淺層真空預(yù)壓技術(shù)在長蕩湖吹填淤泥地基加固現(xiàn)場的應(yīng)用

高 揚(yáng)，羅榮彪，王曉英，袁坤坤，孫 科

（1.江蘇東方生態(tài)清淤工程有限公司，江蘇 無錫 214125；2.中國船舶重工集團(tuán)第七〇二研究所，江蘇 無錫 214082；3.無錫市濱湖區(qū)水利局，江蘇 無錫 214123）

長蕩湖屬過水型湖泊，具備調(diào)蓄功能，是太湖流域湖西區(qū)洮滆水系的重要組成部分，可有效緩解太湖湖西地區(qū)降水徑流對環(huán)太湖地區(qū)的防洪壓力，并在區(qū)域內(nèi)調(diào)節(jié)江、湖、河之間的水源分配，因此其供水的水量和水質(zhì)對滆湖、太湖至關(guān)重要[1]。但目前長蕩湖水質(zhì)和底質(zhì)污染嚴(yán)重，水體富營養(yǎng)和生態(tài)系統(tǒng)荒漠化問題突出。以減少內(nèi)源污染負(fù)荷為目的的底泥生態(tài)疏浚，被認(rèn)為是控制湖泊內(nèi)源污染效果明顯的工程技術(shù)措施之一[2]。為改善長蕩湖的水生態(tài)環(huán)境，需要實(shí)施環(huán)保疏浚，并對疏浚泥漿進(jìn)行處理。因?yàn)檫@類污泥含有較高有害污染成分，如果未經(jīng)恰當(dāng)處理，將對周邊的自然環(huán)境造成嚴(yán)重影響[3]。如何快速、有效地處理這些高含水率疏浚淤泥，對于減少空間占用、節(jié)約土地資源、節(jié)省工程成本等具有重要意義[4]。

真空預(yù)壓作為一種土體加固的方式，被廣泛應(yīng)用于各種軟弱地基的加固之中[5]。近年來圍海造陸工程的規(guī)模越來越大，真空預(yù)壓技術(shù)也得到了長足發(fā)展，淺層真空預(yù)壓法等多種新型工法也應(yīng)運(yùn)而生[6]。文章對淺層真空預(yù)壓技術(shù)在長蕩湖吹填淤泥地基加固現(xiàn)場的應(yīng)用過程及效果進(jìn)行總結(jié)，分析了不同區(qū)塊地表沉降、真空度、地基極限承載力等監(jiān)測、檢測數(shù)據(jù)，充分說明淺層真空預(yù)壓加固技術(shù)適用于長蕩湖吹填淤泥地基的加固且效果良好。

1 項(xiàng)目概況

該項(xiàng)目排泥場占地面積約為44.25萬m2，其中用于吹填部分占地面積約為39.64萬m2，排泥場內(nèi)底高程在2.8～3.5m，吹填高度為7.5m，容泥量約為170萬m3，地基加固處理后承載力≥50kPa。

2 施工情況

該工程主要施工內(nèi)容包括鋪設(shè)編織布、塑料排水板及水平濾管施工、土工布及密封膜施工、密封溝的開挖和回填、真空加載及卸載等。施工總體工藝流程見圖1。

2.1 施工區(qū)平面布置及分區(qū)

施工前首先對施工區(qū)域進(jìn)行分區(qū)并鋪設(shè)便于施工人員作業(yè)的編織布，將排水板與泥面隔離，防止淤堵。施工區(qū)平面布置及分區(qū)見圖2。

圖1 施工總體工藝流程

2.2 鋪設(shè)編織布

圖2 施工區(qū)平面布置及分區(qū)圖

編織布鋪設(shè)時(shí)先將工區(qū)四周樁位準(zhǔn)確定位后沿工區(qū)長度方向向前推進(jìn)，人工攤鋪，布面須平整并適當(dāng)留有變形余量。

2.3 塑料排水板及水平濾管施工

編織布鋪設(shè)完成且驗(yàn)收合格后，采用預(yù)先制作好的插槍進(jìn)行人工插板，插設(shè)時(shí)2人/組，將排水板的一端穿過槍頭位置處，折疊20cm左右，垂直插入淤泥中，平均間距為0.8m，插設(shè)深度為3～4.5m，外露0.2～0.4m。隨后人工鋪設(shè)水平真空濾管，并將排水板與濾管連接，連接后外裹土工布，避免淤泥中的土顆粒進(jìn)入接觸面。

水平濾管采用φ40軟式波紋透水管，支管采用“雙板—單管”的布置形式，即間距為1.6m，主管按間距30m左右進(jìn)行布置，部分區(qū)域增設(shè)幾道主管防止真空泵停機(jī)檢修對真空度造成影響。

2.4 土工布及密封膜施工

采用一布雙膜的形式以保證最佳的密封性，即先鋪一層土工布（200g/m2），然后再在其上鋪設(shè)2層HDPE（0.14mm）密封膜，鋪設(shè)采用順風(fēng)向分層平鋪工藝，鋪設(shè)一層密封膜后，檢查無誤后再鋪設(shè)第二層密封膜。密封膜鋪設(shè)完畢后，四周預(yù)留量≥3m，方便進(jìn)行壓膜溝密封施工。

2.5 密封溝的開挖和回填

開挖采用機(jī)械結(jié)合人工的方式進(jìn)行，施工過程中開挖、鋪膜、回填的工作要求盡快完成并在埋好膜后的密封溝內(nèi)覆水，以保證溝內(nèi)閉氣的狀態(tài)。回填采用挖出的淤泥質(zhì)黏土進(jìn)行作業(yè)，并用反鏟斗夯實(shí)。

2.6 真空加載及卸載

當(dāng)HDPE密封膜鋪設(shè)完成后，即可進(jìn)行抽真空設(shè)備及管路的連接與安裝。抽真空設(shè)備采用射流式真空泵，通過出膜器及吸水膠管與膜下水平濾管進(jìn)行連接，單臺射流泵工作壓力≥96kPa，并按1000～1200m2/臺的范圍布置。真空加載采用逐級真空提升的方式進(jìn)行，第一階段為真空加載提升階段，使土體得到初步固結(jié)，當(dāng)膜下真空度穩(wěn)定達(dá)到80kPa后進(jìn)入第二階段—真空恒載階段，直至土體滿足設(shè)計(jì)承載力要求。

地基承載力檢測方式的制約致使其必須等真空預(yù)壓完成后才能進(jìn)行，且由于吹填淤泥性質(zhì)軟弱，其承載力要求遠(yuǎn)小于一般軟土地基，故連續(xù)穩(wěn)定沉降時(shí)間參照《港口工程地基規(guī)范》（JTJ 250—1998）中的下限值，即實(shí)測地面沉降速率連續(xù)5d平均沉降量≤2mm/d，同時(shí)各測點(diǎn)的固結(jié)度達(dá)到或接近85%作為停泵卸載標(biāo)準(zhǔn)[7]。

3 施工監(jiān)測及地基加固效果分析

3.1 施工監(jiān)測及檢測內(nèi)容

施工監(jiān)測內(nèi)容包括地表沉降、真空度。地表沉降：地表沉降采用水準(zhǔn)測量，在處理區(qū)域布設(shè)5個(gè)測點(diǎn)，測量精度不低于三等。真空度：觀測探頭位置埋設(shè)在土工布以下10～20cm，用以觀測膜下真空壓力在施工期間隨時(shí)間的變化情況。檢測內(nèi)容為地基極限承載力。地基極限承載力依據(jù)淺層平板載荷試驗(yàn)有關(guān)條款進(jìn)行[8]。

3.2 典型區(qū)塊地基加固效果分析

根據(jù)排泥場地塊的分區(qū)，選擇典型區(qū)塊分析地基加固效果，分別選取一處吹填口（1-2區(qū)塊），一處中游段（1-6區(qū)塊），一處退水口（1-10區(qū)塊）。

圖3 各區(qū)塊累計(jì)沉降量隨時(shí)間變化散點(diǎn)圖

圖4 各區(qū)塊沉降速率曲線

（1）沉降監(jiān)測與固結(jié)度計(jì)算。抽真空90d后，1-2區(qū)塊累計(jì)平均沉降984mm，1-6區(qū)塊累計(jì)平均沉降1037mm，1-10區(qū)塊累計(jì)平均沉降1407mm。各區(qū)塊測點(diǎn)的沉降量隨時(shí)間變化的散點(diǎn)圖及沉降速率圖見圖3～圖4。由圖3可看出，沉降量在吹填口較小、中游次之、泄水口較大，其原因可能是泥漿在吹填過程中存在圍堰內(nèi)置隔埂迫使泥漿流徑增長，并造成泥漿中的粗細(xì)顆粒在沉積過程中隨流向呈級配分布，導(dǎo)致不同區(qū)域沉積物的表面積和孔隙率存在差異。距離吹填口較近的1-2區(qū)塊粗顆粒物較多，沉淀區(qū)域可形成壓縮沉淀，比重較大的顆粒間可形成骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，相互接觸、相互支撐。沉積物中的間隙水也會(huì)在重力作用下被擠出，從而使淤泥得到進(jìn)一步壓縮，這是導(dǎo)致沉降量變小的主要原因；而泄水口的淤泥沉積物顆粒較細(xì)，其孔隙率較大、壓縮性較大、水分不易排出等特點(diǎn)是導(dǎo)致沉降量較大的主要原因。由圖4可看出，真空加載提升階段（0～30d）沉降較大，沉降速率較快；真空恒載階段（30～90d）沉降速率明顯減緩，60～90d沉降趨于平緩，特別是從第82d開始沉降趨于穩(wěn)定，85～90d連續(xù)5d平均沉降數(shù)值均＜2mm/d。抽真空第90d根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測沉降數(shù)值利用指數(shù)曲線法推求最終沉降量，并以此計(jì)算固結(jié)度，各區(qū)塊固結(jié)度推算表結(jié)果見表1[9]。結(jié)果顯示各測點(diǎn)固結(jié)度達(dá)到85%以上，沉降數(shù)值符合停泵卸載標(biāo)準(zhǔn)。

表1 各區(qū)塊最終沉降量與固結(jié)度

（2）真空度監(jiān)測。各區(qū)塊膜下真空度隨時(shí)間變化的散點(diǎn)圖見圖5。從數(shù)據(jù)顯示來看各區(qū)塊的差異不明顯，真空加載階段（0～30d）前15d真空度提升較快，直至70kPa；15～30d時(shí)真空度總體穩(wěn)定提升，但有上下細(xì)微波動(dòng)的情況出現(xiàn)。真空恒載階段（30～90d）真空度基本在80kPa以上并保持穩(wěn)定。分析其原因，0～15d真空度提升快的原因可能是膜下空氣被不斷抽出，負(fù)壓場逐步形成且強(qiáng)度不斷提升；15～30d抽出的是土工膜與淤泥表層之間的浮水及淤泥層中的間隙水，該階段也是濾水通道逐步形成且逐漸穩(wěn)固的過程，是導(dǎo)致真空度提升緩慢且出現(xiàn)上下浮動(dòng)的主要原因。30～90d進(jìn)入真空恒載階段，真空度相對穩(wěn)定，顯示負(fù)壓場及濾水通道已形成，土體強(qiáng)度得到不斷提高。

圖5 各區(qū)塊膜下真空度隨時(shí)間變化散點(diǎn)圖

（3）淺層平板載荷試驗(yàn)。試驗(yàn)采用堆載法，試驗(yàn)加載方式為慢速維持荷載法，最大堆重為100kN，承壓板面積為1m2，加載用手動(dòng)油壓千斤頂，測力用壓力表，依據(jù)率定曲線確定各級荷載值的大小，測沉降用百分表。荷載與沉降P-S曲線圖見圖6。

圖6 荷載與沉降P-S曲線

結(jié)果顯示：①1-2區(qū)塊P-S曲線平緩，無明顯拐點(diǎn)，沉降10mm處對應(yīng)值為63kPa，大于最大加載值的一半，取50kPa作為此處地基承載力的特征值。②1-6區(qū)塊P-S曲線在51kPa出現(xiàn)拐點(diǎn)，取最大加載值的一半50kPa作為此處地基承載力的特征值。③1-10區(qū)塊P-S曲線平緩，沉降10mm處對應(yīng)值為56kPa，取最大加載值的一半50kPa作為此處地基承載力的特征值。上述區(qū)塊地基承載力特征值均＞50kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)論

（1）淺層真空預(yù)壓施工技術(shù)適用于長蕩湖吹填淤泥地基的加固處理且效果良好。

（2）淺層真空預(yù)壓施工技術(shù)無須設(shè)置砂墊層，與常規(guī)真空預(yù)壓相比，縮短了施工工期并降低了施工成本。

（3）施工過程中累計(jì)沉降數(shù)值在吹填口較小、中游次之、泄水口較大。各區(qū)塊真空度的提升則無明顯差異。

（4）實(shí)測地面沉降速率連續(xù)5d平均沉降量＜2mm/d且區(qū)塊固結(jié)度＞85%可作為停泵卸載標(biāo)準(zhǔn)，卸載后各區(qū)塊地基承載力特征值顯示＞50kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。