真空預(yù)壓一次處理中厚層吹填土工藝探討

孫寶升

（華北水利水電工程集團(tuán)有限公司，天津 300170）

引 言

近年來(lái)隨著中國(guó)南部沿海省區(qū)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，土地緊缺已成為沿海城市發(fā)展的瓶頸。圍海造陸相較于開(kāi)山造地，從環(huán)境、生態(tài)和成本等方面更具有優(yōu)勢(shì)。真空預(yù)壓法處理吹填土技術(shù)日漸成熟，以往普遍做法是采用二次處理，即淺層預(yù)處理+深層處理。采用二次處理的原因：一是吹填土承載力極低，插板樁機(jī)不能進(jìn)入場(chǎng)地，必須先人工插板進(jìn)行一次預(yù)處理，受人工體能及插板工具限制，插板深度一般不超過(guò)5.0 m，處理后土層將壓縮至3.5 m左右，從土地開(kāi)發(fā)和使用角度往往不夠；二是吹填土顆粒細(xì)、含水量大，排水板長(zhǎng)效通水及適應(yīng)地基變形問(wèn)題不能很好解決，采用真空預(yù)壓法一次處理中厚層吹填土，其施工技術(shù)工藝不夠成熟，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足。為降低成本費(fèi)用、節(jié)約社會(huì)資源，縮短建設(shè)期并保證質(zhì)量，一次處理中厚層吹填土工藝及方法值得深入研究。

1 工程概況

溫州市甌江口新區(qū)一期軟基處理工程第6、9、10、11施工合同段主要是在“溫州甌江口新區(qū)一期圍涂涂面整理工程”的基礎(chǔ)上進(jìn)行地基處理以獲得建設(shè)用地。工程主要以真空預(yù)壓法處理中厚層吹填軟基，根據(jù)建設(shè)部門(mén)用地需求分不同區(qū)塊和階段分別實(shí)施，主要分為河道區(qū)、道路區(qū)及地塊區(qū)，其中河道區(qū)和道路區(qū)均為二次處理，地塊區(qū)為中厚層一次處理。

2 施工流程與方法

地塊區(qū)真空預(yù)壓主要工作內(nèi)容包括施工準(zhǔn)備、工作墊層鋪設(shè)、機(jī)械插設(shè)塑料排水板、水平排水管網(wǎng)布設(shè)、膜下無(wú)紡布鋪設(shè)、密封膜鋪設(shè)及抽真空系統(tǒng)安設(shè)、分階段升壓、恒載抽真空、過(guò)程觀測(cè)與監(jiān)測(cè)、達(dá)標(biāo)卸載、地基檢測(cè)等，施工流程如圖1。

圖1 真空預(yù)壓施工流程

2.1 施工準(zhǔn)備

施工準(zhǔn)備主要包括場(chǎng)地排水及清理、測(cè)量放線(xiàn)、施工人員、材料、施工機(jī)械等準(zhǔn)備工作。

2.2 工作墊層鋪設(shè)

工作墊層自下而上分別鋪設(shè)編織布（200 g/m2）、高強(qiáng)土工格柵（雙向50 kN/m）、荊笆（1～3層）、土工布（200 g/m2）。通過(guò)構(gòu)筑合理的工作墊層使輕型樁機(jī)插板能安全進(jìn)場(chǎng)插板并一次貫穿中厚吹填土層，克服了人工插板深度不足的限制。與常規(guī)做法相比在編織布和荊笆之間增加了一層高強(qiáng)土工格柵，從而發(fā)揮了荊笆的剛性和土工格柵的抗拉性能，使地基承載力大幅度提升，使輕型樁機(jī)能夠進(jìn)入場(chǎng)地。

編織布鋪設(shè)前先縫接加工為大塊尺寸，卷成卷后運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，人工進(jìn)占式鋪設(shè)，分塊之間采用手持縫紉機(jī)雙線(xiàn)縫合二道，確?？p合牢固和后續(xù)作業(yè)安全。

土工格柵采用人工鋪設(shè)，相鄰塊搭接寬度不小于20 cm，搭接處采用尼龍繩或扎帶綁扎。

荊笆由外向內(nèi)推進(jìn)，逐層鋪設(shè)，相鄰塊搭接不少于20 cm，并采用塑料繩綁扎。各層荊笆采用上下錯(cuò)縫且方向垂直鋪設(shè)，提高整體性及承載力。

土工布主要起隔離荊笆和淤泥的作用，兼有過(guò)濾透水功能，采用人工鋪設(shè)。

圖2 工作墊層鋪設(shè)

2.3 輕型插板機(jī)插板

本工程采用改進(jìn)型輕型龍門(mén)架式軌道插板機(jī)，降低了樁機(jī)鋼結(jié)構(gòu)的截面尺寸和重量，增大底部行走小車(chē)尺寸，采用小功率電機(jī)和振動(dòng)錘，改善樁機(jī)整體受力，增大施工安全穩(wěn)定性，使樁機(jī)設(shè)備滿(mǎn)足在軟泥面上施工要求。

工程采用B型塑料排水板，插板工序主要控制插設(shè)板位間距、深度、垂直度，并嚴(yán)格控制回帶，確保排水板外露長(zhǎng)度滿(mǎn)足水平濾管綁扎要求。

圖3 輕型插板機(jī)插設(shè)塑料排水板

機(jī)械插板后，設(shè)置20～30天靜置間歇期，使插板過(guò)程中擾動(dòng)的吹填土在重力和分子力作用下結(jié)集沉淀，同時(shí)土體自由水通過(guò)豎向塑料排水板緩慢泌水，使排水板逐步適應(yīng)土體沉降和變形。在靜置期內(nèi)細(xì)微土顆粒大多固結(jié)沉淀，其隨水流動(dòng)性降低，避免抽真空時(shí)細(xì)微土顆粒在負(fù)壓作用下向排水板聚集而淤堵，從而保證排水板通水效果。

2.4 水平濾管網(wǎng)布設(shè)

濾管采用塑料波紋軟式透水管，工廠集中生產(chǎn)，管體打孔并外包透水濾布。施工時(shí)豎向塑料排水板與縱橫向水平濾管相連構(gòu)建立體排水網(wǎng)絡(luò)，三通、四通作為輔助設(shè)施將水平濾管的主管、支管連接形成平面網(wǎng)格。排水板與水平濾管連接處包裹土工濾布，其作用一是實(shí)現(xiàn)塑料排水板更好的進(jìn)行雙面排水，增加水、氣傳導(dǎo)效果，二是過(guò)濾和阻斷連接點(diǎn)外細(xì)微土顆粒進(jìn)入排水板和濾管內(nèi)部。水平濾管與排水板的連接可采用“一對(duì)一”或“一對(duì)二”方式，“一對(duì)一”是指每排塑料排水板各布設(shè)一道濾管，“一對(duì)二”是指兩排排水板與一道濾管連接，兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)，從施工效率方面分析“一對(duì)二”效率更高，從排水板的后期變形分析“一對(duì)一”適應(yīng)變形能力較差，因此“一對(duì)二”使用較為普遍。

圖4 排水板與濾管綁扎連接

在布設(shè)排水管網(wǎng)的同時(shí)安設(shè)真空射流泵及真空度測(cè)頭的出膜裝置，使出膜裝置與水平濾管網(wǎng)聯(lián)通。射流真空泵出膜裝置應(yīng)設(shè)置在各單元區(qū)主濾管與支濾管的交點(diǎn)，且距離邊線(xiàn)距離不少于5 m處。真空度測(cè)頭安放在距離真空泵不少于10 m的單元區(qū)四角及中間，且遠(yuǎn)離真空射流泵，從而避免真空度測(cè)頭受射流泵影響而使數(shù)據(jù)失真。

2.5 膜下無(wú)紡布鋪設(shè)

膜下無(wú)紡布主要起保護(hù)密封膜的作用，略有負(fù)壓空間傳遞功能。一般不低于200 g/m2，鋪設(shè)前先清理地表尖刺物，掃除抽真空期間對(duì)密封膜有破壞作用的物體。

2.6 密封膜鋪設(shè)及抽真空系統(tǒng)安裝

密封膜采用2～3層聚乙烯或聚氯乙烯薄膜，鋪設(shè)前先挖設(shè)密封溝，并清除密封溝范圍內(nèi)的所有尖刺物。密封溝開(kāi)挖深度宜為1 m，以深入不透水層為宜，寬度宜為50～100 cm。地基軟弱難以挖設(shè)成形時(shí)，可采用人工將密封膜踩入淤泥內(nèi)。

密封膜鋪設(shè)時(shí)宜選擇風(fēng)力小于5級(jí)的天氣，進(jìn)場(chǎng)后沿鋪設(shè)方向擺放就位，鋪設(shè)應(yīng)逐層進(jìn)行，鋪設(shè)時(shí)施工人員穿軟底鞋上膜。每鋪一層，均應(yīng)由專(zhuān)人檢查，若有孔洞，及時(shí)粘補(bǔ)。

各層密封膜鋪設(shè)完成后應(yīng)及時(shí)布設(shè)臨電線(xiàn)路和真空泵，并盡快開(kāi)啟真空泵將密封膜下氣體及明水排除，通過(guò)真空負(fù)壓將密封膜與地面貼緊，防止被大風(fēng)掀起。

2.7 抽真空

圖5 抽真空

在抽真空階段，采取“三階段法”，第一階段通過(guò)低壓緩抽，逐步排除膜下明水，并使真空負(fù)壓自排水板向下傳遞，逐步排除土體內(nèi)的自由水，減緩?fù)馏w中自由水及孔隙水的滲流速度，減少水流搬運(yùn)細(xì)微顆粒向排水板聚集。第二階段緩慢加壓，將試抽真空由傳統(tǒng)的5～10天試抽氣延長(zhǎng)至30天左右，控制真空壓力逐漸緩慢上升，使各土層緩慢固結(jié)，從而有效降低常規(guī)快速加壓下土體中塑料排水板周?chē)挠俣拢苊庑纬刹煌杆嘀?。若前期加壓過(guò)快，易造成土體中的水流搬運(yùn)細(xì)顆粒，被搬運(yùn)的細(xì)顆粒滯留聚集在排水板外圍形成滲透系數(shù)很小的泥膜，進(jìn)而影響吹填土中孔隙水向上傳遞，導(dǎo)致抽真空功效降低，地基處理質(zhì)量將無(wú)法保證。第三階段為恒載抽真空階段，使膜下壓力始終維持在設(shè)計(jì)值，抽氣期間做好區(qū)內(nèi)維護(hù)和相關(guān)觀測(cè)、監(jiān)測(cè)，直至達(dá)標(biāo)卸載。

在抽氣階段，應(yīng)加強(qiáng)區(qū)內(nèi)和密封溝處巡查，并根據(jù)深層孔隙水消散情況等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)查找漏氣透水現(xiàn)象，及時(shí)采取有效措施處理。

過(guò)程監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要包括分層沉降監(jiān)測(cè)、地表沉降監(jiān)測(cè)、孔隙水壓力觀測(cè)、地下水位觀測(cè)、深層水平位移觀測(cè)等。

2.8 達(dá)標(biāo)卸載

在開(kāi)泵率不低于規(guī)定值，膜下真空度不小于設(shè)計(jì)值，孔隙水消散正常，抽氣時(shí)間滿(mǎn)足要求，實(shí)測(cè)地面沉降速率滿(mǎn)足卸載標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可停止抽真空并卸載。

2.9 地基檢測(cè)

地基處理工后檢測(cè)一般包括十字板原位檢測(cè)、土力學(xué)物理指標(biāo)實(shí)驗(yàn)、地表承載力試驗(yàn)等，進(jìn)一步驗(yàn)證地基處理效果，一般由第三方專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)完成。

3 常見(jiàn)問(wèn)題分析與應(yīng)對(duì)措施

3.1 濾管被真空負(fù)壓吸癟

濾管被真空負(fù)壓吸癟將影響真空負(fù)壓有效傳導(dǎo)，其原因是多方面的，一是濾管質(zhì)量不均勻或環(huán)剛度差，二是人為踩踏破壞，三是濾管在抽真空過(guò)程中管身受力不均勻，形成應(yīng)力集中，該現(xiàn)象在無(wú)砂直排式真空預(yù)壓工藝中尤為明顯，其主要原因是濾管環(huán)剛度問(wèn)題。解決的途徑是優(yōu)選生產(chǎn)廠家，選用優(yōu)質(zhì)波紋濾管；加強(qiáng)進(jìn)場(chǎng)材料檢測(cè)，禁止使用劣質(zhì)管材；施工過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)濾管的保護(hù)，避免人為破壞；必要時(shí)采用新型鋼絲軟管。

3.2 膜下真空度不足

膜下真空度不足將使抽真空效果大打折扣，地基處理質(zhì)量將難以保證，是真空預(yù)壓的關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)。膜下真空度不足原因諸多，真空泵開(kāi)泵率不足，射流泵功率不足、帶病運(yùn)轉(zhuǎn)，負(fù)壓輸出不達(dá)標(biāo)；壓膜溝挖深不足，回填土密封性差，與外界形成透氣通道；密封膜破裂，形成透氣漏水；出膜裝置處密封處置不佳，缺乏定期維護(hù)；地表沉降不均，覆水條件差；密封膜質(zhì)量差，長(zhǎng)期暴露，材質(zhì)老化，閉氣效果變差。

為避免上述問(wèn)題將從以下幾方面解決：一是選用原生的強(qiáng)度、柔韌性和變形能力較好的密封膜，解決材料自身問(wèn)題。二是安裝符合要求數(shù)量和功率的真空泵，保證真空泵開(kāi)啟率，及時(shí)更換不合格真空泵及射流裝置。三是加強(qiáng)密封溝和膜上巡查，及時(shí)分析觀測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，出現(xiàn)異常情況及時(shí)排查原因并消除。四是創(chuàng)造有利于真空度維持的條件，比如膜上適當(dāng)覆水，減緩密封膜老化；后期對(duì)干裂的密封溝適當(dāng)注水，減低其透氣性；地表沉降不均時(shí)，采用搭埝階梯覆水，以保護(hù)密封膜并增強(qiáng)其閉氣性。

3.3 深層孔隙水不消散

深層孔隙水消散性差往往伴隨膜下真空度降低，該現(xiàn)象發(fā)生在邊區(qū)的概率較高，特別是邊區(qū)道路或圍堤采用透水性材料修筑，圍堤在水下施工時(shí)，其流失、遺落的材料往往超出其設(shè)計(jì)斷面邊線(xiàn)，若其分布范圍廣、層厚較大，并侵入真空預(yù)壓區(qū)，則插板時(shí)透水性材料往往被塑料排水板貫穿，從而使真空預(yù)壓區(qū)與圍堤相互貫通形成透氣通道，大大削弱了真空負(fù)壓向其他區(qū)域的傳遞，進(jìn)而導(dǎo)致深層孔隙水不消散。解決上述問(wèn)題要提前調(diào)查分析邊區(qū)真空預(yù)壓實(shí)施條件，可選擇密封墻隔斷、設(shè)置保護(hù)隔離區(qū)、堆載預(yù)壓、翻曬換填或組合措施解決。

4 結(jié) 語(yǔ)

近年來(lái)，隨著真空預(yù)壓實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累和技術(shù)的進(jìn)步，以往工程實(shí)踐中暴露的問(wèn)題將會(huì)逐漸解決，且更加節(jié)能環(huán)保和經(jīng)濟(jì)，例如排水板專(zhuān)用接頭及鋼絲軟管開(kāi)始在工程中應(yīng)用，效果較好，其中專(zhuān)用接頭將排水板直接插入固定，更好的實(shí)現(xiàn)了排水板雙面?zhèn)鳉馔ㄋ讳摻z軟管采用封閉式管道，使得負(fù)壓向排水板和地基中傳遞更加直接高效。采用集中布泵的水氣分離式真空系統(tǒng)，使得單位耗電量顯著降低，施工安全性也大大提高。而一次處理中厚層吹填土施工工藝也將隨著人們對(duì)真空預(yù)壓認(rèn)識(shí)的提高和技術(shù)的進(jìn)步而逐步完善。