真空预压软基处理效率提升方法剖析

徐东阳 中交广州航道局有限公司

1.概述

1.1 工程概况

翔安南部莲河片区（东园地块）造地二期项目（下称东园造地二期项目）位于福建省厦门市翔安区新店镇，莲河片区位于翔安区东南沿海前沿，西侧隔浔江港水道与厦门岛相距14.7km，南侧紧邻大嶝大桥，与大嶝岛一桥之隔。距离大嶝岛约1km。施工内容为对东园一期陆域形成区域进行地基处理，地基处理方式主要为道路居民用地区域采用真空预压（个别特殊区块采用表层碾压或浅层换填砂），公园绿地区采用表层回填。总地基处理面积约263万m2，真空预压处理面积166.96万m2，施工面积大、地质情况复杂。

1.2 地质条件

吹填区范围内，根据其构成成分不同，可分为以下五个亚层：

（1）素填土①：褐红、褐黄色，干燥-稍湿，稍密。

（2）吹填淤泥②a：灰黑色，饱和，流塑，成分主要由粘、粉粒构成，含少量贝壳等有机质[1]。

（3）吹填砂②b：灰黄色，中湿～饱和，稍密，主要由石英中细砂吹填而成。

（4）吹填淤泥混砂②c：灰黑色，饱和，流塑～软塑，成分主要由粘、粉粒近期吹填而成，含10%～25%中细砂，含少量贝壳等有机质。

（5）吹填砂混淤泥②d：灰黑色，饱水，松散状，主要由中颗粒石英砂近期吹填而成，泥质含量约占15%～25%。

1.3 施工要求

（1）抽真空恒载时间按3个月控制，具体时间按固结度和工后沉降确定；

（2）预测工后沉降≤50cm；

（3）固结度一般达到85%以上；

（4）沉降速率连续5d＜3mm/d。

2.生产效率提升方法及质量管理要点

真空预压加固软基技术是一种快速、简洁、便宜、无污染的软基加固方法。经过我国科技工作者多年的努力，该项技术已达到国际先进水平，为广大的沿海软土地区的工程建设做出了巨大贡献。截止2015年我国用该法成功处理了6000多平方公里的软基，创造了相当大的社会经济效益。

真空预压加固效果的好坏主要取决于排水系统、密封系统和动力系统。随着真空预压技术在软基加固中的大量应用，真空预压的工艺技术水平不断得到提高，真空预压处理软基的深度和处理面积逐步增大，真空预压的工程应用单位已从港口、进场、公路领域发展到市政、建筑和水利等领域。

真空预压软基处理工作原理为将加固土体密封，使用真空设备在土体内形成负压，通过压强差将水和气沿着排水通道排出，快速降低孔隙水压力，使土体达到排水固结。此项工艺要求加固土体周围密封性良好，在施工中常采用泥浆搅拌墙、密封膜进行密封处理；加压抽真空设备一般采用射流泵或水气分离系统，要求设备能提供足够的真空压力；当水体和气体排出时，需要顺畅的排水通道，不能堵塞，否则将加大排水压力，达不到地基处理效果。本工程真空预压处理区域面积为166.96万m2，工程量占比大，并且关键工序施工质量差的话难以补救，因此真空预压的施工关系到整个项目成败。提高真空预压地基处理效果，缩短真空预压施工周期，对于工程整体施工质量控制及降低施工成本方面影响颇大。

2.1 影响生产效率及质量因素

结合本工程现场实际情况，对现阶段完成抽真空作业的6个区域施工关键数据进行分析。

恒载抽真空时间过长，其中部分区域恒载时间为138d，超过设计要求的3个月。详见图1。

图1 恒载时间统计图

6个区域在恒载抽真空期间，膜下真空度多次异常波动，导致暂停满载计时，同时部分区域异常率（异常天数/恒载天数）为21.43%，这意味着有将近五分之一的施工时间被浪费，虽然最终固结度及沉降速率能都满足设计卸载要求，但是实际抽真空天数大于计划真空预压周期天数十几天甚至更长，会极大地影响工期并增加成本。可通过从真空预压排水、加压、密封三个系统各个工序的施工工艺改进着手，结合人、机、法、环综合分析影响因素，查找真空预压区膜下真空度异常、满载时间偏长的原因，原因分析如表1所示。

表1 原因分析表

对现场调查分析后，发现5项代表性问题：①抽真空期间密封膜破损情况严重。②泥浆搅拌池泥浆搅拌不均。③监测用真空表存在失灵情况。④出膜口接头漏气情况严重。⑤部分区域塑料排水板、泥浆搅拌墙打设时遇阻，地质情况不明。

2.2 影响因素处理方法

针对出现问题，具体应对措施为：

（1）制定真空预压异常处理机制：根据真空预压相关管理流程，制定真空预压监控——巡查制度，成立真空预压管理小组，负责真空预压区抽真空管理工作。

（2）成立真空预压现场巡查小组：根据人员配备情况及现场实际施工作业情况，成立巡查小组，进行真空预压区每日日常巡查，巡查中发现密封膜破损、停泵、线缆落水等现象及时处理。每周组织2次膜下真空度比对。

（3）更新真空表及真空导管等设备：组织人员对现场老旧设备使用情况进行比对检查，对老旧破损设备进行退场处理，更换全新设备，并安排项目部专业电工进行检查处理。

（4）引入自动化监测技术：可结合传感技术等信息化手段，引入自动化监测技术，围绕软基处理施工过程监测中的关键环节进行改进，建立具备数据采集、预警等功能监测及管理平台。相较于传统人工监测方法，自动化监测可节省人力、数据采集时间，可实现施工全过程监测，观测数据形成成果极快，并且数据精度不受观测优化真空度监测点位。

（5）对现场真空度监测点位进行增设：①分别在水汽分离罐体进水口、顶部增设监测点位，用以实时监控罐体真空压力；②泥浆搅拌墙墙体内每隔1m深纵向埋设测头，用以监测泥浆搅拌墙的密封性；③在出膜口、水汽分离罐进水口及两者之间的进水管道上增设测头，用以比对真空压力的传递效果。

（6）加强现场巡查：指派专人每天查看膜下真空度情况。对于异常区域异常测点，通知真空预压现场巡查小组进行异常问题排查处理。每天下午对异常处理情况进行核查，查看膜下真空度数据变化情况，若真空度异常情况未改变，再次组织人员排查直至排除异常。

（7）地质情况多变：通过对泥浆搅拌墙轴线范围进行补勘，确保地质情况真实准确，对于特殊地质情况进行特殊处理。在泥浆搅拌墙附近补勘，发现夹砂层或硬土层进行多次补打、补浆，保证密封墙的密封性。

2.3 质量控制要点

（1）采用运输车直接运送至施工区进行摊铺，如泥层比较厚，地基承载力比较差，会造成部分小区域有淤泥拱起现象。可利用运输车运砂至倒砂点，通过小装载车倒运砂进行摊铺，确保了砂垫层施工平整度。

（2）抽真空过程中，特别是在前期半个月时间（真空膜贴合砂垫层过程），由于砂垫层存在较多贝壳碎片、粗砂颗粒等尖锐物，在较大负压下尖锐物经常性顶破密封膜，造成多处漏气。

需安排工人24h值班巡视，发现漏气孔及时修补。主要方法是待水面平静下来后，开始进行观察，若发现水面有气泡浮出或形成小漩涡，且单位时间内水位下降，则可确定该嫌疑区有密封膜破损点，破损位置为气泡浮出或形成小漩涡的部位。

3.施工工艺优化

3.1 密封膜铺设工艺改进

施工过程中发现密封膜破损严重，并且修补后效果不佳，出现二次破损情况，经过进一步调查发现，砂垫层中贝壳等尖锐物含量过多，大面积刺破密封膜导致漏气，对其他正在铺设砂垫层的区域进行排查，发现各区均存在贝壳过多的情况。针对此类情况，经调查砂垫层砂源的砂质情况，确认是取砂区自身砂质问题，因此在砂质情况无法改善的情况下，虽然在铺膜前已对砂垫层进行整平及表面尖锐物清理，但在真空加压过程中，贝壳等尖锐物还是会露出砂垫层顶破密封膜。影响抽真空质量的同时，加重工人的工作负担，进而影响到工作积极性。

为防止砂垫层中粗颗粒、贝壳等尖锐物在抽气加载过程中刺破密封膜影响真空预压效果，可对真空预压施工工艺中三层密封膜进行改进。将部分贝壳等尖锐物含量较多的真空预压区底层密封膜替换为200g/m2无纺布，即一层无纺土工布+二层密封膜。利用无纺土工布较为坚韧的材质将砂垫层与密封膜分隔开，避免其直接接触，降低密封膜破损情况发生[2]。

3.2 出膜装置改进

出膜装置安装时，需将安装位置处的密封膜开口后进行安装，破坏密封膜的整体性。可通过优化装置的出膜管和连接弯管，可实现无须提前将密封膜开口后再连接出膜装置，而后对出膜口进行密封处理，避免了烦琐的出膜施工，有效地提高了真空预压抽气排水过程中的密封性。

3.3 泥浆搅拌墙施工工艺改进

泥浆搅拌墙因自身施工原因导致的漏气情况进行分析调查，一般有以下四种情况，但是根据现场施工质量管控情况来说，以前两种情况为主：①泥浆搅拌墙完工时间较长，外部出现干裂，从而影响密封性[3]；②泥浆搅拌墙打设过程中，泥浆比重控制不达标，影响墙体渗透系数；③泥浆搅拌墙打设深度不足，未打入下卧不透气土层；④泥浆搅拌墙轴线附近塑料排水板垂直度控制不合格，导致排水板打入泥浆墙。

解决措施为：①使用泥浆比重计实时监测泥浆搅拌池内的泥浆浓度[4]，确保泥浆比重达标。②对于出现干裂情况的区段，需及时覆水养护。针对部分干裂情况严重的，可使用注浆管路对泥浆墙进行补注浆。泥浆制备时加大膨润土掺入量，利用加压设备将泥浆注入漏气段泥浆墙中。根据施工实例，漏气区域补浆后膜下真空度有一定提升。③泥浆搅拌墙打设完毕后，可取样送检，检测墙体渗透系数等各项指标，确保密闭效果。④组织专业钻孔队在泥浆搅拌墙打设困难区域进行补勘，确保地勘资料详细准确。当补勘后发现地层中存在较深较厚砂层或建筑石块时，需针对不同情况进行最优处理，确保后续真空预压作业的密封性。具体处理措施可根据砂层厚度及范围进行灵活处理。若砂层范围较小，可根据地质补勘资料绕过砂层范围，对泥浆搅拌墙进行“改道”。若砂层范围大，避免不了时，可调整技术参数，加大泥浆注入量，增加喷搅次数进行施工，以成本与时间换质量，确保密封效果。在真空预压过程中泥浆墙可能会因为下卧砂层产生较大沉降，使密封膜与泥浆搅拌墙脱离。日常巡查时，发现此类情况，应立即回填黏土或进行补浆处理，重新踩膜保证密封性。

在泥浆搅拌墙打设完毕后，为了检测墙体渗透系数等各项指标，确保密闭效果，需对其进行取样送检，但是此类超软土的取样工作存在诸多困难，对精确地在某一深度取出相应的土样时最为关键。

4.结语

通过加强真空预压巡查管理、改进施工工艺、更新监测设备、引入自动化监测技术等多个方面措施，由内到外，加强管控。可做到降低膜下真空度异常率，保证真空预压地基处理效果，真空预压恒载时间控制在合理范围内。整体真空预压地基处理效果得到一定提升，同时可以减少施工工期，节约机械、人力等成本，降低真空预压异常情况发生频率，保证地基处理质量，避免了返工等情况发生，带来可观的经济效益。