增壓防堵真空預(yù)壓法在吹填土加固工程的應(yīng)用

楊仲虎，姚永新

（1.浙江省圍海建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，浙江 寧波 315000；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)壓是加強(qiáng)軟土地基排水固結(jié)的重要方法之一，該法在1952年由瑞典皇家地質(zhì)學(xué)院教授杰爾曼（W.Kjellman）在美國麻省理工學(xué)院舉行軟土加固會議上首次提出[1]。該法具有加固時間短，造價低，工藝簡單，無污染等特點(diǎn)，尤其適用于大面積軟土地基處理，經(jīng)過國內(nèi)外幾十年來對真空預(yù)壓法的不斷研究和探索，該法也得到了很大程度的完善[2]。但是因?yàn)榇堤钔帘旧硇再|(zhì)的特殊性，在現(xiàn)場實(shí)施過程仍有許多問題需要解決，諸如真空的傳遞深度較淺，排水板極易淤堵等[3]，本文針對排水板淤堵問題，引入增壓防堵方法，著重分析其加固效果。

2 工程概況

洞頭狀元南片墾區(qū)軟基處理工程位于溫州市洞頭縣，狀元南片墾區(qū)東起洞頭縣花崗島，北至狀元岙島的山體山腳，西至深門大橋，南至圍填堤塘。吹填圍區(qū)北側(cè)及西側(cè)為海島陸地，南側(cè)及東側(cè)由已建南堤、東堤及隔堤圍成。在已建南堤以北預(yù)留寬度約70.0 m的海濱河及湖泊，已建海濱河的北護(hù)岸以及湖泊護(hù)岸為本工程地基加固區(qū)的臨水側(cè)邊界。圍區(qū)中部已建1#子隔堤和2#子隔堤以及陸域、水體將吹填區(qū)分為A、B兩個分區(qū)。其中A區(qū)總面積約89.9萬m2；B區(qū)總面積約147.1萬m2，合計總面積約237.0萬m2，扣除道路和子隔堤面積，地基處理面積約為230.8萬m2。排水板采用整體式塑料排水板，普通區(qū)域插板間距0.8 m，插板打穿吹填土層，并進(jìn)入吹填前的原泥面以下0.5 m；主管采用Φ50 mmPVC鋼絲軟管，支管采用Φ25 mmPVC鋼絲軟管；密封膜單層厚度0.12 ~ 0.16 mm，鋪設(shè)2層，密封膜采用聚乙烯或聚氯乙烯薄膜。

場地內(nèi)吹填土源主要為淤泥，吹填后在場地中呈現(xiàn)流泥狀態(tài)。地面以下0.5 ~ 1.0 m左右的土體含水率約為107 % ~117 %，孔隙比2.66 ~ 2.97，滲透系數(shù)（2.66 ~ 5.60）×10-5cm/s，屬于含水率高，孔隙比大，滲透系數(shù)低，壓縮性很高，地基承載力極低的軟弱土體。

3 增壓防堵真空預(yù)壓法

3.1 方法簡介

增壓防堵真空預(yù)壓就是在土體中加入增壓管，當(dāng)常規(guī)真空預(yù)壓穩(wěn)載預(yù)壓70 ~ 75 d后，增壓管開始向土體內(nèi)充一定量的氣體，瞬間形成流動裂隙，縮短滲流路徑，增大排水速率，促進(jìn)土體固結(jié)，吹開濾膜表面的淤泥，緩解淤堵現(xiàn)象。增壓式真空預(yù)壓法示意見圖 1，技術(shù)特點(diǎn)見圖2。

圖1 增壓防堵真空預(yù)壓法示意圖

圖2 增壓防堵真空預(yù)壓法技術(shù)特點(diǎn)圖

3.2 施工工藝

增壓防堵真空預(yù)壓軟基處理施工工藝流程：施工準(zhǔn)備→搭設(shè)浮橋→鋪設(shè)編織土工布→打設(shè)排水板、布設(shè)真空管→排水板與真空管連接→布設(shè)觀測設(shè)備→鋪設(shè)無紡?fù)凉げ?、密封膜→布設(shè)真空泵及其它抽真空裝置→抽氣加載→增壓排水板連增壓泵進(jìn)行增壓→抽氣加載→卸載→加固效果檢測。

與常規(guī)真空預(yù)壓相比，后者在真空穩(wěn)載預(yù)壓70 ~ 75 d后，開始充氣加壓，充氣加壓采用間歇式加壓方式，施工時氣壓控制在0.00 ~ 20.00 kPa（根據(jù)場地實(shí)際情況調(diào)整），每24 h增壓2 ~ 3 h，當(dāng)真空度降低至70.00 kPa時停止增壓。增壓排水板連接至抽真空系統(tǒng)，繼續(xù)抽真空至85.00 kPa，連續(xù)抽真空至出水量明顯減少，再次充氣增壓。如此充氣增壓和抽真空循環(huán)，持續(xù)15 ~ 20 d左右，周平均沉降降至小于35.00 mm，加壓結(jié)束。

3.3 造價分析

與普通直排式真空預(yù)壓相比，增壓系統(tǒng)采用排水板后期增壓，增壓系統(tǒng)增加4 元/m2，其他為部分接頭增加的費(fèi)用。但與直排式相比，按照溫州市吹填淤泥處理經(jīng)驗(yàn)需要4個月以上抽真空時間，而本技術(shù)3個月即可以達(dá)到預(yù)期效果，可節(jié)約電費(fèi)約10 元/m2。增壓式真空預(yù)壓與普通直排式真空預(yù)壓造價基本持平。增壓式真空預(yù)壓與普通直排式真空預(yù)壓造價見表1、表2。

4 室內(nèi)對比試驗(yàn)

根據(jù)以上方法介紹可知，增壓式真空預(yù)壓主要起到3個作用：一是瞬間形成流動裂隙，縮短滲流路徑，增大排水速率；二是產(chǎn)生橫向的側(cè)壓力，促進(jìn)土體固結(jié)；三是吹開濾膜表面的淤泥，緩解淤堵現(xiàn)象。本文在增壓防堵真空預(yù)壓大面積應(yīng)用之前，進(jìn)行室內(nèi)對比試驗(yàn)，主要通過監(jiān)測地表沉降量變化情況，來評價增壓式真空預(yù)壓技術(shù)的加固效果。

經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在真空預(yù)壓開始的初期累計沉降量發(fā)展較快，隨著抽真空時間的延續(xù)，沉降速率減緩，累計沉降量趨于穩(wěn)定，2種方式前期（0 ~ 284 h）累計沉降量變化趨勢大致相等。待孔隙水壓力相對穩(wěn)定時，啟動增壓設(shè)置，分別在增壓量10.00，20.00，30.00 kPa的作用下，土體沉降量又進(jìn)一步發(fā)展，產(chǎn)生的沉降量為19.00，25.00，27.00 mm，約占總沉降量的13.5%、17.0%和17.7%。因此可知，增壓能夠有效促使吹填土沉降的發(fā)展。然而增壓量過大，也并不能使土體等到更好的固結(jié)，相反會取得反效果，這是由于大增壓量會加速排水板表面淤泥的淤堵和部分土體孔道的封閉，同時會降低整個密封系統(tǒng)的密封性。

5 加固效果檢測

根據(jù)設(shè)計要求，本工程加固效果檢測分為現(xiàn)場檢驗(yàn)與地基承載力檢驗(yàn)。現(xiàn)場檢驗(yàn)為在不鋪設(shè)墊層的情況下可滿足履帶式挖掘機(jī)正常進(jìn)場，每塊加固分區(qū)（單塊膜）的地基開挖1個基槽，開挖尺寸為長2.0 m×寬2.0 m×深3.0 m，基槽在12 h之內(nèi)無塌孔現(xiàn)象。地基承載力檢測采用現(xiàn)場試驗(yàn)與室內(nèi)土工試驗(yàn)相結(jié)合進(jìn)行評價，0.0 ~ 1.5 m深度承載力標(biāo)準(zhǔn)為50.00 kPa，1.5 m以下地基承載力標(biāo)準(zhǔn)為30.00 kPa?，F(xiàn)場試驗(yàn)照片見圖3。

表1 增壓式真空預(yù)壓價格表

表2 普通直排式真空預(yù)壓價格表

圖3 現(xiàn)場試驗(yàn)圖

5.1 淺層平板載荷試驗(yàn)

0.0 ~ 1.5 m深度范圍內(nèi)的地基承載力特征值采用現(xiàn)場平板載荷試驗(yàn)進(jìn)行評價。每個加固分區(qū)不少于1個檢測點(diǎn)。本文選取A2區(qū)塊某1淺層平板載荷試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行分析，根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)所得荷載 — 沉降觀測結(jié)果見表3，繪制成的p - s、s - lgt曲線見圖4。

表3 現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果表

圖4 p - s與s - lgt曲線圖

地基承載力特征值按GB 50007 — 2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》附錄C確定，載荷板尺寸為1.0 m×1.0 m。當(dāng)采用附錄C.0.7的第3條確定地基承載力特征值時，因本工程為超軟土地基，建議取s/b=0.02所對應(yīng)的荷載。最終地基承載力結(jié)果見表4。

表4 地基承載力結(jié)果表

5.2 十字板剪切試驗(yàn)成果分析

1.5 m深度以下的地基承載力特征值可采用十字板剪切試驗(yàn)強(qiáng)度進(jìn)行計算，十字板試驗(yàn)按1.8萬~ 3.0萬m2一組進(jìn)行。十字板檢測的平面位置取相鄰4根排水板連線的交點(diǎn)處。本文選取A2區(qū)塊某1分區(qū)十字板試驗(yàn)進(jìn)行分析，參考《浙江省海塘工程技術(shù)規(guī)定》，地基承載力特征值可按下式計算，得到該區(qū)塊1.5 m深度以下地基承載力結(jié)果見表5。

式中：fa為地基承載力特征值（kPa）；Cu為由現(xiàn)場十字板剪切試驗(yàn)測定的地基不排水抗剪強(qiáng)度（kPa）；K為安全系數(shù)，本工程取1.5。

表5 十字板剪切試驗(yàn)結(jié)果表

6 結(jié) 語

本工程采用增壓防堵真空預(yù)壓法，經(jīng)效果檢測，現(xiàn)場基槽試驗(yàn)與地基承載力均達(dá)到設(shè)計要求，表明該處理方法具有可靠性高，經(jīng)濟(jì)性好，效率高等優(yōu)點(diǎn)，比較適合該類場地條件。