基于深层真空预压法的港口堆场软基处理技术

2023-01-04刘朝文河南省交通规划设计研究院股份有限公司

珠江水运 2022年23期

刘朝文河南省交通规划设计研究院股份有限公司

在当前阶段，由于我国常用的软地基建筑一般状况下是由于含水率较大、土壤的内孔隙大、压缩系数较高等原因的出现，使得其凝结的速率也会比较缓慢，因而真空预压技术已经成为排水凝固的最普遍的技术之一，在一定意义上也发挥着促进了港口施工开发和建设的重要功能[1]。真空预压技术比较适用于软土地基安全性较差且承载量较小的前提下，它不但能够在更具体的施工中得以广泛的应用，而且还提高了软土地基处理后整体的安全性，为后期工程使用过程中的可靠性奠定了基础。真空预压法加固的时间相对较短，并且造价低等优势，使其广泛地应用在港口的工程建设中。

1.工程概况

本文以某港口堆场软基处理工程为例，对上述阐述的问题进行实例分析与验证。某港口堆场软基处理项目中，在吹砂填海工程完成后的自然凝固一段时间内，主要采用了深层真空预压法对软基进行处理，总共进行处理的区域面积大概有150万m2，主要采用了主机频率约在8.5Kw/台的射流泵进行处理，布置的设备密度约在每台1000～1200m2左右，并将处理区域以5万m2左右的面积划分，并对每一区域实施管理措施。本项目中主要的实施步骤，包括了：该区域内全部完成三维的土工网垫的敷设，完成后在网垫上方再铺设一层砂垫层，随后设置塑料的排水板以及密封墙，在排水板处铺设三通和四通的滤管，并在上方进行抗老化的封膜处理，全部完成后对内部进行抽真空处理即可。真空预压状态下，密封膜下方的真空度需要在90MPa以上，满足这个程度的时间范围则需要在90～120天，而对其进行卸载时，需要让其凝固程度在90%以上、沉降程度在25cm以下、承载力在65kPa即可[2]。

2.港口堆场软基处理技术

2.1 竖向排水施工

深层真空预压法不仅可以对软基土层进行加固处理，还能够提高地基整体的承载能力，其施工的工业流程如图1所示。

图1 深层真空预压法施工流程图

竖向排水施工主要就是应用在普通的砂井、袋装的砂井以及塑料的排水带工程中，本次工程所使用的则是SPB—Ⅲ型的塑料排水板。塑料的排水带因为所使用的材料不同，导致其自身的断面结构也各有不同，可以将其分为多孔单一结构和复合结构这两种类型，绝大多数的工程所使用的均为复合型结构[3]。复合型结构是在塑料芯外部包裹着一层滤膜，这种材质由聚氯乙烯和聚丙烯所组成，在具有透水性的同时，也可以将泥沙进行阻挡。所使用的滤膜材料，通常要选择大于65#的涤纶纤维，在保证材料中的含胶量在40%以上后，也需要让滤膜孔径满足下式中的条件。

其中：f85表示周围土体的粒径在曲线中占85%的粒径（mm）；和f15表示周围土体的粒径在曲线中占15%的粒径（mm）；P15标着滤膜的开口孔径在曲线中占15%的粒径（mm）。

塑料的排水带施工是竖向排水施工的重要步骤，其质量在很大程度上是由施工机械的性能来决定的，因此在施工时可以选择插带机械进行施工。竖向排水施工的质量、要点以及具体步骤，如表1所示。

表1 竖向排水施工

2.2 水平排水施工

水平排水层存在的主要意义，是在实施深层的最大真空度预压力过程中，能够把从土壤进入的水分快速地排除，从而使土壤能够在短时间内实现正常的凝结，避免颗粒堵塞排水系统，所以水平排水层浇筑的质量，将直接地影响到预压力的持续时间及其在凝结后的效果。因此水平排水层的建筑材料选用透水性能较好的细砂石料，其渗透性的系数必须达到10-3cm/s以上，并且具备相当程度的反滤能力[4]。至于排水盲沟的材质，则选用砂子粒径在5cm以下的细砾沙即可，但同时也必须符合如下式的要求。

其中：f代表着盲沟，f'代表着排水沟。f15代表某粒径含量占总比重15%的粒径，f85代表某粒径含量占总比重85%的粒径。

无论采取哪种施工方式，都必须防止水对软土基础进行的大量破坏，这就能够有效防止砂石和泥沙的混入，进而影响水平排水的效率。此外，在敷设水泥垫板前，还必须把砂井内的泥沙和其它杂质一起清除干净，有利于提高排水的速率。至于水平排水层的施工和敷设方式则如表2规定。

表2 水平排水层施工

2.3 密封系统与抽真空施工

使用深层真空预压技术进行施工时，主要的难点就在于密封，因为加固区域底层的密封程度是无法进行改变的，而且使用真空进行加固区域的底层是由淤泥以及粘土所组成，其渗透的系数要比粘土搅拌墙要小，所以在密封时就需要对土层侧面以及表面进行着重考虑。

粘土的密封墙主要使用于土壤质地较为松软的地基处，需要使用搅拌桩将大于1.5的泥浆注入至不透水层中的60cm处，从而形成一定厚度的粘土墙，这样就可以起到密封沟的作用。然而，根据粘土密封墙内部影响半径的经验公式所示。

其中：d表示涂抹区域的直径；G表示不透水层的深度；l则表示渗透的系数。通过上述公式很明显可以看出，密封墙的厚度要比半径R大，否则加固区域外部的水分会流入到加固区域内，从而影响着真空的效果、而且因为密封墙是由泥沙混合而成，墙体的颗粒就会容易出现流失，使渗透的系数增加，从而影响着密封的效果，图2则为墙体颗粒流失的详细示意图。

图2 密封墙体颗粒流失示意图

选择正确的密封方式，是保证工程顺利进行的基础，而密封膜又在真空预压过程中起着至关重要的作用。在对于密封膜的选择时，首要选择的是强度较大、重量较强、密封较好。且相对比较抗老化以及耐腐蚀的材料，通常情况下选择由聚乙烯聚氯乙烯制成的即可。进行真空抽取的设备是深层真空预压动力的来源，所需要的设备数量，应该按照加固面积来进行确定，一套抽真空设备可使用的面积在1200m2左右。而深层真空预压的区域则是一个正方体的土层，而此时所需要配置的设备就需要根据软基土的体积来确定，具体如下式（4）所示。

其中：W代表加固土壤的体积；m代表抽真空设备的数量；W'代表着每一台设备可以加固的土壤体积。至此，可以实现基于深层真空预压法的港口堆场软基处理技术。

3.应用与分析

为了验证港口堆场软基处理技术的有效性，将本文的施工技术作为实验组，同时选择两种不同的传统施工技术将其对实验组进行对比，通过比较三种不同的技术方法来测试实际使用效果。实验测试为相同环境下港口堆场的软基结构，为了保证检测结果是否准确，对处理之后的软土地基进行了沉降的测试，具体结果如图3所示。

图3 软土地基累积沉降曲线示意图

由图3可以看出，同样经过30天的时间，使用高压灌浆法对软基进行处理之后，累积沉降量已经达到350 mm；使用深层搅拌法对软基进行处理之后，累积沉降量达到了230mm；而使用真空预法对软基进行处理之后，累积沉降量才达到50 mm。由上可知，使用高压灌浆法之后，软基平均每天发生的沉降量为51.8mm；使用深层搅拌法之后，软基平均每天发生的沉降量为27.5mm；而使用真空预压法之后，软基平均每天发生的沉降量只有6mm。可见本文所使用的处理技术，可以让港口堆场的软基发生沉降距离变短。为了使测试结果更加准确，还需要对膜下的真空压力变化进行测试，根据相关规定可知，膜下真空压力需要控制在0.85MPa以上，结合这一规定对其进行膜下真空压力测试，具体结果如表3所示。

表3 膜下真空压力测试结果

从表3中记录的数据可以看出，在使用真空预法对软基进行处理之后，测试天数从5天增加到30天时，真空压力的最小值为0.9MPa。根据相关规定可知，膜下真空压力需要控制在0.85MPa以上，表3中记录的数据充分符合这一要求。综上所述，在对港口堆场的软基技术进行优化之后，可以让软土地基维持在相对稳定的状态，证明使用深层真空预压法的软基可以在安全的前提下让整体结构更加稳定。