淺析真空預壓法的密封性

◎ 劉昕 中交天津航道局有限公司

淺析真空預壓法的密封性

◎ 劉昕 中交天津航道局有限公司

軟基處理工程的快速發(fā)展促使真空預壓施工工藝愈發(fā)成熟、先進，但在實際施工中常會出現(xiàn)各種各樣的問題，其中以密封性問題最為突出。在此，結合實操工程中實際施工中普遍出現(xiàn)的密封性問題，調查、分析、探討、研究真空預壓軟基處理法的密封效果，并提出切實可行的解決方案。

真空預壓 密封技術 壓膜溝 密封膜

1.引言

近年來，隨著國民經濟的發(fā)展，建筑和道路用地的緊張，圍海造地工程大面積地在港口疏浚、河湖整治工程中推進，出現(xiàn)了大批港航、水利與地基處理捆綁發(fā)包的綜合工程，軟基處理施工成為港航、水利工程施工單位必須涉足的一個領域，而真空預壓法作為軟基處理最重要的一種方法，具有技術可行性高、造價經濟、質量可控等優(yōu)勢。

2.真空預壓法的原理

真空預壓加固軟土地基，是排水固結法地基加固的一種類型，作用原理為地基在真空負壓作用下，孔隙中的水逐漸排出，孔隙體積逐漸縮小，地基固結變形，同時，有效應力逐步提高，地基強度逐漸增加。真空預壓法由排水系統(tǒng)和抽真空裝置組成，排水系統(tǒng)由塑料排水板等豎向排水體組成，其目的是增加土層的排水途徑并縮短排水距離，減少軟土固結所需時間；抽真空由射流泵抽氣實現(xiàn)，在加固區(qū)域覆蓋2-3層密閉薄膜，沿四周用粘性土埋入壓膜溝中形成密封，借助射流泵和橫向埋設在砂墊層中的pvc濾管，將密封膜下的土體間空氣及水分抽出形成真空，使土體排水并壓密。

在抽真空前，膜上下均受一個不變的大氣壓P0作用，抽真空后，膜下壓力逐漸下降，穩(wěn)定后壓力為P1，膜上下形成壓力差P=P0-P1，這個壓力差稱為真空度。膜下真空負壓通過豎向排水板傳至地基深層并形成深層負壓源。真空預壓地基加固的技術核心是在地基中制造穩(wěn)定和充足的真空度從而形成負壓源。如果真空預壓中密封性不好，穩(wěn)定后的壓力P1會增大，使得膜下壓力差P減小，就會影響排水固結的效果。由此可見，真空預壓中密封性的好壞至關重要。

3.密封系統(tǒng)的形成

密封系統(tǒng)是對加固區(qū)起密封作用結構的總稱，其可分為水平密封和邊界密封兩部分。

3.1水平密封

水平密封通常指的是在軟土地基上鋪設密封膜，再將密封膜踩入到壓膜溝中，使其在土體表層形成一個密封環(huán)境。水平密封最重要的是密封膜，其關鍵點主要包括密封膜的質量、密封膜的鋪設及膜上覆水。

3.1.1密封膜的質量

密封膜采用聚乙烯（或聚氯乙烯）薄膜，在加工工廠中熱合一次成型；現(xiàn)場拼接，搭接寬度不小于2m，3層鋪設。如表1。

3.1.2密封膜的鋪設

密封膜鋪設前首先需要進行場地清理及找平，要求在深層濾管布設工序前后對施工區(qū)內低洼地帶采取補填中粗砂或袋裝砂的方式進行找平處理，密封膜鋪設前徹底清除場地內雜物。施工區(qū)區(qū)表層鋪設2～3層密封膜。鋪設密封膜前可先鋪設一層無紡布，防止加固區(qū)域內未清理干凈的尖銳物體破壞密封膜。密封膜分層踩入到壓膜溝不透氣層中，分層鋪膜間隙投入人工對已鋪設密封膜進行查漏修補。密封膜的大小可根據(jù)各工程施工工區(qū)的現(xiàn)場實際平面尺寸定制，每邊可多放出1.5m～2m。

表1 密封膜性能指標

圖1 工程保護邊區(qū)壓膜溝斷面圖

圖2 工程加固區(qū)壓膜溝斷面圖

3.1.3密封膜的保護

在施工中，需對密封膜進行保護，密封膜鋪好后，禁止穿硬底鞋在膜上行走。進入施工區(qū)作業(yè)時，應用土工布鋪設人工通道。放置沉降標時，沉降標下底用土工布包裹，放平并在沉降標底座放置袋裝帶等進行重壓，以防止戳破密封膜或沉降標倒伏。正式抽氣前應進行試抽氣，以檢查區(qū)內和四周是否存在漏氣現(xiàn)象。

3.2壓膜溝開挖及處理

壓膜溝開挖要求挖至不透水不透氣層，即黑砂及淺層墊層以下淤泥或粘土。要在開挖過程中選用有施工經驗的小型挖掘機投入施工，控制壓膜溝開挖寬度（不超過2m為宜），開挖過程中盡量避免上層黑砂、中粗砂散落入溝。壓膜溝開挖時間應盡量靠近鋪膜作業(yè)時間，開挖后清除溝內、溝邊雜物，必要時采用無紡土工布對雜物進行覆蓋處理。壓膜溝開挖時盡量降低對深層塑板的破壞，對發(fā)生損壞的排水板進行接板處理，并將塑板沿溝邊插入?yún)^(qū)內中粗砂墊層中。對邊區(qū)硬質土體，較難挖至粘土層的情況，采取換填淤泥或粘土，打設粘土密封墻等處理方式，保證密封效果，并在壓膜溝之上回填土壓實，避免密封膜膜頭起浮。

工程壓膜溝斷面圖如圖1、圖2所示。

4.影響真空預壓密封性常見的問題及解決方法

影響真空預壓密封性較常見的問題有：水平密封問題、邊界密封問題。

4.1 水平密封常見的問題及解決方法

水平密封問題主要是指密封膜破損影響密封的效果，在真空預壓施工過程中，導致密封膜破損的情況有很多，其中影響較大的主要分為：①密封膜質量不均；②儀器、設備安裝后與密封膜連接處破損；③進出施工區(qū)人工對密封膜造成的破壞；④施工區(qū)內地裂、打樁口不均勻沉降等造成的破損；⑤自然因素破壞等情況。

下面詳細分析破損原因及解決方法。

4.1.1密封膜質量因素

工程施工過程中，由于密封膜自身質量標準不同，存在微孔、抗拉強度不夠等問題，在抽氣過程中出現(xiàn)的細小漏氣點，影響密封的效果且不易被發(fā)現(xiàn)。解決方法有兩種：

一是選用質量好的密封膜，并根據(jù)抽氣季節(jié)適時調整選取抗低溫密封膜；

二是在后期施工過程中加強對密封膜的保護，膜上覆水是一種最常見最有效的方法。抽氣工作開始后，可在膜上進行覆水，覆水前需在加固區(qū)四周做好覆水圍堰，覆水圍堰可利用挖設壓膜溝的土進行圍堰，也可以采取人工壘小沙袋的方法。膜上覆水后，密封膜上的微小孔隙因為水的滲入而得到充灌，密封性得到了提高，也可防止密封膜長時間的暴曬或冰凍而出現(xiàn)“老化”現(xiàn)象。一般覆水深度不能超過60cm，以便施工人員對區(qū)內進行巡查，此外需定期排水對區(qū)內密封膜進行檢查、修補。

4.1.2儀器、設備安裝因素

儀器作業(yè)破壞密封膜主要有兩種情況：一是真空泵出膜裝置的安裝；二是監(jiān)測單位檢測儀器的埋設。常見的處理方法是在與密封膜的搭接口處采用閥欄、橡膠墊等連接，擰緊后用小塊密封膜將搭接口封死；射流泵箱箱底應采用土工布包裹，避免鐵皮直角直接接觸薄膜；在施工過程中加強施工區(qū)巡查，查找漏氣源，不斷修補，保證密封性。

4.1.3人為破壞因素

人為破壞的情況較為嚴重。施工、測量人員進出施工區(qū)作業(yè)時，應避免穿硬底鞋，進出可用土工布或者泡沫板鋪墊作為通道及安裝場地，并盡量少移動排水設備，避免二次破壞。施工過程中應加強預防，在密封膜上作業(yè)時盡量小心、謹慎并做到及時修補。

4.1.4地裂、樁口破損等影響

因施工區(qū)內存在吹泥管口位置，施工前地質較硬，抽氣工作開始后，因軟硬地基沉降速率不同，造成地裂產生，裂縫隨著時間不斷擴大，并向下延伸，發(fā)展到一定深度就構成漏氣通道，使膜下真空度降低，因此必須采取有效措施予以密封。一般需撕裂密封膜，將裂縫區(qū)域重新填筑中粗砂或澆灌攪拌好的泥漿，修補平整后，鋪設一層編織布，并重新粘貼好密封膜。

塑料排水板打設施工階段，地質較硬區(qū)域打設完成后形成樁口，需填筑中粗砂整平，抽氣施工開始后，因負壓的存在，中粗砂收縮較快，地表沉降較緩，因此容易吸破密封膜，產生漏洞，使膜下真空度下降。施工人員可根據(jù)加固區(qū)內埋設的膜下壓力表來檢查，發(fā)現(xiàn)區(qū)內檢測真空表壓力值下降，首先在其附近查找是否存在漏氣情況，查找到漏氣部位重新填補中粗砂與地表平齊，并分層修補密封膜，確保密封性，修復完成后觀測壓力值，壓力回升至設計要求，證明此處已密封完好。

4.1.5自然因素破壞影響

除此以外，造成密封膜漏氣還存在一些自然因素，如大風將架設電纜線的竹竿刮倒后將膜戳破、附近海鷗停留將膜啄破等，處理這些情況時也是要做到及時修補。

4.2 邊界密封常見的問題及解決方法

所謂邊界密封實質就是指壓膜溝的密封處理，但是在各個工程實際施工中，壓膜溝的密封一直是一個出現(xiàn)問題最多的環(huán)節(jié)，其出現(xiàn)的問題又主要表現(xiàn)在處理壓膜溝的時候，以下總結了幾種不同情況時壓膜溝的處理方法：

4.2.1加固區(qū)前期施工不當時壓膜溝的處理方法

挖設壓膜溝是在前期施工工序全部完成后進行，之前的工序中有很多因為操作不當或者人工操作失誤而帶來的質量隱患，對壓膜溝的處理帶來一些影響。

塑料排水板打設期間，因地基不同會采取一些補強措施，如：鋪設荊笆、竹笆，吹填黑砂等情況。折斷的荊笆以及砂墊層中的貝殼、云母等硬物，很容易戳破密封膜，當挖設壓膜溝將這些物體挖斷時，應安排人工及時清理干凈，尤其是壓膜溝的內壁，清理后盡量鋪設一層土工布，減少抽真空后，細小的尖銳物刺破密封膜。

設計砂墊層為40cm,實際施工中，由于加固區(qū)土質問題，需進行吹填黑砂進行補強，施工區(qū)中心地勢較低區(qū)域吹砂厚度可達到1.5m以上，較厚的砂墊層導致壓膜溝無法挖設到不透氣層，壓膜溝實際上就是一條“砂槽”，密封效果很差。

依據(jù)經驗，可采用如下處理方法：一是打設粘土密封墻；打設粘土密封墻之前可先對壓膜溝位置進行取土鉆樣，確定打設深度。二是重新開挖一條壓膜溝，在原先壓膜溝的外側選一處可挖透的區(qū)域，重新開挖一條壓膜溝，并定制1～2層尺寸適合的密封膜，將加固區(qū)與新壓膜溝連接起來，從而避免了砂墊層太厚對密封效果的影響。

打設粘土密封墻是一種較簡單的處理方法，但是其施工時間長。重新開挖壓膜溝工期短，但是它有一定的局限性：①條壓膜溝之間的距離不能太遠；②兩條壓膜溝中間區(qū)域短時間內無法進行真空預壓。各工程可根據(jù)加固區(qū)周邊實際情況采取適合本工程的處理方法。

粘土密封墻的主要控制點在粘粒含量、泥漿密度、深度、垂直度、搭接、均勻度等，施工時需嚴格、認真對待。

4.2.2效果不佳區(qū)域重新處理壓膜溝的方法

真空預壓施工中，往往會存在一些效果不佳的區(qū)域，這些區(qū)域返工時壓膜溝的處理也是一個難點。由于已經抽水固結了很長時間，加固區(qū)原先含水量高、軟的淤泥質粘土已經固結，密封膜無法壓入到不透氣層以下，若是處理不當，也會影響密封的效果。

常見的處理方法有兩種：一是深挖壓膜溝法，將壓膜溝挖深至不透氣層以下1～2m，再將密封膜盡量壓入到硬性粘土中，用已挖出的1～2m的粘土進行回填，壓實，并覆水密封。二是灌泥漿法，壓膜溝挖至不透氣層以下50cm，密封膜壓入到硬性粘土中后，再在上面灌入50～80cm厚的泥漿。

以上兩種方法都可以解決硬性粘土帶來的密封性問題。深挖壓膜溝法施工速度快、成本低；灌泥漿法工程量大，各工程可根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行處理。

5.結束語

密封工作是真空預壓地基處理工程中的一項關鍵工作，對加固效果影響巨大。在加固過程中應重視加強密封效果的監(jiān)測和檢測工作，出現(xiàn)情況應及時采取措施補救，確保軟基加固區(qū)的密封效果良好。

真空預壓工程施工過程中的密封質量，直接決定了膜下真空度的強度與穩(wěn)定度，從而在很大程度上決定了軟基加固工程的效果。水平鋪膜、壓膜溝、粘土密封墻、膜上覆水等密封技術在實際工程中的成功應用，各工程可結合本身工況選擇合適的密封技術，提高真空預壓的成功率。

[1]龔曉楠.地基處理技術發(fā)展與展望.北京，中國水利水電出版社，知識產權出版社，2004年10月第一版.

[2]趙維炳.排水固結加固軟基技術指南.北京：人民交通出版社，2005.

[3]王家印，陳宗源.軟土地基處理技術（第六冊）.2006.