淺談?wù)婵疹A(yù)壓法在加固軟土地基中的應(yīng)用

摘 要：根據(jù)天津臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)緯二路工程中，介紹了真空預(yù)壓法在加固軟土地基施工中的應(yīng)用，同時對真空預(yù)壓效果進行了分析，對其加固機理進行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：真空預(yù)壓 軟土 加固 應(yīng)用 分析

中圖分類號：U41 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（a）-0034-03

真空預(yù)壓法是利用抽真空來加固軟土地基的一種地基加固方法，屬于排水固結(jié)法。最早是由瑞典皇家地質(zhì)學(xué)院杰爾曼 （w.Kjellman）教授于1952年提出的。該技術(shù)于20世紀(jì)80年代之后在我國取得了長足的發(fā)展和應(yīng)用，目前已成為加固軟土地基的一個行之有效的、常規(guī)實用的方法，在沿海地區(qū)應(yīng)用較為廣泛。

1 工程概況

天津臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)位于濱海大道東側(cè)，臨港工業(yè)區(qū)三期以南填海區(qū)域。緯二路位于產(chǎn)業(yè)區(qū)北部，西起濱海大道，東至臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)規(guī)劃的三經(jīng)路，起點K0+012.804，終點K1+276.707，全長1263.903 m。其中采用真空預(yù)壓方法加固的地基處理面積為79031.925 m2。

2 真空預(yù)壓法簡介

真空預(yù)壓法處理地基，首先在新吹填泥面上回填素土作為工作墊層，再將袋裝砂井或塑料排水板打入土體，作為垂直排水通道；其次在素土工作墊層上面鋪筑20 cm左右厚的砂墊層，作為水平排水通道；然后，將不透氣的薄膜鋪設(shè)在需要加固的軟土地基表面的砂墊層上，薄膜四周埋入土中，借助埋設(shè)于砂墊層中的管道，將薄膜下土體中的空氣抽出，使其形成相對負(fù)壓，從而在塑料排水板和周圍土體之間形成壓力差，使土體中的孔隙水注入塑料排水板被排出，從而使土體達到固結(jié)。真空預(yù)壓系統(tǒng)由抽真空系統(tǒng)、排水排氣系統(tǒng)和密封系統(tǒng)三部分所組成，排水系統(tǒng)主要改變地基原有的排水邊界條件和傳遞真空壓力，增加孔隙水排出的路徑，縮短排水距離，減少加固時間。根據(jù)本工程要求，膜下真空度保持在在650 mmHg以上（相當(dāng)于85 kPa）作為設(shè)計壓差。

3 真空預(yù)壓加固軟基施工控制

3.1 主要施工工序

平整場地→工作墊層鋪筑→打設(shè)塑料排水板（含沖孔）→鋪砂墊層→鋪設(shè)濾管、安裝射流泵→挖壓膜溝、鋪密封膜→設(shè)置地表沉降桿、安裝觀測儀器→連接真空設(shè)備、試抽氣→真空滿載預(yù)壓（真空預(yù)壓斷面示意如圖1）。

3.2 平整場地

施工前先對場地進行整平，作為真空預(yù)壓法的第一步工序，根據(jù)以往的工程實踐經(jīng)驗，真空預(yù)壓場地在抽真空加固以后，一般呈鍋底形狀，即中間沉降量大，四周沉0B8RK3EmSwgWvvqsLqgROcA61ZvjZHVfhy1n4VPdvDs=降量小。因此，在平整場地時，基本上應(yīng)做到中間略高，四周稍低。

3.3 鋪筑工作墊層（一層荊笆+一層土工布+回填30 cm素土）

在原吹填泥面上鋪一層優(yōu)質(zhì)荊笆。荊笆鋪設(shè)時采用鉛絲綁扎牢固，間距不大于40 cm，層間采用錯縫搭接，搭接寬度為20 cm，提高荊笆的承載能力。

在荊笆上鋪設(shè)300 g/m2聚酯長絲紡粘針刺土工布。土工布采用人工連續(xù)縫制，確保不開縫，現(xiàn)場縫合搭接寬度不小于100 mm。

在原地面上鋪設(shè)一層荊笆及一層土工布后填筑素土，鋪設(shè)素土工作墊層邊界為真空預(yù)壓邊界外擴5.0 m。填土前，將基土上的洞穴或基底表面上的樹根，垃圾等雜物處理完畢，清除干凈。每層素土整平后用壓路機進行碾壓，碾壓時先慢后快。且保證上部砂墊層不下漏，地表平整度±50 mm，且壓實度達到設(shè)計要求，以便打板機械在上行走。

3.4 打設(shè)塑料排水板（采用輕型門架式打設(shè)機如圖2）

打設(shè)設(shè)塑料排水板施工工序：排水板檢驗、進場→排水板樁位測量→插板機進場調(diào)試→插板機移機定位→裝排水板樁靴→下插樁管至設(shè)計標(biāo)高→上拔樁管至其下端離地100 cm→切割排水板→回填排水板樁孔、裝樁靴→移至下一排水板樁位在塑料排水板的打設(shè)過程中的注意點如下。

（1）塑料排水板的規(guī)格、質(zhì)量和排水性能等指標(biāo)，必須符合塑料排水板技術(shù)參數(shù)與設(shè)計要求，檢查和驗收合格后，才能投入使用。

（2）嚴(yán)格控制塑料排水板樁靴位置的準(zhǔn)確度和板的垂直度。施打作業(yè)時，板機的樁靴落地定位由插板機操作員在控制室內(nèi)控制，其誤差控制在±50 mm范圍內(nèi)；其次根據(jù)安裝在插板機上的金屬活動垂針和刻度盤，控制樁管下插時的垂直度，偏差不得大于±1.5%。

（3）塑料排水板濾膜在轉(zhuǎn)盤和打設(shè)過程中應(yīng)避免損壞；防止淤泥進入帶芯堵塞輸水孔，影響塑料帶的排水效果。

（4）塑料排水板與樁尖連接要牢固，避免提管時脫開，將塑料帶拔出。

（5）樁尖平端與導(dǎo)管靴配合要適當(dāng)，避免錯縫，防止淤泥在打設(shè)過程中進入導(dǎo)管，增大對塑料帶的阻力，甚至將塑料帶拔出。

（6）嚴(yán)格控制塑料排水帶間距和深度，上拔樁管時，注意仔細觀察排水板有沒有回帶現(xiàn)象，若回帶長度超過50 cm，則在板位旁45 cm處補打一根。

（7）切割排水板時由于打板時尚未鋪設(shè)砂墊層，考慮砂墊層的厚度后，剪斷時的外露長度為1.2 m，排水板施工過程中，派專人做好施工原始記錄，以備抽查。

（8）塑料排水板搭設(shè)驗收合格后，及時用粉砂仔細填滿打設(shè)時在板周圍形成的孔洞，清理加固區(qū)雜物和打設(shè)板過程中回帶上來的淤泥，以便更好地形成排水通道。

3.5 鋪砂墊層

在砂性土工作墊層上鋪筑200 mm厚的中粗砂墊層作為水平排水通道，其主要作用是作為土體內(nèi)部塑料排水板（豎向排水系統(tǒng)）和濾管與主管（水平排水系統(tǒng)）的中介層，一方面真空度通過砂墊層向塑料排水板或淤泥中傳遞；另一方面軟土中的地下水通過塑料排水板先到達砂墊層，然后通過砂墊層流向濾管與主管，經(jīng)真空泵排出。

3.6 鋪設(shè)濾管、安裝射流泵

濾管與主管組成地下水的水平排水體系，鋪設(shè)是否合理，將直接影響真空預(yù)壓的成敗。

濾管采用管徑63 mm的軟式透水管，采取工廠化集中生產(chǎn)，管體打孔并外包透水濾布后，成卷運至施工工地使用。

3.6.1 連接排水板與濾管

濾管間距縱、橫向呈框格形布置于之前挖好深約25～30 cm的濾管溝中，且位于兩側(cè)排水板的中間。再將濾管擺設(shè)并連接好，接頭處用鐵絲綁扎牢固。為確保濾管上的濾膜不被破損，出膜處采用無縫鍍鋅鋼管和接頭相連接，出膜面約30 cm。由于直排式真空預(yù)壓法利用每根排水板均與濾管相連的方式形成水平向排水信道，相鄰的兩排排水板與一條濾管直接相連，埋于砂墊層中間，距砂墊層頂面與底面的距離均應(yīng)大于5 cm。濾管周圍必須用砂填實，嚴(yán)謹(jǐn)架空漏填。濾管埋設(shè)完畢后應(yīng)整平砂面，清除石塊、瓦礫等雜物。

3.6.2 埋設(shè)真空管路和膜下測頭

真空測頭布置在兩條濾管中間位置，按時間要求排布，真空細管另一端從密封膜引出，制成喇叭口和真空表相連接，以直觀反映膜下真空度。

3.6.3 安裝射流泵

將出膜彎管一端與濾管連接好并鋪設(shè)密封膜后；另一端與射流泵連接。射流泵的功率應(yīng)不小于7.5 kW，揚程不小于26.0 m；安裝后的射流泵應(yīng)能形成不小于0.096 MPa的真空壓力，射流泵的開啟功率為100%。

3.7 密封膜的鋪設(shè)

（1）密封溝采用挖掘機開挖。挖至不透水層頂面以下500 mm，保證徹底切斷透水層。壓膜溝外觀表面平整光滑直順，無高低起伏現(xiàn)象。挖溝時如溝內(nèi)有塑料排水板，則排水板不能剪斷，應(yīng)沿溝邊向上與鄰近的濾管相連接。

（2）密封膜選用抗老化性能好、韌性大、抗穿刺能力強的材料，本工程密封膜采用聚乙烯或聚氯乙烯薄膜，密封膜在工廠熱合一次成型。熱合時宜用雙熱和線平搭接，搭接長度大于15 cm。若現(xiàn)場搭接，搭接寬度不小于2 m。加工后的密封膜面積不得小于設(shè)計面積，每邊長度要大于加固區(qū)相應(yīng)邊4 m。

（3）鋪設(shè)密封膜前認(rèn)真清理、整平砂墊層，揀出貝殼及帶尖角石子等可能刺破密封膜的雜物。鋪膜時必須統(tǒng)一指揮，參加人員必須穿軟底鞋，選無風(fēng)天氣，并在一天內(nèi)鋪完；四周埋入密封溝內(nèi)，深入溝底20 cm，然后用粘土填筑密封溝。在鋪膜過程中，要及時地每隔10 m放一砂袋，壓住密封膜。

3.8 修筑蓄水圍埝

在抽真空過程中，加固區(qū)內(nèi)必須覆水30～40 cm深，以保證膜的密封，因此在鋪膜完成后，在加固區(qū)四周要填筑覆水圍埝，覆水圍埝可以同填密封溝一起完成。壓膜溝回填面應(yīng)低于膜面1.0～1.5 m，以便抽真空過程中抽出水的存放，起到保持壓膜溝內(nèi)濕潤，加強密封效果的作用，在壓膜溝內(nèi)側(cè)人工修筑高1.2 m、上寬0.5 m下寬1.0 m的止水粘土圍堰，以便在抽真空過程中抽出的地下水排向加固區(qū)，形成1.0 m左右的蓄水，作為補充荷載。

3.9 設(shè)置地表沉降桿、安裝觀測儀器

密封膜鋪好后，將地表沉降標(biāo)施放于膜上，沉降標(biāo)采用600×600×5 mm鋼板與40×40×3150 mm角鋼焊接成，角鋼內(nèi)噴防銹漆，外噴黑白漆制成雙面標(biāo)尺，標(biāo)線刻畫清晰，用砂袋壓住底板，防止大風(fēng)刮倒。布設(shè)完后在抽氣前要測初讀數(shù)，并做好記錄。

3.10 真空抽氣

3.10.1 試抽氣（如圖3）

在覆水前，進行試抽真空。調(diào)整各種儀器的初讀數(shù)，進行開泵抽氣，同時檢查每臺泵的運轉(zhuǎn)情況及薄膜的密封情況，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

本工程的真空泵分三次開啟，每批間隔為5～7 d。

試抽真空階段，膜下真空壓力應(yīng)達到0.06～0.085 MPa，若低于此值屬于不正常，應(yīng)立即查找原因，在膜面上和密封溝處仔細檢查有無漏氣處，漏氣孔眼會發(fā)出鳴叫聲，循聲徹底檢查，一旦發(fā)現(xiàn)漏氣后及時補好。從試抽氣開始，即應(yīng)進行真空壓力、沉降量等參數(shù)觀測。

3.10.2 正式抽氣

①監(jiān)理工程師驗收合格72 h后，進行覆水轉(zhuǎn)入正常抽氣，一直持續(xù)90 d，此階段是真空預(yù)壓加固地基的主要階段。

②覆水厚度為30～40 cm。覆水后，膜下真空壓力要保持穩(wěn)定在650 mmHg以上。

③在抽氣過程中，維持泵的正常運轉(zhuǎn)，射流箱內(nèi)循環(huán)水要不斷補充。

④真空壓力值觀測每4 h一次，發(fā)現(xiàn)真空壓力有下降現(xiàn)象，立即查找原因，及時處理。

⑤抽真空時保持膜內(nèi)真空度650 mmHg以上，如發(fā)現(xiàn)密封出現(xiàn)問題，應(yīng)及時查找原因并進行處理。

3.11 真空預(yù)壓卸載標(biāo)準(zhǔn)

按實測沉降曲線推算的固結(jié)度>85%；連續(xù)5天實測沉降速率不大于2.0 mm/d即可終止預(yù)壓。拆除設(shè)備，并進行壓膜溝換填。

3.12 真空預(yù)壓加固效果分析

真空預(yù)壓工程的成敗主要取決于加固效果的好壞，要檢驗加固效果必須在施工過程中對加固區(qū)域進行實時的監(jiān)測，真空預(yù)壓監(jiān)測包括：表層沉降監(jiān)測、分層沉降監(jiān)測、孔隙水壓力監(jiān)測等。

3.12.1 表層沉降監(jiān)測

根據(jù)實測沉降推算的固結(jié)度是檢驗加固效果和確定是否卸載的最主要的指標(biāo)，卸載時各區(qū)（塊）的平均固結(jié)度不能低于設(shè)計要求。（表1）

3.12.2 孔隙水壓力監(jiān)測

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4中E1區(qū)的監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出，在抽真空的初期，孔壓下降到一穩(wěn)定值，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。（表2）

從以上觀測結(jié)果反映：固結(jié)度>85%；連續(xù)5天實測沉降速率小于2.0 mm/d，其它的各項指標(biāo)也反映出真空預(yù)壓加固后的土體有較大幅度的改良。這些數(shù)據(jù)證明了真空預(yù)壓對于吹填造陸區(qū)的加固效果是明顯的。

4 改進措施

（1）工程實踐經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，在連接排水板與濾管的過程中，每一根排水板都與濾管相連在工程中的效果反而不好，由于排水板分布密集且外露長度較多，全部綁扎會將濾管堵塞，影響抽氣效果。因此本工程中將30%排水板與濾管相連，既節(jié)省了工期，又保證了抽氣的效果。

（2）本工程原設(shè)計采用三層聚氯乙烯密封膜，實際工程中，由于底層密封膜直接與砂墊層接觸，容易受到雜物的摩擦，而塑膠布除了防滲效果好、抗老化、抗化學(xué)腐蝕性能之外，還具有極好的抗撕裂，抗穿刺能力，防滲透效果好。經(jīng)業(yè)主批準(zhǔn)，第一層采用塑膠布代替密封膜，其上再鋪兩層密封膜。

5 真空預(yù)壓加固機理總結(jié)

通過真空預(yù)壓的工程實踐，對其加固機理進行總結(jié)：真空預(yù)壓法加固軟土地基時，對地基施加的不是實際重物，而是把大氣作為一種荷載。抽氣前，薄膜內(nèi)外受大氣壓力作用，土體孔隙中以及地下水面以上的氣體都處于大氣壓力狀態(tài)，抽氣后，薄膜內(nèi)砂墊層中氣體首先被抽出，而薄膜外仍然保持大氣壓力狀態(tài)，薄膜內(nèi)外就形成一個壓力差，使薄膜緊貼于砂墊層上，砂墊層中形成的真空度通過垂直排水通道逐漸向下延伸，同時真空度又由垂直排水通道向其四周的土體傳遞與擴散，引起土中孔隙水壓力降低，形成負(fù)的超靜孔隙水壓力，從而使土體中的氣和水由土體向垂直排水通道的滲流，最后由垂直排水通道匯至地表砂墊層中被泵抽出，隨著水氣的排出，超靜孔隙水壓力不斷消散，土體有效應(yīng)力不斷增加，使得土體強度得到提高。

6 結(jié)語

本文對緯二路真空預(yù)壓施工工藝的應(yīng)用進行了詳細的論述，對真空預(yù)壓的效果進行了分析；并提出了本工程施工中的改進措施，不僅確保了工程質(zhì)量，又加快了進度，同時對真空預(yù)壓的加固機理進行了總結(jié)。采用真空預(yù)壓法具有成本低、效果好、工期短的特點，是加固軟土地基行之有效的方法之一。

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