真空預(yù)壓技術(shù)在河道地基加固工程中的應(yīng)用

林光國(guó)，沈 杰

（1.溫州市甌江口開發(fā)建設(shè)投資集團(tuán)有限公司，浙江 溫州 325000；2.浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310020）

1 問題的提出

真空預(yù)壓技術(shù)是一種常用的軟弱土地基改良方法，其操作簡(jiǎn)單、施工方便、脫水效率高、易于大規(guī)模處理、成本適中，但需要較長(zhǎng)的固結(jié)時(shí)間和較大的場(chǎng)地[1-2]。如今，真空預(yù)壓技術(shù)被越來越多地運(yùn)用于各種工程中，主要集中在大面積新近吹填淤泥的脫水干化處置[1]，很少運(yùn)用于河道內(nèi)軟弱地基的加固工程，如今有大量的項(xiàng)目涉及墾區(qū)內(nèi)擬開挖河道的地基處理[4]，真空預(yù)壓方法作為一種較經(jīng)濟(jì)、有效的脫水干化方法是否適用于河道內(nèi)軟弱地基的處理，是一個(gè)值得深入研究的問題。

2 工程概況

本文以溫州市甌江口新區(qū)一期市政工程（Ⅱ標(biāo)段）河道工程為例，重點(diǎn)研究真空預(yù)壓技術(shù)在河道軟弱地基處理中的運(yùn)用效果。該河道地基加固工程擬建場(chǎng)地位于溫州市甌江口新區(qū)，原為灘涂，后經(jīng)吹填形成陸域，甌江口新區(qū)一期已進(jìn)行墾區(qū)內(nèi)的淺層加固處理，處理范圍內(nèi)地基承載力特征值達(dá)到50 kPa，地塊區(qū)加固深度僅為2.60 ～ 5.00 m。

為了工程需要，在甌江口新區(qū)范圍內(nèi)新開挖甌錦河（跨海一路 — 經(jīng)十四路段）、甌帆河（跨海一路 — 經(jīng)十四路段）和雁霄河（濱水北路 — 環(huán)島北路）3條河流。其中，甌錦河河道總長(zhǎng)約1465 m，河寬100 ～ 150 m，自西北 — 東南方向展布；甌帆河河道總長(zhǎng)約1465 m，河寬約30 m，自西北 — 東南方向展布；雁霄河河道總長(zhǎng)約1624 m，河寬約30 m，自東北 — 西南方向展布。

經(jīng)計(jì)算，墾區(qū)內(nèi)淺層加固處理后的現(xiàn)狀場(chǎng)地地質(zhì)條件無法保證新開挖河道駁岸的穩(wěn)定，工程區(qū)域范圍內(nèi)多為淤泥質(zhì)土，其天然含水率大、壓縮性高、力學(xué)強(qiáng)度低、工程性質(zhì)差，為了保證河道開挖過程中駁岸的整體穩(wěn)定和綠化帶景觀設(shè)施的要求，需要對(duì)擬開挖河道范圍內(nèi)的軟弱土進(jìn)行進(jìn)一步的深層地基處理。

擬開挖河道河底高程為-1.50 m， 開挖深度為3.80 ～ 4.20 m，堤岸擬采用自然放坡、生態(tài)護(hù)坡或圬工結(jié)構(gòu)駁岸（見圖1）。

圖1 河道駁岸典型斷面圖 單位：mm

3 真空預(yù)壓處理方案

3.1 河道地基處理方案比選

目前常用的軟弱地基處理方法有真空預(yù)壓法、堆載預(yù)壓法、換填法形成復(fù)合地基等，考慮到該工程是位于新近吹填的墾區(qū)內(nèi)的河道開挖工程，場(chǎng)地內(nèi)大多為土性極差的淤泥質(zhì)土，不具備大型設(shè)備進(jìn)場(chǎng)作業(yè)的條件，而堆載預(yù)壓法需要大型設(shè)備進(jìn)場(chǎng)鋪設(shè)石料荷載，換填法需要大型設(shè)備進(jìn)場(chǎng)打設(shè)砂樁或碎石樁，這2種方法都需要大量的砂石料，工程投資較大。真空預(yù)壓法在處理高含水率、高壓縮性軟弱土?xí)r具有經(jīng)濟(jì)成本低、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、加固效果較好等工程特點(diǎn)，因此該工程地基處理方案選擇采用真空預(yù)壓法，介紹甌帆河地基土在真空預(yù)壓處理后的強(qiáng)度指標(biāo)變化情況，并通過強(qiáng)度指標(biāo)的分析判斷真空預(yù)壓技術(shù)是否適合運(yùn)用于墾區(qū)內(nèi)河道軟弱地基的處理。

工程將甌帆河分成3個(gè)真空預(yù)壓區(qū)塊，處理總面積約76489 m2，其中A-1區(qū)塊23921 m2，A-2區(qū)塊25860 m2，A-3區(qū)塊26708 m2。根據(jù)3個(gè)區(qū)塊的地質(zhì)勘查資料，按規(guī)范要求將區(qū)域內(nèi)地基土自上而下分為2個(gè)工程地質(zhì)層，細(xì)分為5個(gè)工程地質(zhì)亞層，各層的地質(zhì)情況以及真空預(yù)壓處理需要達(dá)到的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)見表1，該設(shè)計(jì)指標(biāo)是通過真空預(yù)壓強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律計(jì)算得到的，計(jì)算時(shí)固結(jié)度按不低于80%、抽真空時(shí)間按不少于100 d考慮。通過穩(wěn)定計(jì)算，該設(shè)計(jì)指標(biāo)能滿足河道駁岸施工期（考慮施工荷載）的整體穩(wěn)定要求。

表1 河道地基各地質(zhì)層情況表

3.2 真空預(yù)壓施工工藝

對(duì)河道地基正式真空預(yù)壓處理前需要做一些準(zhǔn)備工作，包括沿著河道駁岸的表面整平至設(shè)計(jì)高程，鋪設(shè)1層編織布、竹芭、土工布，采用自卸汽車和人工相結(jié)合的方式回填砂墊層至設(shè)計(jì)高程；打設(shè)塑料排水板，采用B型塑料排水板，通水量較大，有利于提高排水固結(jié)的速率，打設(shè)間距0.90 m，正方形布置，打設(shè)底高程為- 9.50 m和- 11.50 m。排水板打設(shè)完畢后開始埋設(shè)監(jiān)測(cè)儀器，埋設(shè)水平向分布濾管，濾管應(yīng)埋設(shè)在砂墊層中部，管上有10 ～ 20 cm砂覆蓋層；整平砂墊層，再在頂面鋪設(shè)1層土工布和2層密封膜，四周埋入壓膜溝進(jìn)行密封，保證其氣密性；設(shè)置地面沉降標(biāo)，用于測(cè)量真空預(yù)壓前的砂墊層頂面高程；最后安裝射流泵。

當(dāng)射流泵、真空管路按要求連接完成后，開始抽真空。當(dāng)膜下真空度達(dá)到0.05 ～ 0.06 MPa時(shí)，檢查預(yù)壓區(qū)內(nèi)密封系統(tǒng)，若沒問題便開始在密封膜上覆水，覆水高度一般在20 ～ 30 cm。滿足卸載標(biāo)準(zhǔn)后，停止抽真空，并將真空預(yù)壓區(qū)膜上覆水排出。有效抽真空過程時(shí)間不少于100 d。

4 河道地基土真空預(yù)壓加固后的強(qiáng)度增長(zhǎng)情況

卸載5 d后進(jìn)行真空預(yù)壓加固后的河道地基土強(qiáng)度指標(biāo)檢驗(yàn)，檢測(cè)內(nèi)容主要是原位十字板測(cè)試[5]。通過現(xiàn)場(chǎng)十字板剪切試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以計(jì)算各檢測(cè)點(diǎn)原狀土的抗剪強(qiáng)度、重塑土強(qiáng)度，繪制原狀土的抗剪強(qiáng)度、重塑土強(qiáng)度隨深度變化曲線，并判斷甌帆河各區(qū)塊地基土在采用真空預(yù)壓法加固處理后的十字板剪切強(qiáng)度是否滿足設(shè)計(jì)要求。

根據(jù)工程場(chǎng)區(qū)條件及相關(guān)規(guī)范要求，甌帆河軟土地基處理后加固深度范圍內(nèi)垂直于堤岸線橫斷面布置2 ～ 3個(gè)十字板試驗(yàn)孔，檢測(cè)孔垂直于堤岸線橫斷面間距為300 ～ 400 m；每個(gè)施工區(qū)塊檢測(cè)斷面不得少于1條，十字板檢測(cè)孔深度同排水板底高程位置處深度，豎向測(cè)試間距按1.00 m間隔做1個(gè)點(diǎn)。共布置有12個(gè)十字板檢測(cè)孔（FHS1 ～ 12），其平面布置見圖2。

12個(gè)檢測(cè)點(diǎn)在加固前后的十字板剪切抗剪強(qiáng)度增加值見表2。從表2中可以發(fā)現(xiàn)，所有數(shù)值都為正值，也就是說排水板處理深度范圍內(nèi)的河道地基土在真空預(yù)壓加固后強(qiáng)度均發(fā)生了不同程度的增加。為了更直觀地觀察加固前后的增加幅度，將12個(gè)檢測(cè)點(diǎn)加固前后的同一深度位置處的十字板剪切強(qiáng)度求平均值，并將平均值沿深度的變化曲線繪制成圖3。從圖3中可以發(fā)現(xiàn)，真空預(yù)壓加固效果最好的區(qū)域在深度6.00 ～ 11.00 m范圍內(nèi)，強(qiáng)度增加的幅度在30.0 ～ 60.0 kPa，提高了2.4 ～ 3.0倍，其中FHS1檢測(cè)點(diǎn)在10.00 ～ 11.00 m范圍內(nèi)增加了 100.0 ～ 150.0 kPa。此外，深度 1.00 ～ 5.00 m 和 12.00 ～13.00 m范圍內(nèi)的河道地基土強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度在15.0 ～ 20.0 kPa。

表2 檢測(cè)點(diǎn)加固前后的十字板剪切強(qiáng)度增加值統(tǒng)計(jì)表

圖3 加固前后十字板剪切強(qiáng)度平均值沿深度的變化曲線圖

將各分區(qū)內(nèi)同一土層的十字板剪切強(qiáng)度平均值與該土層的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值列于表3。從表3中可以發(fā)現(xiàn)，甌帆河各真空預(yù)壓分區(qū)內(nèi)各土層的十字板剪切試驗(yàn)點(diǎn)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)均大于該土層對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)值，滿足設(shè)計(jì)要求。

由此可以得出結(jié)論，真空預(yù)壓技術(shù)適用于新近吹填墾區(qū)的河道軟弱地基的處理工程中，處理后地基土十字板剪切強(qiáng)度均有明顯增加，且強(qiáng)度指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，滿足河道在開挖過程中駁岸的整體穩(wěn)定要求。

表3 甌帆河各單位分區(qū)地基土層十字板抗剪強(qiáng)度指標(biāo)判定匯總表

5 結(jié) 論

（1）真空預(yù)壓技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單、施工方便、脫水效率高、易于大規(guī)模處理、成本適中等優(yōu)點(diǎn)，廣泛運(yùn)用于各種軟弱地基土的脫水加固工程中，但很少運(yùn)用于新近吹填墾區(qū)內(nèi)的河道軟弱地基的加固工程中。本文以溫州市甌江口新區(qū)一期市政工程（Ⅱ標(biāo)段）河道工程（甌帆河）為例，簡(jiǎn)述了甌帆河的軟弱地基圖的真空預(yù)壓處理過程以及處理后地基土的強(qiáng)度增長(zhǎng)效果。

（2）通過甌帆河地基土在真空預(yù)壓加固后的十字板剪切強(qiáng)度的數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)所有檢測(cè)點(diǎn)的十字板剪切強(qiáng)度在真空預(yù)壓加固后均大幅度提高，其中處理效果最好的區(qū)域在深度6.00 ～ 11.00 m范圍內(nèi)；此外，甌帆河各真空預(yù)壓分區(qū)內(nèi)各土層的十字板抗剪強(qiáng)度均大于該土層的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，完全滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）工程實(shí)例證明真空預(yù)壓技術(shù)適用于新近吹填墾區(qū)內(nèi)的河道軟弱地基的加固工程中，處理后的地基強(qiáng)度指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求，且能保證河道開挖過程中駁岸的整體穩(wěn)定。目前國(guó)內(nèi)將真空預(yù)壓技術(shù)運(yùn)用于河道軟弱地基處理的實(shí)例還很少，該工程為今后類似的工程提供參考，具有一定的創(chuàng)新性和工程借鑒價(jià)值。