真空聯(lián)合高堆載預(yù)壓處理深基坑軟土地基綜合施工技術(shù)的應(yīng)用

梁廣雪， 梁廣會， 趙海娟， 姚慶東

(1.江蘇鹽城水利建設(shè)有限公司， 江蘇 鹽城 224014； 2.南通通源建設(shè)監(jiān)理有限公司， 江蘇 南通 226006；3.鹽城市大豐區(qū)水利局， 江蘇 鹽城 224100)

軟土地基在我國分布范圍比較廣，作為構(gòu)筑物的基礎(chǔ)十分不穩(wěn)定,容易出現(xiàn)較大的工后沉降及地基的不均勻沉降等情況,對構(gòu)筑物的穩(wěn)定性產(chǎn)生極大影響。如何在軟土地基進(jìn)行建筑物施工，通過科技創(chuàng)新，采取新的施工工藝，使原天然地基處理后承載力達(dá)到設(shè)計要求，確保建筑物質(zhì)量與安全，是一個值得探討和研發(fā)的新課題。

本文結(jié)合南水北調(diào)東線第一期工程里下河水源調(diào)整工程阜寧站段，經(jīng)過對深基坑聯(lián)合高堆載施工技術(shù)方案的研究，進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的檢驗和控制，得出深基坑聯(lián)合高堆載處理軟土地基的研究成果。

1 概況

南水北調(diào)東線第一期工程里下河水源調(diào)整工程阜寧泵站位于阜寧縣陳集鎮(zhèn)金星村境內(nèi)，主要任務(wù)是在江水北調(diào)期間，將阜寧腰閘至通榆河總渠地涵段共1.79萬hm2耕地用水源由總渠水源調(diào)整為抽引里下河水源入總渠灌溉。工程設(shè)計流量30m3/s，布置1600ZLB7.5-4.5型立式軸流泵，配YKS500-20立式異步電機(jī)5臺套，單臺流量7.5m3/s，配套電機(jī)功率500kW，總裝機(jī)容量2500kW。工程主要建設(shè)內(nèi)容包括泵站站身、站下清污機(jī)橋、穿堤涵洞防洪閘、上下游引河開挖、房屋工程等工程。阜寧泵站站身采用濕室型墩墻結(jié)構(gòu)，底板底高程為-6.7m，底板長28.5m，寬度20m。上游1節(jié)翼墻采用空箱結(jié)構(gòu)，上下游其他翼墻采用扶壁結(jié)構(gòu)。

2 地基預(yù)壓處理監(jiān)測及要求

站址處地基為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾輕粉質(zhì)砂壤土，厚度較大，設(shè)計采用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓進(jìn)行站身及翼墻地基預(yù)壓處理，預(yù)壓面積為2 682.4m2，地基處理預(yù)壓面底高程-4.5m，預(yù)壓面頂高程8.5m，原始地面平均高程3.5m。預(yù)壓處理前先將地基開挖至高程-4.5m。

預(yù)壓監(jiān)測現(xiàn)場共布置沉降標(biāo)14個、沉降管3個、孔壓計3個、測斜管4個、真空計探頭3個、真空表3個，用于真空聯(lián)合堆載預(yù)壓處理觀測，設(shè)計要求：

(1)堆載速率以現(xiàn)場監(jiān)測為準(zhǔn)，控制在：邊樁水平位移小于5mm/d，基底中心點沉降速率小于15mm/d，孔隙水壓力小于等于0.6，日堆載高度小于25cm，分層應(yīng)均勻。

(2)在密封溝外側(cè)1.5m處，設(shè)直徑50cm管井排水，管井高程3.5～-32m。

(3)要求卸載前地基固結(jié)度達(dá)到90%以上，卸載前的沉降穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)為：連續(xù)7d平均沉降量小于或等于1mm/d，加固前后取土試驗，加固前后進(jìn)行十字板剪切試驗，以檢驗其加固效果。

3 工藝特點

3.1 采用移動軌道施工技術(shù)

深基坑軟土地基塑料排水板施工，考慮到樁機(jī)架底部土體出現(xiàn)不均勻沉降而傾覆，采用平板移動軌道施工技術(shù)。主要要點是：在軌道下側(cè)鋪設(shè)可移動平板，材料為高強竹膠板，軌道鋪設(shè)在平板上，平板根據(jù)樁架位置不斷移動，從而保證樁機(jī)架的垂直度和靈活移動性。

3.2 采用主管、濾管、抽真空裝置保護(hù)技術(shù)

從高填土(從-4.5～8.5m，共填土高度13m)堆載對膜內(nèi)主管道的影響進(jìn)行研究，保證真空主管道能夠持續(xù)穩(wěn)定工作。

3.2.1 主管、濾管選擇及布置

埋于砂墊層中的管道分主管和濾管兩種，主管為Φ90mm的PVC管，壁厚大于2.4mm；支濾管為Φ75mm的PVC管，壁厚大于2mm?？紤]到高填土對管道的影響，首先計算管道所需的徑向承載力，一是考慮承受足夠的徑向真空壓力而不變形，二是考慮承受上部土體傳導(dǎo)的軸向壓力不變形。然后到市場進(jìn)行比選，采購合格產(chǎn)品后，首先送專門檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行試驗，符合設(shè)計要求后使用。

支濾管上先穿打Φ6mm、孔間距30～40mm的小孔，外包一層無紡?fù)凉げ紴V膜，以防雜物堵塞孔、管。在把支濾管裝入濾布套之前，要把主管和濾管內(nèi)外清洗干凈，避免將砂、泥留在管內(nèi)，因為泥沙被吸入泵體會損壞泵葉。

主管的端部與濾管采用三通聯(lián)接，主管與濾管之間用三通或四通聯(lián)接?，F(xiàn)場鋪設(shè)時，將濾管的末端用木塞封死，然后再套上預(yù)先縫制好的反濾布套。同時反濾布將濾管上的孔洞蓋住，再用細(xì)繩把濾布套兩端捆扎牢靠。濾水管排距為5.5m，最外層濾水管距場地邊的距離為3m，射流泵抽出水經(jīng)抽排至下游小中干渠。

安裝結(jié)束后，將整個主管、濾管埋入砂墊層中，出膜裝置的開口部分暫時用布包好，以防砂子進(jìn)入管內(nèi)。

3.2.2 主管的出膜裝置

主管的出膜裝置使整個膜內(nèi)、膜外抽真空系統(tǒng)形成一個有機(jī)整體，使管路系統(tǒng)連續(xù)、通暢。本技術(shù)從抽真空出膜管道防護(hù)技術(shù)方面研究，提高抽真空效果，加快地基土壤固結(jié)，保證地基承載力盡快達(dá)到設(shè)計預(yù)想。

首先在主管的出口部位聯(lián)結(jié)1個帶有法蘭盤的彎曲鋼管，法蘭盤上焊有4個固定的螺桿，實施時先在膜內(nèi)法蘭盤上放置1個密封橡膠墊圈，將密封膜穿過固定的螺桿置于法蘭盤上，再將膜外的墊圈和有4孔的膜外法蘭盤(其上已焊有65cm長的1節(jié)彎管)置于膜上，加上螺栓擰緊，再通過鋼絲螺紋橡膠管就把抽真空裝置與膜下的管路系統(tǒng)聯(lián)系起來，形成一個抽氣系統(tǒng)。本技術(shù)考慮到出膜管道全部埋在土中，自由伸展度不可能達(dá)到，先將抽真空出膜主管道預(yù)留沉降長度(根據(jù)設(shè)計圖紙指標(biāo)計算最大沉降1.73m)3.5m，其次，利用子母管道法，在鋼絲螺紋橡膠管內(nèi)部再布設(shè)1根直徑略微小一點的軟濾管，軟濾管外側(cè)也裹好反濾布套。同時保證該軟濾管能承受同樣的徑向壓力。

3.2.3 抽真空裝置

抽真空裝置由高壓射流泵、射流噴嘴、循環(huán)水箱組成。

(1)本技術(shù)首先從真空泵安裝高程上進(jìn)行研究，保證抽真空能夠盡快達(dá)到設(shè)計的真空度要求。

處于真空狀態(tài)下的氣體稀簿程度，通常用真空度表示。若所測待處理土體內(nèi)的壓強低于大氣壓強，其壓力測量需要真空表。真空度數(shù)值是表示出系統(tǒng)壓強實際數(shù)值低于大氣壓強的數(shù)值，即，真空度=大氣壓強-絕對壓強。本技術(shù)忽略由于泵安裝高程引起的大氣壓強降低值。

同時，由于本軟土地基處理技術(shù)中，射流真空泵不僅僅是從土體中抽空氣，而且還要將軟土中的水排出，屬于水氣混合體。因而出膜口處的絕對壓強還跟水頭高度存在一定的因果關(guān)系。

在本軟土處理技術(shù)中，真空泵處的水頭為位置水頭。其余在本技術(shù)中不予考慮。那么，真空泵的安裝高程絕對影響膜內(nèi)的真空度。據(jù)此計算，真空泵的安裝高程與出膜口高程差不能大于2m，從而能保證達(dá)到設(shè)計的80kPa要求。 因此，本技術(shù)將真空泵安裝在高程-4m左右，與出膜口保持一致。

(2)對真空泵保護(hù)措施上進(jìn)行技術(shù)研究，保證真空泵能夠持續(xù)穩(wěn)定工作。同時加強真空泵出水的抽排。由于真空泵安裝在-4m高程，那么，真空泵工作場所則全部在堆載土體之中，要保證泵的正常工作，則必須對泵進(jìn)行保護(hù)。

本技術(shù)的做法是：真空泵外用有企口的水泥套管保護(hù)泵體，套管為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，每節(jié)2m，直徑1.5m，每臺真空泵用4節(jié)。套管根據(jù)堆載土體進(jìn)度逐步上升。管內(nèi)采用鋼爬梯用于檢修。管節(jié)之間接頭外用土工布裹好，同時用木方做骨架，以保證管與管接頭不致錯榫損壞。

4 研究目標(biāo)及達(dá)到的效果

4.1 綜合技術(shù)的研究目標(biāo)及特點

由于目前真空聯(lián)合堆載預(yù)壓方法在施工工藝等方面的研究不多。本工程主要是在深基坑采用該方法施工中，對抽真空出膜管道防護(hù)技術(shù)、真空泵保護(hù)、防護(hù)技術(shù)的使用進(jìn)行研究，目標(biāo)是保證真空泵能夠持續(xù)穩(wěn)定工作、保證達(dá)到設(shè)計真空度的要求，保證堆載施工的順利進(jìn)行。本研究的特點是：

(1)采用移動軌道施工技術(shù)，實現(xiàn)深基坑(8m)軟地基塑料排水板施工。

(2)通過改進(jìn)真空泵防護(hù)，增設(shè)外套管保護(hù)措施，保證真空泵能夠持續(xù)穩(wěn)定工作。

(3)通過高填土(填土高度13m)堆載中，改進(jìn)和控制真空膜內(nèi)管道防護(hù)技術(shù)，保證真空主管道能夠持續(xù)穩(wěn)定工作。

(4)通過觀測堆載速率，研究出控制測斜結(jié)果的影響技術(shù)，以保證堆載施工的順利進(jìn)行。

4.2 綜合技術(shù)的創(chuàng)新點

真空聯(lián)合堆載預(yù)壓技術(shù)，針對軟地基處理提出和實現(xiàn)了“雙壓兩改雙控”技術(shù)創(chuàng)新：①“雙壓技術(shù)”就是通過真空預(yù)壓產(chǎn)生負(fù)壓和高堆載預(yù)壓產(chǎn)生正壓，使兩者形成聯(lián)合作用，孔隙水壓力的壓差更大，造成孔壓消散更快，加固效果更好；②“兩改技術(shù)” 就是通過改進(jìn)真空泵防護(hù)措施，增設(shè)外套管保護(hù)(防護(hù))技術(shù)，達(dá)到真空泵持續(xù)穩(wěn)定工作目的；通過高填土(填土高度13m)堆載中，對抽真空膜內(nèi)管道防護(hù)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和控制，達(dá)到真空主管道持續(xù)穩(wěn)定工作的效果；③“雙控技術(shù)” 就是通過觀測堆載速率，研究出測斜結(jié)果的影響技術(shù)控制要素，以保證堆載施工的順利進(jìn)行；通過高填土堆載中抽真空膜內(nèi)管道防護(hù)技術(shù)的控制，保證真空主管道能夠持續(xù)穩(wěn)定工作。

4.3 綜合技術(shù)應(yīng)用效果

(1)表層沉降：在抽真空初期沉降速率較大并有逐漸變緩趨勢，堆載開始后沉降速率增長明顯，在堆載過程中最大沉降速率滿足設(shè)計要求，保證了堆載過程中地基的穩(wěn)定性，恒載期間沉降逐漸變緩。真空聯(lián)合堆載預(yù)壓恒壓期間，地表平均沉降量1519mm，最大沉降量1841mm，最小沉降量1275mm，平均沉降速率為0.7mm/d，滿足設(shè)計要求。

(2)深層分層沉降：根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，對地基處理的主要部位為中上層，沉降量主要集中在中上層土層，說明中上層土層含水量高，下層土質(zhì)含水量低，滿足設(shè)計要求的處理深度。

(3)孔隙水壓力：抽真空初期,孔隙水壓力消散明顯，堆載期間，伴隨著堆載高度的增高，孔隙水壓力出現(xiàn)反彈-消散的正常反復(fù)，真空預(yù)壓聯(lián)合堆載期間孔隙水壓力不斷消散，出現(xiàn)異常反彈情況能夠及時處理，最終各點消散量可達(dá)80～150Kpa左右。

(4)深層側(cè)向位移：抽真空初期,場區(qū)整體向內(nèi)收縮，在荷載作用下，場區(qū)整體向外偏移，偏移速率滿足設(shè)計要求，保證了堆載施工過程中地基穩(wěn)定性，真空預(yù)壓聯(lián)合堆載恒載期間，偏移速率逐漸減小。

(5)預(yù)壓技術(shù)指標(biāo)：根據(jù)監(jiān)測結(jié)果分析，本項目真空聯(lián)合堆載預(yù)壓施工，已滿足了固結(jié)度達(dá)到90%和沉降速率不大于1mm/d的設(shè)計要求。

(6)工后沉降值：本工程經(jīng)試運行期到單位工程驗收時，泵站站身最大沉降量5mm，最小沉降量3mm，翼墻墻身最大沉降量10mm，最小沉降量1mm。工后沉降量也滿足設(shè)計要求。

5 結(jié) 語

鑒于真空聯(lián)合高堆載預(yù)壓處理深基坑軟地基綜合施工技術(shù)的產(chǎn)生，不僅突破了軟土地基采用混凝土基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)等傳統(tǒng)方案，且工藝成熟、過程控制簡單、監(jiān)控數(shù)據(jù)采集無紙化、施工成本低等特點，為水利工程軟土地基施工處理積累了寶貴的經(jīng)驗，在工程設(shè)計、施工領(lǐng)域產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。為此，無論是從社會效益上來講，還是經(jīng)濟(jì)效益上來講，都具有廣闊的前景，適用于水利、碼頭堆場、機(jī)場、發(fā)電廠、高速公路等類工程的軟地基處理。

水利工程一般基礎(chǔ)都為深埋基礎(chǔ)，軟土地基分部范圍較廣，深基坑軟土地基采用真空聯(lián)合高堆載預(yù)壓處理能夠用較低成本達(dá)到預(yù)期的承載力效果，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢明顯，極具發(fā)展?jié)摿Α?/p>