜铺设。在无纺土工布上铺设 2 层密封膜，密封膜周边埋入密封沟内。密封膜应在工厂热合一次成型，若现场拼接，搭接宽度≥2 m，密封膜应考虑留置变形余量。铺膜要选择天气好、风力较小的白天进行，安装人员脚着无钉软底鞋，采用迎风铺设，一次完成。铺膜后须进行质量检查，重点检查密封膜与真空射流泵、检测仪器交接处连接安装的可靠性和密封性，发现有破损漏气的部位，及时进行修补处理。密封膜铺设完成后，需要及时开启部分射流泵吸住真空膜，以防突发大风灌入密封膜内，造成薄膜掀翻破坏。

3）密封沟。本工程真空预压影响深度范围内的土层为淤泥和黏土，场地土层未分布有砂（卵石）土层等透气层，仅需在加固区域四周设置压膜沟而不需要设置止水帷幕。密封沟的开挖打设深度不应＜1.5 m，宽度宜为 1.2～1.5 m，密封膜埋入密封沟的土层深度须保证在 1.0 m 以上，沟内填土或灌水，确保密封。

5.3.5 抽真空

1）射流真空泵。本工程采用 7.5 kW 卧式泵箱式射流真空泵，整个加固区现场均匀布置 121 套真空泵，所有真空泵的真空计量表应进行编号。真空泵采用电缆分路馈送的方式进行配电，电缆线支架、泵箱等带棱角的物体用土工布包裹。为保证在抽真空期间真空泵损坏时可以及时更换，施工现场另外配备 6 台射流真空泵。

2）抽真空。抽真空按时间分为两个阶段。第一阶段为预抽真空，目的是为了防止土粒在短时高真空压力下形成土柱，一般可以采取控制开泵率、轮换开泵和逐渐增加开泵率等措施进行抽真空［6］，本工程采取逐渐增加开泵率的方式进行预抽真空，时间共 4 d。首先按照 30 % 开泵率要求抽真空 2 d，再按照 60 % 的开泵率要求抽真空 2 d。在预抽真空过程中，当真空压力至 40～50 kPa，应全面检查真空管是否漏气。第二阶段为抽真空阶段，此阶段开泵率要求达到 100 %，膜下真空度达到 80 kP 以上，真空预压满载（真空度稳定在 80 kPa 以上）后持续时间≥120 d。

3）巡查检查。真空系统运行期间，应每天巡查密封系统，如发现密封膜有破损漏气现象，用湿布擦拭清洁破损部位，采用配套的密封胶，将相同备用密封膜粘贴在破损处，保证密封性。

6 加固效果

1）根据监测数据，经过真空预压，场地内的最大沉降量为 941 mm，最小沉降量为 643 mm，总平均沉降量为 875 mm。根据场地沉降曲线推算，土体平均固结度为 91.8 %，最后 10 d 的沉降平均沉降速率＜2.0 mm/d，达到了设计要求。

2）根据工后取样与室内土工试验，对加固前后的土体的物理力学性能指标进行比较。试验数据表明，经过真空预压，②1层淤泥质粉质黏土和 ②2层淤泥质黏土的含水率分别降低了 12.98 % 和 8.86 %，孔隙比分别降低了 17.34 % 和 11.19 %，其他指标如天然重度、压缩模量、黏聚力和内摩擦角等指标均有所提高。土体的物理力学性能指标得到了明显改良，加固效果显著。

3）真空预压完工后，还进行了十字板剪切试验和静荷载试验。十字板剪切试验按照每 6 000 m2布置 1 个检测点的原则，共进行了 20 个孔位的试验；静荷载试验共随机选取了 6 个点位进行检测，两项检测试验结果均满足设计要求。试验表明，经过真空预压，地基承载能力有了大幅提高。