真空預(yù)壓軟基處理技術(shù)在某工程中的應(yīng)用

黃樹其

(廣州協(xié)安建設(shè)工程有限公司， 廣東 廣州 510075)

真空預(yù)壓軟基處理技術(shù)在某工程中的應(yīng)用

黃樹其

(廣州協(xié)安建設(shè)工程有限公司， 廣東 廣州 510075)

為了盡快完成某軟土地基的處理，綜合比較工期和成本的基礎(chǔ)上，采用了真空預(yù)壓軟基處理技術(shù)，并詳細介紹了該技術(shù)的施工工序，包括鋪墊砂墊層，塑料排水板，濾管安裝，密封溝開挖及密封膜鋪設(shè)，安裝抽真空系統(tǒng)，抽真空施工以及卸載；并對施工過程中的常見問題進行了原因分析，提出了相應(yīng)的解決措施。與傳統(tǒng)軟基處理方法相比，該真空預(yù)壓技術(shù)節(jié)省了一半的工期，并節(jié)約成本4680萬元，具有很好的經(jīng)濟效益。

真空預(yù)壓軟基處理；密封膜；抽真空系統(tǒng)

0 前 言

真空預(yù)壓軟基處理方法是1952年瑞典皇家地質(zhì)學院謝爾曼教授提出。我國于1979～1985年在天津新港工程中進行了該方法的試驗，并于1985年通過國家技術(shù)鑒定，1987年獲得國家專利。1985～1995年在連云港堿廠、天津新港保稅庫等工程中大面積應(yīng)用，使工藝水平不斷提高，1995年化工部批準發(fā)布《真空預(yù)壓施工技術(shù)規(guī)程》，此后該方法廣泛應(yīng)用于沿海地區(qū)的港口、道路工程中，經(jīng)過二十多年的不斷發(fā)展，施工工藝日趨成熟，交通部于2009年8月批準發(fā)布了行業(yè)性強制標準《真空預(yù)壓加固軟土地基技術(shù)規(guī)程》(JTS147-2-2009)。

1 工程概況

廣州南沙黃閣鎮(zhèn)農(nóng)民安置區(qū)位于廣州市南沙區(qū)黃閣鎮(zhèn)中西部地區(qū)，西臨京珠大道北，北依廬前山南路，東南側(cè)為黃閣大道，規(guī)劃用地總面積約120萬m2。該標段建筑面積為54000 m2，合同造價約為1.3億元。場地原為蕉林、菜地和魚塘，有簡易公路，地勢較平緩，吹填砂后地面標高6.8 m。本場地地質(zhì)狀況不良，為淤泥質(zhì)土。根據(jù)鉆孔揭露資料，地層由上至下分為：人工填土，海陸交互相海沖(淤)沉積成因的淤泥，沖積成因粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)土、中粗砂(砂礫)，殘積成因的砂質(zhì)粘性土，下伏基巖為燕山期花崗巖。淤泥層厚度達到20多米。

本項目的建設(shè)是為了盡快完成本區(qū)域的農(nóng)民安置，加快農(nóng)民搬遷，空出地塊為南沙世貿(mào)區(qū)提供建設(shè)用地，如果用傳統(tǒng)的堆載方法處理軟基，工期長達180 d，不滿足建設(shè)需求；如果用深層攪拌樁進行處理，工期為60 d左右，但價格昂貴，價格約540元/m2，同樣不滿足建設(shè)需求；經(jīng)過設(shè)計單位多方論證，采用真空預(yù)壓處理軟土地基方式，工期約90 d左右，價格約150元/m2，既可以滿足工期要求，價格合理。

2 真空預(yù)壓軟基處理技術(shù)

真空預(yù)壓軟基處理技術(shù)是在地面鋪設(shè)一層砂墊層，按規(guī)定打入排水板，埋設(shè)濾管，用聚氯乙烯薄膜履蓋整個地面，并鋪設(shè)至周圍邊(在四周修建密封溝或攪拌樁)，整個地面形成一個整體，通過抽真空在軟土內(nèi)形成負壓，把軟土內(nèi)的水、氣排出，使軟土固結(jié)，如圖1所示。其處理過程分成七大道工序，分別為鋪墊砂墊層、塑料排水板、濾管安裝、密封溝開挖及密封膜鋪設(shè)、安裝抽真空系統(tǒng)、抽真空施工以及卸載。

2.1 (鋪墊)砂墊層

砂墊層分二層鋪設(shè)，每層厚底0.3 m。先鋪設(shè)第一層，塑料排水板施工完成后再鋪設(shè)第二層。

砂墊層采用潔凈的中粗砂，含泥量少于3%，有機質(zhì)含量不大于1%，避免混有塊石等雜物，滲透系數(shù)不小于1×10-4m/s。砂墊層密實程度達到中密以上。鋪設(shè)砂墊層時，用水準儀施測，并用間距30 m木樁布點，采用自卸汽車運輸，用推土機整平，砂墊層寬度比地面寬1 m。

2.2 塑料排水板

梅花形布置，間距1.0 m，深度18 m，塑料排水板的性能指標見表1。

圖1 真空預(yù)壓軟基處理

2.3 濾管安裝

按照設(shè)計要求采用Φ76PVC的主管和濾管，管壁厚度4 mm、承壓力不小于400 kPa。管外布置Φ8～10 mm、間距5 cm的濾眼，濾眼按照三角形排列。用克重不小于250 g/m2、滲透系數(shù)大于5×10-5cm/s的無紡?fù)凉げ及鞴芎蜑V管。

按照圖紙要求的位置埋設(shè)主管及濾管，用三通、四通與鋼絲橡膠軟管連接，鋼絲橡膠軟管套入濾管及彎通長度大于10 cm，并用12號鉛絲綁扎牢固，綁扎的鉛絲頭不得向上彎起，防止損壞密封膜。人工挖出溝槽，溝槽深度為25～30 cm、隨挖隨埋管入溝。在鋪設(shè)過程中要確保濾管上的濾膜不被損壞，出膜處采用無縫鍍鋅鋼管和接頭相連接，垂直伸出膜面30 cm。濾管安裝完成并經(jīng)監(jiān)理工程師驗收合格后進行隱蔽覆蓋。對覆蓋后的砂墊層用人工進行全面平整，將外露的塑料排水板頭埋入砂面以下，并清楚面層的硬物及泥塊，以防止抽真空過程中真空膜被硬物刺破。

2.4 密封溝開挖及密封膜鋪設(shè)

在軟基處理區(qū)域邊緣位置放線開挖密封溝，密封溝的開挖深度根據(jù)地質(zhì)情況確定，進入淤泥層50 cm以上，深度約2 m左右，溝底應(yīng)盡量保持平順。密封溝采用挖掘機開挖，溝底寬度不小于設(shè)計要求，基坑邊坡不大于1∶0.5，并根據(jù)地質(zhì)情況調(diào)整，確?；舆吰路€(wěn)定。

密封膜采用2層聚氯乙烯薄膜，單層厚度0.3 mm，密封膜的物理力學性能見表2。

表2 聚氯乙烯土工膜物理力學性能

訂購的密封膜長度按照處理區(qū)域的邊長每邊各增加5 m，由于本軟基處理區(qū)域的寬度大，所以真空膜需要在局部進行現(xiàn)場熱合，采用平搭方式搭接，搭接長度大于1 m。

密封膜鋪設(shè)須選擇在無風或風力較小的天氣進行，自一邊開始，二層一道按順序同時由近及遠進行。鋪設(shè)時密封膜不能拉的太緊，在密封溝處留出略長于踩入溝內(nèi)軟土的長度即可，以使密封膜有一定的預(yù)留寬度，防止抽真空時不均勻沉降將密封膜拉裂。

密封膜順著密封溝壁鋪設(shè)，并踩入溝中軟土不少于0.5 m。踩密封膜時，踩完第一層再踩第二層。踩膜時要防止砂墊層中外露的塑料排水板頭或其它硬物將膜劃破、且要防止踩膜過程中將膜撕裂。

踩膜完成后的密封溝用挖出的軟土或粘土進行分層回填密封，密封溝回填應(yīng)低于密封膜面10～20 cm，以便抽真空過程中保持溝內(nèi)濕潤。

密封溝回填后在外圍20 cm處修筑寬60 cm、高100 cm的土質(zhì)蓄水圍堰。

2.5 安裝抽真空系統(tǒng)

真空泵泵出口壓力為96 kPa，按照800～1000 m2/臺的設(shè)計要求共設(shè)置60臺，并設(shè)置備用泵10臺。真空泵安裝前先試運轉(zhuǎn)，真空壓力達到96 kPa方用于安裝。真空泵的平面布置按照圖紙RJ-12(真空泵平面布置圖)位置布設(shè)，如個別位置不方便安裝時可稍作調(diào)整。

真空泵的安裝嚴格按照電機、水泵(循環(huán))水箱、閘閥、止回閥、出膜口的次序進行連接，連接處采用橡膠墊進行密封，水箱進水口和出膜口保持在同一水平面上，以保證真空泵能發(fā)揮最大功效。真空泵底座用沙包墊高、夯實，安裝要平穩(wěn)、牢固，安裝效果如圖2所示。

真空泵安裝完成后統(tǒng)一進行編號，以方便記錄真空度度數(shù)及維修管理。

圖2 真空泵安裝

2.6 抽真空施工

在上述工序完成后應(yīng)盡快實施抽真空作業(yè)。開始階段，為防止真空預(yù)壓對加固區(qū)周圍土體造成瞬間破壞，必須嚴格控制抽真空速率，應(yīng)先開啟半數(shù)真空泵，然后逐漸增加真空泵工作臺數(shù)。抽真空過程中，須詳細檢查密封膜有無破損，當膜下真空度達到40 kPa以上時，微小的破損處能發(fā)出較大的響聲，容易檢查發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)后須立即修補，保證真空預(yù)壓的效果。經(jīng)檢查無漏氣后，開啟所有真空泵將真空度提高到85 kPa以上，半個月后，將抽出的地下水排向處理區(qū)域形成30～40 cm的蓄水，形成水膜并作為補充荷載。水膜應(yīng)能覆蓋所有外露密封膜，如水量不足，可用水泵抽取場地外水源加以補充。

抽真空有效時間為90 d，所有真空泵24 h運行。施工期間，派專人對真空泵進行檢查和維護，如有損壞立即更換備用泵，保證真空泵的正常運行。

真空預(yù)壓期間須保證膜下真空度達到85 kPa以上，出現(xiàn)真空度降低的情況，要及時查明原因并進行處理。若在處理區(qū)域外出現(xiàn)地表裂縫，向下延伸可能影響膜下真空度，應(yīng)將裂縫進行密封。

抽真空期間，加強與電力部門的溝通，如遇到停電時，應(yīng)立即關(guān)閉設(shè)置在真空管路上的止回閥，防止真空度下降，同時盡快啟用備用的發(fā)電機，保證1/3真空泵的正常工作。

2.7 卸 載

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79-2002)膜下真空度規(guī)定及本工程的設(shè)計圖紙，進行抽真空預(yù)壓時，要求密封膜下的真空度在85 kPa以上時連續(xù)抽真空，并同時滿足下列兩個標準可以卸載：直至軟基固結(jié)度達到90%以上；連續(xù)10 d觀測的沉降速率小于2 mm/d。

3 施工常見問題應(yīng)對措施

(1) 局部塑料排水板打設(shè)遇到故障。主要原因是淤泥中存在石塊或其它構(gòu)造物，如果是面積小的孤石，可在旁邊補打；而面積較大的障礙一般都是舊基礎(chǔ)、舊路等，需將其全部挖除。

(2) 若有些部位的塑料排水板確實無法打設(shè)到設(shè)計深度，須及時向設(shè)計單位報告，對該部位獨立進行抽真空施工，以防止因處理深度不同(因塑料排水板打設(shè)深度不同)產(chǎn)生沉降不均勻引起密封膜拉裂。

(3) 抽真空過程中真空膜出現(xiàn)裂縫。該問題主要是由3個原因造成的，一是地質(zhì)結(jié)構(gòu)不均勻引起沉降不均勻，二是打設(shè)的排水板深度不均勻或質(zhì)量差引起沉降不均勻，三是未按施工圖布設(shè)真空泵、濾管，或砂墊層含泥量大，引起該部位真空度不足與周邊沉降不均勻。針對該問題，可將裂縫部位圍堰起來并將水抽干，或沿著裂縫處將密封膜切開并用潔凈中粗砂填實，也可在裂縫處再粘上三層密封膜。其中，真空膜裂縫的處理須停抽、修復(fù)、再抽達到設(shè)計真空度，至少要損失10 d時間，且修補后有可能再次產(chǎn)生裂縫。

(4) 真空度達不到設(shè)計要求，或真空度有下降趨勢。主要是由真空膜有裂縫、密封溝密封不好、處理區(qū)域與外部有聯(lián)通的砂層等原因造成的。針對該問題，可采取以下措施：全面檢查真空膜，及時補漏；用淤泥填平真空膜與邊溝斜坡面的裂縫，必要時重新挖密封溝；增加真空泵數(shù)量；增加粘土攪拌樁把聯(lián)通的砂層隔斷。

4 施工監(jiān)測及檢測項目

(1) 施工過程中要求監(jiān)測項目及數(shù)量(見表3)。

表3 施工監(jiān)測項目及數(shù)目

(2) 膜下真空度度觀測。在真空預(yù)壓過程中須對真空度進行觀測，要求真空壓力測頭的位置埋設(shè)在膜下50 cm并位于砂墊層中，相鄰兩濾管之間，主要觀測膜下真空度在施工期間隨時間變化的情況，要求每天觀測至少2次。

(3) 地表沉降觀測。地表沉降觀測分為：施工沉降觀測和抽氣膜面沉降觀測。施工沉降觀測主要指打設(shè)排水板、鋪設(shè)砂墊層、安裝濾管等引起的沉降量，先在加固場地預(yù)埋幾個沉降板，測出初讀數(shù)，然后在完成上述工作后再進行測量，從而可以得出施工沉降量。抽氣膜面沉降觀測是在鋪好的薄膜上，預(yù)先放置一些沉降標來完成觀測，板底面積1 m×1 m，板上的沉降桿可接長，每節(jié)長度l～1.2 m。沉降標豎管偏位不大于2%，主要觀測地表沉降量和沉降速率。在正式加載之前測度每個觀測點的高程值作為預(yù)壓期間的沉降觀測初始值，在抽氣初期每天測量一次沉降點的高程值，等沉降量發(fā)展到一定程度，如沉降速率小于2.0 mm/d時，可2～3 d觀測一次。直至卸載完畢加固完成后，要進行膜面回彈觀測，一般連續(xù)進行幾天，直到垂直排水通道及淤泥真空度接近零時為止。觀測沉降數(shù)據(jù)為二等水準觀測數(shù)據(jù)。

(4) 地基分層沉降觀測。分層沉降儀管在插設(shè)排水板完成之后、鋪膜開始之前埋設(shè)，埋設(shè)位置應(yīng)符合設(shè)計要求，沉降管要求穿過淤泥層，沉降環(huán)置于淤泥層中，沿深度方向每3 m設(shè)置一個。主要觀測土層在預(yù)壓期間的沉降量和沉降速率，分析不同深度土層的固結(jié)沉降量，殘余沉降量等。分層沉降儀安裝后觀測3～4次，待每個沉降環(huán)與周圍的土體己緊密接觸基本穩(wěn)定后，將此時的觀測數(shù)據(jù)作為每個沉降環(huán)的初始數(shù)據(jù)，觀測頻率同沉降點觀測。

(5) 土中孔隙水壓力觀測?？紫端畨毫τ嬙诓逶O(shè)排水板完成之后、鋪膜開始之前埋設(shè)，沿深度方向每3 m設(shè)置一個，主要觀測各土層在預(yù)壓期間孔隙水壓力消散規(guī)律和水位變化，分析孔隙水壓力的消融情況，計算地基的平均固結(jié)度，以確定卸載時間?？紫端畨毫τ嫲苍O(shè)后，待觀測數(shù)據(jù)穩(wěn)定時讀取初始值，觀測頻率同沉降標觀測。

5 結(jié) 論

與傳統(tǒng)方法對比，采用真空預(yù)壓技術(shù)大大縮短了施工工期和節(jié)省了投資費用，如用堆載預(yù)壓，需要工期180 d，真空預(yù)壓只需90 d，節(jié)省了一半的工期；同時真空預(yù)壓約150元/m2，本項目用地為120萬m2，總費用約1800萬元，如用深層攪拌樁處理軟基，按每平方米1樁、樁長9 m、樁徑Φ500 mm計算，約540元/ m2，總費用約6480萬元，節(jié)省投資約4680萬元。

[1]JGJ79-20012.建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[2]DBJ15-38-2005.廣東省地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[3]JTS147-2-2009.真空預(yù)壓加固軟土地基技術(shù)規(guī)程[S].

[4]JTJ017-96.公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范[S].

[5]JTJ/T256-96.塑料排水板施工規(guī)程[S].

2016-12-20)