真空預(yù)壓技術(shù)在天津港軟基處理中的應(yīng)用

王洪余

天津港是建造在淤泥質(zhì)海岸上的人工港口。該地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)是海相和陸相交錯形成的,該地區(qū)壓縮性高、含水量大、天然抗剪強度低的軟土層(淤泥、淤泥質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)亞黏土等)厚度一般在20 m左右,個別地區(qū)達25 m,因而,如何處理軟基對港口建設(shè)的發(fā)展有著十分重要的作用。近年來,隨著天津港圍海造陸和圍埝工程的興起,塑料排水板結(jié)合真空預(yù)壓加固軟基技術(shù)在港口工程中得到了廣泛應(yīng)用,此方法具有造價低、工期短、節(jié)省土方、加固效果有保證的優(yōu)點。因此,特別是對地面設(shè)計荷載比較高的港口工程具有堆載預(yù)壓和其他加固方法無法比擬的優(yōu)勢。

1 施工工藝及方法

1.1 挖密封溝

密封溝就是在加固區(qū)四周挖一定深度的溝槽用于埋設(shè)密封膜,深度一般以進入不透水層頂面以下1 m為宜。密封溝工作量雖不大,但它直接關(guān)系到密封效果的好壞,因此要認真、細致、嚴格地去做好這一工作。密封溝施工采用液壓反鏟、人工配合開挖,在鋪設(shè)密封膜以后,用淤泥或黏土回填密實。

1.2 埋設(shè)管路及膜下測頭

真空濾管采用φ76 mm硬質(zhì)透水管(硬聚氯乙烯或聚丙烯管),壁厚2.9 mm,打孔加工后包土工織物濾水管層,并捆扎結(jié)實,濾水層應(yīng)只透水汽不透砂。對于真空濾管采用膠管連接的,膠管套入濾管長約100 mm,并用鉛絲綁扎,綁扎要緊,同時綁扎鉛絲結(jié)頭嚴禁朝上,以免扎破濾膜。濾管相交叉處采用二通、三通或四通連接。在加固區(qū)的中間部位,管與管之間用四通管連接,旁邊管用三通管連接,四個角管與管之間用二通管連接,為防止有較大的不均勻沉降,二通、三通、四通與濾管之間以及濾管與濾管之間采用橡膠波紋管連接,膠管套入濾管長約10 cm。濾管接好后埋入砂中20 cm左右,埋好后再用砂覆蓋好,覆蓋密實度與砂層一樣。膜下真空度測頭分別布置在角點和加固區(qū)中心,角點膜下真空度測頭距加固區(qū)邊線5 m,與真空濾管的距離不小于3 m,嚴禁真空度測頭與濾管直接連接。

1.3 鋪設(shè)密封膜、出膜

在上述工作完成后,應(yīng)先撿除砂墊層表面雜物,并人工細平砂墊層。待埋完真空表測頭及其他觀測儀器后,人工鋪設(shè)密封膜。密封膜采用三層聚乙烯或聚氯乙烯薄膜,密封膜質(zhì)量必須符合設(shè)計要求,密封膜要求在工廠熱合一次成型,若現(xiàn)場粘結(jié),搭接寬度不得小于2 m。真空膜分層鋪放在整個真空預(yù)壓區(qū)域,注意四周加固,密封膜應(yīng)留有足夠的超寬余量(3 m～5 m),然后將膜體周邊埋入密封溝內(nèi),用淤泥、黏土回填密封溝并壓實。鋪密封膜是本工程的關(guān)鍵工序,質(zhì)量好壞直接影響加固效果,防止密封膜的損壞。出膜:濾管出膜端采用出膜器予以處理。真空主管通過出膜器及吸水管與真空泵連接,出膜器的連接必須牢固,密封可靠。出膜器采用φ5 cm無縫鋼管制成,伸出膜外30 cm,出膜口留有可伸縮扎緊的富余膜,所有的膜操作人員必須穿軟底鞋或光腳進行操作。

1.4 安裝射流泵、安放地表沉降標(biāo)

1)本工程射流泵采用3BA-9型,額定功率為7.5 k W,能形成不小于0.096 k Pa的真空壓力。2)安裝時按射流泵布設(shè)圖進行,必須保證位置準(zhǔn)確,連接處要密封,安裝后進行調(diào)試,檢查質(zhì)量,做好抽氣準(zhǔn)備。3)沉降標(biāo)底板放置在密封膜之上,隨沉降的發(fā)展,沉降標(biāo)隨之下沉,用水準(zhǔn)儀定期觀測,埋設(shè)完畢后,立即測量桿頂初始高程。4)接通抽真空設(shè)備。

1.5 抽真空及真空維持

1)試抽氣。調(diào)整各種儀器的初讀數(shù),進行開泵抽氣,檢查膜上是否有漏洞,如有,要采取措施修補好,修補好后,可向膜上覆水,抽真空,膜下真空度達到650 mmHg(85 k Pa)。2)正式抽氣。要求膜下真空度大于650 mmHg(85 k Pa),恒載72 h后開始正式計時。真空滿載計時后,確保達到設(shè)計要求的開泵率。真空預(yù)壓滿載抽氣時間90 d。3)抽氣過程。在抽氣過程中,要維持射流泵的正常運轉(zhuǎn),射流箱內(nèi)循環(huán)水要不斷補充,水泵、電機要定期維修保養(yǎng),并各有一定數(shù)量的備用水泵、電機。4)真空恒載后。抽氣過程中保證設(shè)計真空壓力,確保達到設(shè)計要求的開泵率。5)排水。真空預(yù)壓過程中,采取集中、有序的排水方式,避免對周圍其他工程施工區(qū)域造成負面影響,保持現(xiàn)場環(huán)境的井然有序。6)恒載階段的沉降觀測。真空恒載后,依據(jù)高程控制網(wǎng)在施工中應(yīng)及時做好現(xiàn)場的沉降觀測工作,要求施工前期每隔1 d測讀一次,施工后期每3 d測讀一次,泵上及膜下真空度每4 h測讀一次,并做好記錄。7)施工記錄。每天按要求時間對真空度予以記錄,對于設(shè)備運轉(zhuǎn)情況,供電情況及其他與真空預(yù)壓有關(guān)的施工情況均要進行嚴格詳細記錄。

1.6 真空預(yù)壓卸荷驗收

當(dāng)真空預(yù)壓加固區(qū)在膜下真空度達85 kPa的條件下連續(xù)抽真空3個月,或已經(jīng)滿足設(shè)計要求的固結(jié)度時,即可以停機卸荷,交工驗收。

2 真空預(yù)壓加固效果分析

2.1 分層沉降分析

圖1是天津港滾裝碼頭堆場加固工程2區(qū)真空預(yù)壓的分層沉降曲線,可以較客觀地反映出真空預(yù)壓的沉降趨勢。

根據(jù)分層沉降的監(jiān)測數(shù)據(jù),各加固區(qū)沉降量為892 mm～1 334 mm,卸載時根據(jù)分層沉降推算的固結(jié)度為90.0%～91.1%,且卸載時各加固區(qū)連續(xù)10 d實測地表平均沉降速率不大于2.0 mm/d,滿足設(shè)計要求。

2.2 孔隙水壓力分析

在抽真空過程中,由于真空度向下傳遞,引起土體孔隙水壓力降低,從圖2中2區(qū)的監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出,真空預(yù)壓過程中孔隙水壓力向深度方向傳遞明顯,孔隙水壓力消散情況良好。

2.3 其他監(jiān)測及結(jié)論

1)根據(jù)施工單位提供的地表沉降數(shù)據(jù)進行分析可知,地基在施工過程中發(fā)生了較大的沉降,實測地表總沉降在1 165 mm～2 288 mm之間,且連續(xù)10 d的沉降速率不大于2.0 mm/d,滿足設(shè)計要求。2)根據(jù)實測分層沉降的監(jiān)測結(jié)果,真空預(yù)壓期間土體的總壓縮量為892 mm～1 334 mm,卸載時利用分層沉降推算的地基綜合固結(jié)度為90.0%～91.1%,且連續(xù)10 d的沉降速率不大于2.0 mm/d,滿足設(shè)計要求。3)根據(jù)孔隙水壓力的監(jiān)測結(jié)果,加固過程中地基充分排水固結(jié),卸載時根據(jù)孔隙水壓力消散情況推算的地基綜合固結(jié)度為85.7%～90.4%。4)根據(jù)加固前后的取土試驗結(jié)果進行對比分析可知,加固過程中地基土的物理力學(xué)指標(biāo)均得到了有效改善,主要加固土層土性指標(biāo)改善明顯,起到了較好的加固效果。5)通過加固前后現(xiàn)場十字板剪切試驗可以看出,各加固土層的抗剪強度均有較大的提高,主要加固土層的十字板抗剪強度增長十分顯著。

3 結(jié)語

根據(jù)以上分析,真空預(yù)壓對于大面積深厚軟基的處理具有工期短、造價低、施工簡便、效果好的優(yōu)勢。在將真空預(yù)壓應(yīng)用到港區(qū)大面積軟基加固中時,對于真空預(yù)壓的分塊、吹填泥面的處理、加固區(qū)的密封、真空度恒載及地基中砂性土的分析等是技術(shù)處理的關(guān)鍵,根據(jù)實際情況增加覆水深度將使真空預(yù)壓取得更大的成效。

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