复合塑料排水板真空-堆载联合预压处理工艺创新设计研究

2023-11-29陈云钦陈宇源陈震林剑敏张敏

粘接 2023年11期

关键词：真空

陈云钦陈宇源陈震林剑敏张敏

摘要：针对深厚软土地基的处理，真空-堆载联合预压法是在真空预压施工的基础上进行优化后的一种地基处理工艺。研究在传统真空-堆载联合预压法的基础上，提出一种复合塑料排水板为竖向排水通道，对深厚软土地基进行处理，利用有限元分析方法对软土地基复合塑料排水板真空-堆载联合预压效果进行模拟。研究结果表明，复合塑料排水板真空-堆载联合预压与一般的现场实际处理效果相比沉降值差异在2%左右，表明采用该方法开展深厚软土地基处理的堆载高度合理、可行。

关键词：深厚软土地基；复合塑料排水板；真空-堆载联合预压；沉降值差异

中图分类号：U416.1；TQ325.3

文献标志码：A文章编号：1001-5922（2023）11-0173-04

Research on innovative design of combined vacuum and load preloading treatment technology of composite plastic drain plate

CHEN Yunqin，CHEN Yuyuan，CHEN Zhen，LIN Jianmin，ZHANG Min

（Fujian Institute of Geotechnical Engineering Investingation and Surveying Co.，Ltd.，Fuzhou 350108，Fujian China

）

Abstract：Aiming at the treatment of deep soft soil foundation，the combined vacuum-surcharge preloading method is a foundation treatment technology optimized on the basis of vacuum preloading construction.On the basis of the traditional vacuum-load combined preloading method，a composite plastic drainage plate was proposed as a vertical drainage channel to treat deep soft soil foundation，and the combined preloading effect of the composite plastic drainage plate on soft soil foundation was simulated by finite element analysis method.The results showed that the difference of the settlement value of the combined vacuum and load preloading of the composite plastic drainage plate was about 2% compared with the actual treatment effect，which indicated that the loading height of deep soft soil foundation treatment by this method was reasonable and feasible.

Key words：deep soft soil foundation;composite plastic drainage board;vacuum-stack combined preloading;settlement difference

傳统的深厚软土地基处理为真空预压法，有时会出现难以达到施工要求或在堆场施工处理以后承载力预估错误等问题［1-3］。复合塑料排水板技术是基于早期纸板排水法改进提出的，同时还吸收了砂井排水法的核心技术，与传统的软土排水技术相比，塑料排水板能借助插板机实现自动化施工，极大地提高了现场处治施工效率，且同等条件下施工成本低廉，非常适用于长里程的软土路基处治作业。因此，对于深厚软地基的处理需要运用真空-堆载联合预压法，以准确确定地基堆载高度、承载力及工后沉降等。研究以某一地基施工工程为例，对复合塑料排水板真空-堆载联合预压法在深厚软土地基的应用情况进行分析。

1 基本原理

1.1 真空预压法及其缺陷

真空预压法最早由杰尔曼教授于1952年提出，其基本工作原理如图1所示［2-4］。真空预压法是在需要进行加固处理的地基中插入竖向排水通道，然后通过铺设砂垫层、不透气薄膜的方法在膜下形成一层单独空间，再通过抽真空的方式形成负压，在负压的作用下被加工地基中的水分逐渐渗流到排水通道中，以到达排水、固结等目的。

这种地基处理方法的缺陷在于，操作工序繁琐，

施工难度较大，一般会产生较高的工程费用；施工时的预压效果存在一定局限性，预压区周边效果相对较差；受限于真空抽水时抽水高度的限制，一般超过8 m的淤泥地区抽水预压效果就会收到影响，软土、淤泥地区厚度越厚则抽水预压效果越差，一般进行深厚软度地基处理时的最大压力仅为85 kPa。

1.2 复合塑料排水板真空-堆载联合预压法

复合塑料排水板真空-堆载联合预压法（以下简称联合预压法）是在传统的真空预压法基础上加以改进获得的地基处理方法。联合预压法与真空预压法相比，多铺设了一层堆载层（包括堆土、滤水管道等），这一堆载层的存在一方面能够充作横向的排水通道；另一方面能够在堆载层自重的作用下，对软土层形成一定的下压力，从而结合真空预压法提供更大的超载压力，进而改变真空预压法地基处理时受大气压限制而无法进行更深层抽水的问题，能够很大程度提升深厚软度地基处理时的最大压力，一般可以达到95 kPa左右。

2 工程概况与施工方案设计

2.1 工程概况

联合预压法最适合于深厚软土，尤其是河边、海边等含水率高地区的深厚软土地基处理。因此，研究选择了我国某沿河地区为试验区，该地区的原状淤泥物理力学参数如表1所示。

试验区整体面积约80 000 m2，待处理的软土地基为吹填土和吹填前的水底原状淤泥。其中吹填土的厚度约为5 m，已经经过了浅层预处理，但此时的含水率高达100%，基本都处于流动状态，是一种典型的深厚软土地类型［5］；水底的原状淤泥厚度约15 m，含水率77.8%，且孔隙比达到了2.1%，是一种强度低、塑性指数较高的原状淤泥。

2.2 施工方案

施工方案的不同会直接形成不同的深厚软土地基处理效果。研究选择复合塑料排水板真空-堆载联合预压方案为施工方案，通过对比一般塑料排水板和不同间距的真空-堆载联合预压方案，得到最佳的排水板类型和施工间距，为后续深厚软土地基处理优化提供借鉴［6-8］。

2.2.1 排水板选择

表2所示是传统塑料滤膜排水板与复合塑料排水板在部分物力指标方面的对比情况。与一般的塑料滤膜排水板相比，复合塑料滤膜排水板在纵向同水量等指标方面具有明显优势。

选择复合塑料板作为深厚软土地基处理时的排水板时，保持排水板间的距离为0.95 m；普通塑料板排水板的板间间距为0.90 m。根据性能优劣差异，选择复合塑料滤膜作为排水板。

2.2.2 监测点位平面布置

图2所示为本次深厚软土地地基处理场景的平面布置情况。该工程现场被分为3个不同的大区，不同的大区内部对沉降标、分层沉降等标的进行标注［9］。

不同区域内的堆载程度有一定差异，地基处理前后根据各区域内不同的堆载情况，采用复合塑料排水板真空-堆载联合预压发配合十字板剪切实验等，得到各大区不同监测点的地基处理结果。图3所示为3个不同大区内部的地基监测点处理前后的分布情况。

图3所示的处理为浅层预处理，主要包括放样测量等准备工作、标记点坡口下浅板、铺设40 mm软式滤管、铺设长丝土工布、填筑覆水围埝、钻取土试验孔等［10-11］。

2.3 施工工艺

在浅层预处理工作全部完成以后，即可开展深厚软土地地基复合塑料排水板真空-堆载联合预压，其基本流程如图4所示。

铺设土工布、土工格栅的目的，是充分提升身后軟土地基的承载力；中粗砂垫层的存在能够一定程度上增强复合塑料排水板在水平方向的排水能力，同时对排水管形成一定的保护；复合塑料排水板与排水管之间需要通过蝶形接头进行连接［12-14］。土垫层、中粗砂垫层等的厚度如表3所示。

3 真空-堆载联合预压结果

3.1 真空度

联合预压过程中，通常情况下膜下真空度都会随时间的延续而降低，最终达到一种较为平衡的状态。表4所示是300 d时间内联合预压从抽真空开始到最后达到最终平衡时的真空度变化情况［15］。

由图4可知，真空度随时间的变化呈现出先不断增加、后短时间降低、再短时间增加、最后趋于稳定的状态。随着抽真空的进行，联合预压过程中所使用的复合塑料排水板薄膜下方的真空度会逐渐增大，当时间为35 d左右时这一数据达到86.7 kPa，超过了85 kPa的地基施工要求；抽真空时间超过35 d以后，膜下真空度开始逐渐降低，这是因为在抽真空时间超过35 d以后复合塑料排水板上的水开始被排出，此时密封膜的密封效果出现下滑，导致真空度下降；当抽真空时间达到45 d以后，真空度又开始提升，这是因为此时的膜上土工布、砂垫层等开始堆载，此时的部分漏气点被土工布、砂垫层覆盖，膜下真空度开始回升，表明堆载层的存在能够正向影响膜下真空度；膜下真空度最终保持在79.0 kPa左右，没能达到堆载前的水平，这可能是因为堆载过程中由于各类堆载填料的加入磨坏了排水板薄膜的部分密封，导致最终出现了漏气，但是堆载物的存在又不会使这种漏气现象长期持续，因此才能达到最终的稳定条件［16-17］。

3.2 预压效果模拟对比

将复合塑料排水板、塑料排水板、现场施工3种不同状态分别命名为预压A、预压B、现场预压3组，对3个组的地表沉降量结果进行有限元分析对比，得到表5所示复合塑料排水板、塑料排水板、现场施工3种不同状态下的地表沉降量结果。

通过预压A、预压B两种不同预压方式地表沉降量误差对比可知，尽管采用一般塑料排水板联合预压的误差为7.5%，也能够满足一般施工低于10%误差的需求［18］，但是采用复合塑料排水板的联合预压最终误差仅为2%，其预压精度好于一般塑料排水板联合预压。可见，采用复合塑料排水板开展真空-堆载联合预压的效果更好。

4 结语

采用复合塑料排水板开展真空-堆载联合预压实验，并将这种方法与现场实际处理效果数据进行对比，结果表明该法很好地解决了传统真空预压法处理时的压力上限问题，沉降量的最终误差仅为2%，是一种很好的软土地基处理方法。通过分析膜下真空度变化情况、孔隙水压力随时间变化情况等，可以得出该方法能够满足实际施工需求，通过对比一般塑料排水板开展真空-堆载联合预压的地表沉降量，得出该方法的施工精度较高、误差较小。在今后的深厚软土地施工过程中可以充分运用这种复合材料排水板代替传统的塑料排水板，但是在施工过程中，尤其堆载环节应格外注意不要让堆载物对薄膜造成破坏［19］。

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