盲管連接自密封真空預(yù)壓工藝及試驗研究

李立新，尹自強，朱福明

（1.中交天津港灣工程研究院有限公司，港口巖土工程技術(shù)交通行業(yè)重點試驗室，天津市港口巖土工程技術(shù)重點試驗室，天津 300222；2.天津港建設(shè)公司，天津 300456）

0 引言

吹填地基表層含水率高，強度低，不能直接上人或施工機械，需要鋪設(shè)荊笆、土工布和1 m甚至2 m的粉細(xì)砂作為工作墊層。這種傳統(tǒng)工藝存在一些問題：①現(xiàn)階段砂石材料匱乏且價格高昂；②排水板打設(shè)過程中翻漿冒泥。打板過程中將吹填土表層工作墊層打穿，下部流泥在工作砂墊層和機械荷載壓力作用下從打板孔道涌出，造成翻漿冒泥，使加固區(qū)表面凹凸不平，且形成大大小小的淤泥匯集坑，后期施工困難，質(zhì)量難以保證；③加固過程中排水板變形嚴(yán)重。吹填超軟土[1]含水率、壓縮性高，在真空壓力作用下沉降大，使得排水板產(chǎn)生很大的壓曲變形，導(dǎo)致排水板井阻加大和通水量變小，影響加固效果等。

本文根據(jù)傳統(tǒng)工藝存在的問題開發(fā)了一種吹填超軟土表層硬殼快速形成技術(shù)，盲管連接自密封真空預(yù)壓工藝。

1 盲管連接自密封真空預(yù)壓工藝及原理

1.1 主要工藝

進行吹填土地基加固設(shè)計，根據(jù)加固深度及加固面積裁截一定長度、一定數(shù)量的排水板，在排水板上安裝排水板轉(zhuǎn)接裝置和連接尼龍軟管；利用人工插板裝置打設(shè)排水板，排水板間距40~60 cm；排水板轉(zhuǎn)接裝置隨排水板插入泥下50 cm左右，排水板轉(zhuǎn)接裝置通過連接軟管和魚刺形接頭連接，魚刺形接頭之間由塑料盲管、中間主管連接到射流泵上，開啟射流泵進行真空預(yù)壓加固，時間 20～60 d。

1.2 加固機理

該技術(shù)加固機理和普通真空預(yù)壓加固機理相同[2]，不同的是以表層原位淤泥作為密封層，以塑料軟管、魚刺形接頭、盲管和中間主管作為排水通道，真空負(fù)壓通過排水通道和排水板向地基土傳遞，完成地基加固。

1.3 適用范圍及特點

盲管連接自密封真空預(yù)壓工藝是一種吹填超軟土表層硬殼快速形成技術(shù)，適用于新近吹填的需要迅速加固淺層超軟土地基。采用該技術(shù)可以使吹填超軟土表層（深度3~5 m）迅速形成可以上人和機械的硬殼層，作為地基加固的工作墊層，并解決砂資源緊缺、翻漿冒泥和吹填土加固質(zhì)量差等問題。

2 現(xiàn)場試驗

本文結(jié)合現(xiàn)場試驗對盲管連接自密封真空預(yù)壓工藝實施、加固效果等進行詳細(xì)介紹，分析新工藝的應(yīng)用前景。

2.1 試驗區(qū)土質(zhì)

試驗區(qū)位于天津臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)，加固面積600 m2，分為2個區(qū)D1區(qū)、D2區(qū)。該區(qū)域為新近吹填土，表層土基本為流泥，吹填土深度為4 m左右。方案設(shè)計前對試驗區(qū)進行加固前原位取土和室內(nèi)土工試驗。采用薄壁取土器取土，取土樣本為30個，取土深度最深為3.5 m，室內(nèi)土樣分析結(jié)果見表1。

表1 加固前試驗區(qū)取土室內(nèi)試驗結(jié)果Table1 Indoor experiment resultsof soilsbefore reinforcement

加固區(qū)初始含水率均值大于85%，十字板強度均值2.0 kPa；黏粒含量均值為56%，屬于典型的超軟黏土[3]。

2.2 試驗方案

D1區(qū)、D2區(qū)加固面積均為300 m2，塑料排水板采用B型，D1區(qū)排水板間距60 cm，D2區(qū)排水板間距40 cm，正方形布置，兩區(qū)排水板打入泥下深度為3.5 m。排水板通過轉(zhuǎn)接裝置和魚刺形接頭連接，魚刺形接頭通過盲管、中間主管連接到射流泵上，兩區(qū)共用1臺射流泵。真空預(yù)壓加固處理地基要求板內(nèi)真空度穩(wěn)定地保持80 kPa以上，抽真空時間為60 d。

D1區(qū)、D2區(qū)工藝斷面圖見圖1，魚刺形接頭連接示意圖見圖2。

圖1 盲管連接自密封真空預(yù)壓工藝斷面Fig.1 Section of self-sealing vacuum preloading technique

2.3 工藝實施

1） 鋪設(shè)施工通道

試驗區(qū)表層強度很低，不能直接上人，為確保施工人員行走和材料運輸安全，需要在加固區(qū)表面鋪設(shè)施工通道和工作界面。試驗區(qū)施工通道采用建筑用竹膠板，在竹膠板的兩端打眼，用繩子連接。

2） 安裝轉(zhuǎn)接裝置

根據(jù)排水板的打設(shè)深度和轉(zhuǎn)接裝置壓入泥下位置確定排水板裁截長度。在每根排水板上安裝一個轉(zhuǎn)接裝置，轉(zhuǎn)接裝置見圖3。把排水板插入轉(zhuǎn)接裝置中，用鉚釘穿過轉(zhuǎn)接裝置的預(yù)留孔洞，固定排水板。為防止在抽真空過程中，土顆粒從排水板的插入位置進入轉(zhuǎn)接裝置造成排水堵塞，轉(zhuǎn)接裝置插口位置用濾布纏繞。轉(zhuǎn)接裝置出水口位置安裝尼龍軟管，作為排水板的排水通道。

圖3 自密封裝置及安裝示意圖（單位：mm）Fig.3 Section of self-sealing deviceand installation method（mm）

3） 排水板打設(shè)

排水板的打入端密封、彎折，然后利用人工插板裝置，把排水板垂直壓入泥下預(yù)定深度，排水板轉(zhuǎn)接裝置隨排水板插入進入泥下50 cm左右。

4）魚刺形連接頭、盲管連接

魚刺形連接頭是連接排水板和盲管的中間接頭，每個魚刺形接頭有12個小接頭，這些小接頭和排水板轉(zhuǎn)接裝置上的尼龍管相連，形成一個單元體，每個單元體連接著12根排水板。圖4為排水板打設(shè)和魚刺形接頭安裝。單元體之間通過盲管連接，最終和抽真空設(shè)備相連通。

圖4 排水板打設(shè)和魚刺形接頭安裝Fig.4 Installation of band drain and fishbone diagram jointer

盲管連接式自密封真空預(yù)壓法施工中需要連接的接頭眾多，是施工的難點，每一個接頭既要保證連接牢固，不會在負(fù)壓加載、地基沉降過程中脫裂，又要保證密封性。為了滿足上述要求，施工材料配套是關(guān)鍵因素之一，魚刺形接頭中小接頭的尺寸和塑料軟管的尺寸要滿足要求，任何一種尺寸的過大或過小都能夠造成連接不穩(wěn)固或漏氣，在施工技術(shù)保證的同時還需要富有經(jīng)驗和責(zé)任心的工人認(rèn)真施工。在試抽氣時，還要仔細(xì)排查，發(fā)現(xiàn)接頭有漏氣要及時修補。

5） 抽氣加載

在抽真空設(shè)備安裝完成后，進行試抽氣，當(dāng)壓力達(dá)到80 kPa以上，滿足設(shè)計要求，開始正式計時。

3 試驗區(qū)監(jiān)測、檢測及加固效果分析

3.1 孔壓觀測

孔壓儀均埋設(shè)在4根排水板中心位置。加固區(qū)孔壓消散統(tǒng)計及根據(jù)孔壓消散計算的應(yīng)力固結(jié)度見表2。D1區(qū)排水板間距為60 cm，孔壓消散值偏小，D2區(qū)孔壓消散情況看起來更為符合一般真空預(yù)壓加固土體孔壓消散規(guī)律。

表2 孔壓消散統(tǒng)計及應(yīng)力固結(jié)度計算值Table 2 Statistics of pore water pressure dissipation and calculated values of stress consolidation degree

3.2 表層沉降及固結(jié)度計算

實測表層沉降及固結(jié)度推算值（雙曲線法[4]）見表3。D1區(qū)、D2區(qū)因排水板間距不同，加固后固結(jié)度差別較大，分別為65.5%、78.8%。

表3 表層沉降統(tǒng)計及固結(jié)度推算值Table3 Surfacesettlement and consolidation degree

3.3 土質(zhì)變化

加固前后含水率、濕密度變化均值見表4。

表4 加固前后含水率、濕密度對比Table 4 Comparison of moisture contents and wet densitiesbefore and after reinforcement

經(jīng)過60 d的地基加固，試驗區(qū)含水量大幅降低，D1區(qū)降低34.97%，D2區(qū)降低42.72%。D1區(qū)濕密度增加9.27%，D2區(qū)濕密度增加13.82%。

3.4 十字板檢測

在加固前及加固20 d，40 d，60 d分別進行原位十字板檢測，統(tǒng)計值見表5。

表5 十字板強度平均值統(tǒng)計Table 5 Average values of crossplate strength

根據(jù)表5，60 cm排水板間距的D1區(qū)在加固過程中十字板強度增長較為緩慢，60 d十字板強度為10.5 kPa；40 cm間距的D2區(qū)十字板強度增長迅速，60 d強度為20.5 kPa。

一般重型插板機械14 t左右，插板機壓力通過枕木向地基土傳播，根據(jù)通常情況下枕木接地面積計算，插板機靜態(tài)接地壓力為20 kPa左右，考慮動態(tài)打設(shè)排水板，接地壓力增加，按靜態(tài)壓力1.5倍計算（通過現(xiàn)場實測“倍數(shù)”合理），接地壓力為30 kPa。反算成地基十字板強度，表層十字板強度為9.5 kPa。

根據(jù)試驗結(jié)果，采用60 cm排水板間距，60 d能夠滿足排水板打設(shè)要求，形成上插板機械的硬殼層。采用40 cm的排水板間距，20 d能夠迅速形成上插板機械的硬殼層。

3.5 排水板間距對加固效果的影響

從加固后土質(zhì)變化、土體強度增長、固結(jié)度變化等方面看，排水板間距40 cm的加固區(qū)加固效果遠(yuǎn)好于排水板間距60 cm的加固區(qū)。

排水板間距40 cm，60 cm遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)真空預(yù)壓法中推薦的排水板間距（0.7～1.3 m）[4]，一般認(rèn)為排水板打設(shè)過程中會造成涂抹效應(yīng)[5]，排水板過密因涂抹作用存在使加固效果變差，并且不經(jīng)濟。新近吹填的超軟土屬于擾動土，沒有形成明顯的土骨架，排水板打設(shè)產(chǎn)生涂抹效應(yīng)對加固效果的影響不明顯。

4 應(yīng)用前景分析

盲管連接自密封真空預(yù)壓工藝適用于流塑狀態(tài)的吹填土地基加固。既可以單獨采用，也可以作為超軟土地基的預(yù)處理。該工藝具有良好的應(yīng)用前景。

對于臨時道路、綠化帶等對承載力和沉降要求不是特別高的地基，可以單獨采用，既降低了工程造價，又具有明顯的時間效益。

對于一些后期使用要求不明確的吹填造陸工程，在淺層形成具有一定的承載力工作墊層，滿足后期人員和機械進場的要求，為后期施工搭建了平臺，同時節(jié)省大量的砂石資源，提高了工程質(zhì)量，環(huán)保、高效。

5 結(jié)語

本文通過現(xiàn)場試驗研究，得到以下2點結(jié)論。

1）本文開發(fā)了一種新技術(shù)——盲管連接自密封真空預(yù)壓加固超軟土技術(shù)。該技術(shù)適合新近吹填的高含水率疏浚土，該技術(shù)以表層淤泥作為密封層，取消了用作施工墊層的土工布、黑砂墊層、水平排水砂墊層和密封膜。施工工藝更為簡潔、環(huán)保。具有良好的應(yīng)用前景。

2）根據(jù)現(xiàn)場實測十字板強度及插板機接地強度分析，采用60 cm排水板間距，60 d能夠滿足排水板打設(shè)要求，形成上插板機械的硬殼層。采用40 cm的排水板間距，20 d能夠迅速形成上插板機械的硬殼層。

[1] 葉國良，郭述軍，朱耀庭.超軟土的工程性質(zhì)分析[J].中國港灣建設(shè)，2010（5）：1-9.YE Guo-liang,GUO Shu-jun,ZHU Yao-ting.Analysis on engineering property of ultra soft soil[J].China Harbour Engineering,2010(5):1-9.

[2] 高志義.真空預(yù)壓法的機理分析[J].巖土工程學(xué)報，1989，11（4）：45-56.GAOZhi-yi.Analysis on mechanics of vacuum preloading method[J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering,1989,11(4):45-56.

[3]JTS147-1—2010，港口工程地基規(guī)范[S].JTS147-1—2010,Codefor soil foundationsof port engineering[S].

[4]JTS147-2—2009，真空預(yù)壓加固軟土地基技術(shù)規(guī)程[S].JTS 147-2—2009,Technical specification for vacuum preloading techniquetoimprovesoft soils[S].

[5] 龔曉南.地基處理手冊[M].2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.GONG Xiao-nan.Foundation treatment manual[M].2nd ed.Beijing:China Building Industry Press,2000.