簡析真空預(yù)壓聯(lián)合堆載加固地基施工工藝

陳潮濠，黃世彬

（中交第四航務(wù)工程局有限公司，廣東 廣州 510330）

引 言

碼頭建設(shè)中，經(jīng)常遇到軟弱土層地基，此種地基物理力學(xué)的強(qiáng)度、穩(wěn)定性以及滲透性方面都比較差，必須經(jīng)過加固處理才能滿足建筑物對地基土的要求。近年來地基處理技術(shù)迅猛發(fā)展，涌現(xiàn)出真空預(yù)壓法、真空預(yù)壓聯(lián)合堆載法、水泥深層攪拌樁法、振沖法、置換法等多種有效地基加固處理方法，本文以珠海港洪灣港區(qū)二期工程第一階段工程施工項(xiàng)目為例，對真空預(yù)壓聯(lián)合堆載加固地基的施工工藝進(jìn)行探討。

1 工程概況

珠海港洪灣港區(qū)二期工程（第一階段）位于珠海港洪灣港區(qū)東部。本工程中軟基處理面積40 492 m2，分 A、B兩個區(qū)進(jìn)行，A區(qū)真空預(yù)壓處理面積為19 984 m2，B區(qū)真空預(yù)壓處理面積為20 508 m2，A區(qū)真空預(yù)壓要等水泥攪拌樁 28天齡期到達(dá)后才能進(jìn)行，B區(qū)真空預(yù)壓則不受水泥攪拌樁影響。

本工程地處珠江河口西岸，珠江三角洲南緣，為洪灣涌口與馬溜水道的交界附近。地貌上隸屬三角洲灘地，沉積物以海相、海陸相交為主，斷裂構(gòu)造對珠江三角洲形成和發(fā)展起著控制作用。主要斷裂系統(tǒng)有NW、NE、和EW走向三組，這三組斷裂多屬正斷層，它控制整個三角洲的外部輪廓，而且還控制著河道的延伸方向、古海岸線和白堊紀(jì)——第四紀(jì)沉積物的展布，河流流向與斷裂組方向基本一致。

根據(jù)地質(zhì)勘察報告揭示現(xiàn)場的地層和各地層的物理力學(xué)性質(zhì)，主要分為4層：

①1素填土：灰黃色，飽和，可塑，以粉質(zhì)粘土和粘土為主。N=8.3擊。

①2填石：肉紅色，灰白色，褐黃色，以中風(fēng)化閃長巖塊石為主，巖芯呈柱狀，塊狀。

①3細(xì)砂：灰色，飽和，松散。ac=34.0°，am=27.0°，N=5.6擊。

②1淤泥：灰色，飽和，流塑，滑膩，含少量粉細(xì)砂、貝殼碎片和腐殖質(zhì)，局部薄層粉細(xì)砂或細(xì)砂斑。

②2淤泥質(zhì)土：灰色，飽和，流塑～軟塑。含少量腐殖質(zhì)。

圖1 真空預(yù)壓區(qū)域示意

2 施工方案的選定

淺部地層強(qiáng)度較差，淤泥及淤泥質(zhì)土層較厚，其承載力小，不能滿足上部荷載的要求，在長期地面荷載作用下被壓縮變形，產(chǎn)生地基沉降，特別是地基不均引起的不均勻沉降問題更加突出，將會直接影響到使用功能。為了解決地基承載力的不足和可能產(chǎn)生變形過大的問題。根據(jù)地質(zhì)情況，經(jīng)過比較采用了相對合理、經(jīng)濟(jì)的方案—真空預(yù)壓聯(lián)合堆載進(jìn)行地基處理。

3 真空預(yù)壓聯(lián)合堆載法施工工藝

真空預(yù)壓施工的原理是將軟基處理區(qū)域作為一個密封體，通過真空泵負(fù)壓源將土體中的孔隙水和空氣抽排出加固體，提高地基承載力。

真空預(yù)壓法加固地基最主要的是兩大系統(tǒng)：排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)。二者缺一不可，相輔相成，如果加壓系統(tǒng)，孔隙中的水沒有壓力差，水不會自然排出，短時間內(nèi)地基得不到加固；如果沒有排水系統(tǒng)只施加固結(jié)壓力，不增加孔隙水排出的通道，不縮短土層的排水距離。也不能在預(yù)壓期間達(dá)到了預(yù)期的效果，土的強(qiáng)度不能在短時間內(nèi)提高。緊挨一期碼頭處的水泥攪拌樁必須先施工完成，28天后才可以對A區(qū)進(jìn)行抽真空處理，避免抽真空過程中，由于壓力導(dǎo)致土體的移動產(chǎn)生對一期碼頭樁基的破壞。

3.1 場地整平

施工前對預(yù)加固場地先進(jìn)行場地整平，測量原始地面高程，并按100 m2設(shè)立標(biāo)志竹竿控制高程，用紅油漆在砂墊層面頂面高程處（4.6 m）做好標(biāo)記。

本工程真空預(yù)壓法加固地基排水系統(tǒng)由水平排水和豎向排水組成。水平排水采用鋪設(shè)砂墊層，而豎向排水采用插設(shè)塑料排水板。

3.2 砂墊層的鋪設(shè)

水平向排水采用鋪設(shè)60 cm中粗砂的砂墊層。選用含泥量不大于 5 %，滲透系數(shù)不小于 5×10-3cm/s的中粗砂，要保證水平向排水暢通。

3.3 塑料排水板施工流

豎向排水采用插設(shè)塑料排水板。選用C型原生塑料排水板，正方形布置、間距為1.0 m。

1）塑料排水板插設(shè)深度的探摸

由于地質(zhì)勘察單位不可能每個區(qū)域都布置那么多，那么密的鉆探孔。導(dǎo)致個別區(qū)域地質(zhì)變化沒有被發(fā)現(xiàn)。因此，在塑料排水板插設(shè)前必須加密進(jìn)行探摸，來確定塑料排水板的插設(shè)深度，這是插設(shè)排水板施工的一個非常重要的環(huán)節(jié)，能夠避免軟基處理不到位，而產(chǎn)生工程質(zhì)量隱患。地質(zhì)變淺也會引導(dǎo)施工發(fā)生錯誤，因插設(shè)排水板還沒有到達(dá)設(shè)計深度，想盡一切辦法進(jìn)行插設(shè)，直接影響施工進(jìn)度及機(jī)械設(shè)備的損壞。

本工程經(jīng)過了加密進(jìn)行探模，探模結(jié)果基本與地勘資料相符，有10 086 m2屬于超深插設(shè)塑料排水板，其中插深深度超過34.6 m有6 655 m2，如圖2中陰影部分為超深插設(shè)區(qū)。

圖2 塑料排水板插深超30 m范圍示意

2）塑料排水板插設(shè)機(jī)械的選用

目前，在建筑市場上塑料排水板插板機(jī)導(dǎo)架一般為28 m。而本工程所需的塑料排水板插板機(jī)導(dǎo)架必須有35 m才能滿足塑料排水板的插設(shè)深度。因此只能對導(dǎo)架28 m液壓式插板機(jī)進(jìn)行改造，給施工增添了不少的難度。

主要是針對塑料排水板插板機(jī)導(dǎo)架、套管進(jìn)行加高處理。液壓電動機(jī)不需增大，因?qū)Ъ鼙旧淼闹亓吭偌痈? m導(dǎo)架、套管的自重都已經(jīng)滿足需求。在每段導(dǎo)架的連接處必須對螺絲進(jìn)行加固、更換處理并增加角板焊接牢固，加強(qiáng)了導(dǎo)架的整體性。避免在移動過程中，由于導(dǎo)架過長產(chǎn)生扭力過大，而產(chǎn)生破壞。打設(shè)用的套管其斷面是扁形，其強(qiáng)度及剛度要滿足打設(shè)深度和地基強(qiáng)度的要求，尺寸盡量小，以減少對土質(zhì)的擾動。

3）塑料排水板插設(shè)的順序安排

塑料排水板施工在砂墊層提供工作面后開始進(jìn)行，在施工過程中，先完成真空預(yù)壓區(qū)周邊的排水板施工，以便提供密封攪拌墻工作面，然后才在場地內(nèi)大面積插設(shè)塑料排水板。有效的避免了交叉工序相互影響。

在施工過程中，局部區(qū)域在1 m位置處，遇到較厚又密實(shí)的砂層，插板機(jī)根本無法穿過該砂層插設(shè)塑料排水板。經(jīng)過大家研究決定，采用6 m引孔桿的引孔機(jī)先進(jìn)行引孔，再由插板機(jī)進(jìn)行插設(shè)塑料排水板。

在引孔施工中，必須要配專人指揮，確保引孔的垂直度，引孔機(jī)引完孔馬上進(jìn)行插設(shè)塑料排水板，避免發(fā)生塌孔。

5）由于插設(shè)深度較深，且淤泥層較厚容易出現(xiàn)回帶現(xiàn)象，在樁尖處塑料排水板位置設(shè)置插板鞘，插板鞘是采用長12 cm，寬4 cm，厚0.5 mm的鐵皮做成的插板鞘，較為實(shí)用又經(jīng)濟(jì)。有效的避免了在插設(shè)過程中回帶的現(xiàn)象。

6）樁尖與套管要配套，避免淤泥進(jìn)入套管。一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，必須及時清除，以免塑料排水板與套管壁間的摩擦力增大以致帶出塑料板。

7）插板機(jī)施打排水板時，嚴(yán)格控制垂直度，保證插板機(jī)樁管在插板時與地面垂直，偏差不大于1.5 %。

8）為確保塑料排水板施打深度，在插板機(jī)塔架上應(yīng)設(shè)有明顯的進(jìn)尺標(biāo)記。

9）剪斷塑料排水板時，板頭預(yù)留30 cm埋至砂墊層中，確保排水通暢。

“可是，這不……公平?！睂捈绨虻恼\實(shí)派女孩莫莉喊道。我能從她的聲音中聽出憤怒，可看到的卻是一個戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢的她?！叭绻缰肋@樣……”

10）每根排水板插設(shè)完畢后外露的排水板不得遭污染，排水板驗(yàn)收前組織人手清理排水板以及周圍的淤泥、雜物。以免污染了砂墊層，增加砂的含泥量。

3.4 粘土密封墻施工

粘土密封墻施工工序有鉆探、確定打設(shè)深度、放樣、制漿、對位、打樁等，密封墻施工是緊接著排水板的一道工序，排水板在施工完邊界部分后即可施工粘土墻。

1）深度探摸：按平面上每30 m一個孔的布置原則，布置鉆孔超前探摸。

2）淤泥攪拌樁施工：泥漿池供漿到攪拌樁機(jī)，進(jìn)行攪拌施工，四噴四攪到指定深度，施工時攪拌頭下攪速度1.2 m/min，上攪速度0.8 m/min。要求施工4噴4攪以上。

3）泥漿摻入比要求不小于35 %，并摻入5 %的膨潤土；滲透系數(shù)不大于1×10-6cm/s，在泥漿池旁邊應(yīng)配置一泥漿比重計，以便在現(xiàn)場及時檢測泥漿質(zhì)量。

3.5 真空預(yù)壓聯(lián)合堆載施工

真空預(yù)壓法加固地基第二系統(tǒng)就是加壓系統(tǒng)。加壓系統(tǒng)可以采用真空預(yù)壓施工工藝，也可以采用堆載預(yù)壓施工工藝，而本工程兩種工藝都采用，也就是真空預(yù)壓聯(lián)合堆載施工工藝。

1）濾管的制作與埋設(shè)

濾管可以采用鋼管或塑料排水管，主要能適當(dāng)?shù)鼗冃魏统惺軓较蚰芰Φ囊蟆?/p>

本工程從經(jīng)濟(jì)上的考濾，采用uPVC塑料管。在濾管上打?yàn)V水孔，三角形布列，孔徑為8 mm，孔距為5 cm。主干管選用通徑為76 mm的uPVC塑料管，壁厚δ=3.5～4.0 mm，要求能承受400 kPa的壓力，單根長度一般為4～6 m。濾管可用通徑為50 mm的uPVC塑料管，壁厚≥1.2 mm，濾管布置間距不大于 6.5 m。鋪設(shè)濾管時可以根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況對二通、三通、和四通的數(shù)量和形狀做適當(dāng)調(diào)整，但確保濾管排水通暢。外包一層質(zhì)量為90 g/m2的無紡?fù)凉げ甲鳛檫^濾層，要求無紡?fù)凉げ紳B透系數(shù)K＞5×10-3cm/s，只透水氣不透砂；包裹濾管的無紡布應(yīng)無破損，包扎嚴(yán)密。在管路位置開挖濾管溝，溝深約30 cm，再一邊挖溝一邊埋管入溝，入溝深度25 cm，并用中、粗砂填平。

2）真空測頭的埋設(shè)

真空管在埋入砂墊層之前，主管及其它監(jiān)測儀器的出膜裝置的開口部分暫時用布包好，防止砂子進(jìn)入管內(nèi)。

真空測頭埋設(shè)于具有代表性的兩濾管之間，置于真空濾管之間砂層0.25 m深處，并離開加固邊界不小于5 m。真空細(xì)管另一端從密封膜引出，制成喇叭口和真空表相連接，以直觀反映膜下真空度。按1 000 m2一個測點(diǎn)進(jìn)行均勻布置。

3）鋪設(shè)土工布、密封膜

真空管路鋪設(shè)完成后，進(jìn)行土工布鋪設(shè)。本工程所用土工布為200 g/m2的短纖針刺無紡?fù)凉げ肌?/p>

為了保證更好的形成密封體，本工程密封膜采用三層厚度為0.16 mm的聚氯乙烯薄膜，要求在工廠熱合一次成型。按區(qū)域先后順序分層鋪設(shè)，每層膜鋪完成后技術(shù)管理人員檢查膜是否完好，發(fā)現(xiàn)有破裂處，及時用清水清洗干凈，再用膠水貼膜補(bǔ)好。為確保密封效果，將密封膜踩入密封溝中，先踩第一層膜，踩入深度不小于1 m，踩完第一層膜后開始踩第二層膜、第三層膜。

4）安裝真空泵

本工程選用的抽真空裝置為IS型真空泵系統(tǒng)，真空射流泵要求額定功率不小于7.5 kW，且能形成不小于 0.096 MPa的真空壓力滿足真空預(yù)壓的要求。按照1 000 m2布置一臺真空泵，沿著周圍均勻布置40臺真空泵，配備4臺真空泵維修代換。

5）真空預(yù)壓抽氣

安裝好真空泵系統(tǒng)（將水泵、水箱、閘閥、截止閥、出膜口連接好），將自變壓器→真空泵處漏電開關(guān)盒→真空泵的電路接通后，空載調(diào)試真空射流泵，當(dāng)真空射流泵上真空度達(dá)到0.098 MPa以上，先進(jìn)行試抽真空。在膜面上、密封溝處仔細(xì)檢查有無漏氣情況，發(fā)現(xiàn)后及時補(bǔ)好。如果在試抽過程聽到有“嗡、嗡”的聲音，必定有漏氣的地方。有時聲音不會很大，因此必須整個區(qū)域的密封膜和密封溝詳細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)破裂處及時進(jìn)行修補(bǔ)。

技術(shù)管理人員逐臺檢查真空泵系統(tǒng)連接處，要保證在關(guān)閉閘閥的情況下，泵上真空度能達(dá)0.098 MPa，以確保真空泵系統(tǒng)發(fā)揮最佳功效，以減少功效等方面不必要的損失。

當(dāng)膜下真空度提高到 85 kPa后，開始恒載計時。抽真空維護(hù)期間，每天現(xiàn)場值班人員按要求時間，對真空度予以記錄，并對設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況、供電情況及其他真空預(yù)壓施工情況均要進(jìn)行詳細(xì)記錄。

6）真空聯(lián)合堆載預(yù)壓施工工藝要點(diǎn)

堆載必須按照要求進(jìn)行分層施工并采取妥善保護(hù)密封膜的措施進(jìn)行施工。保護(hù)好密封膜是一道非常關(guān)鍵的工序，也是整套工藝的重中之重。應(yīng)慎重考濾堆載施工的施工工藝及方法，保證密封膜不受損壞，進(jìn)行精細(xì)化管理。

膜下真空度確保在85 kPa以上，所有的真空泵24小時運(yùn)行不得停泵（包括以后），在抽真空15天后，在真空密封膜上面鋪設(shè)一層200 g/m2的無紡?fù)凉げ?。為了避免陸上運(yùn)輸車輛在上面跑動，破壞了密封膜，采用水運(yùn)船舶運(yùn)輸在真空膜上面吹填50 cm厚中、細(xì)砂。在吹填時，不僅要做好排水措施，把水排除干凈也是此工序的重點(diǎn)，因?yàn)榧?xì)砂含有水時是沒有硬度，在填土過程中堆載料難免摻入了較大石塊等尖硬物料，隨著堆載施工車輛跑走而引起塊石沉至砂層底，扎壞了密封膜。還要多移動吹砂管頭以控制厚度為50 cm，吹填完畢后人工采用砂鏟進(jìn)行細(xì)平。

7）堆載料的轉(zhuǎn)換

堆載區(qū)加載施工設(shè)計要求如下：為了確保邊坡穩(wěn)定，第一層為中細(xì)砂和石粉，中細(xì)砂厚度為0.5 m，石粉厚度為0.6 m，第二層層為石粉1.5 m，第三層為石粉 1.5 m，堆載料回填應(yīng)比較均勻地進(jìn)行，減少對排水層的不均勻擠壓，以免破壞排水層的連續(xù)性，特別注意堆載過程中對密封膜的保護(hù)，堆載邊坡采用 1：2。

開始，因?yàn)楸竟こ淘谠O(shè)計階段附近存放大量的石粉，綜合考濾以石粉作為堆載料，節(jié)省施工成本。到本工程進(jìn)入堆載期，由于石粉短缺，在荷載不變的情況下，又將石粉變更為回填土。于是根據(jù)總荷載不變，知道土與石粉的密度及填石粉的高度就能推算出填土的高度。

石粉的密度17 kg/m3，計算土的密度推算公式如下：

ρ土×H土=ρ石粉×H石粉

H土=ρ石粉×H石粉/ρ土

式中：

ρ土為土的密度（kg/m3），計算至0.01；

H土為填土的高度（m），計算至0.01；

ρ石粉為石粉的密度（kg/m3），計算至0.01；

H石粉為填石粉的高度（m），計算至0.01。

求密度公式：

ρ=m/v

式中：

ρ為密度（kg/m3），計算至0.01；

m為重量（kg），計算至0.01；

v為體積（m3），計算至0.01。

按照以上的公式可以推出填土的高度。

8）堆、卸載施工

堆載和卸載的施工順序：合理安排好堆載和卸載的施工順序，是關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。因本工程淤泥層較厚，如果沒有合理安排堆載和卸載的施工順序會直接導(dǎo)致臨時護(hù)岸坍塌或出現(xiàn)嚴(yán)重的位移，后果都是不堪設(shè)想，會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。出于這方面的考慮，在堆載前先安排好施工順序：由北往西，由南往東分層堆載。同樣在卸載前也按照已安排好的施工順序：由西往北，南往東分層卸載，詳見圖一。按計劃好的施工順序進(jìn)行施工，由測量人員放樣出堆載的邊線和厚度控制標(biāo)志，土由自卸汽車運(yùn)輸至施工現(xiàn)場，施工員根據(jù)堆載厚度控制標(biāo)志指揮車輛傾倒，并指揮推土機(jī)配合平整、碾壓。堆載嚴(yán)格按照分層和設(shè)計要求的分級加荷速率和分級加載時間間隔控制分級堆載。

9）加載速率控制

在堆載過程，必須進(jìn)行分層堆載并以荷載控制為主進(jìn)行施工，控制好加載速率也是關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。

a.地表沉降速率≤30 mm/d，當(dāng)加固區(qū)邊界處表層沉降標(biāo)或邊樁沉降超過40 mm/d時，須做出警戒；

b.水平位移（測斜和邊樁）：位移速率≤5 mm/d；

c.孔隙水壓力：∑△U／∑△P≤0.5～0.6。

同時，要做好工程的監(jiān)測工作，在加載過程和卸載時間應(yīng)根據(jù)監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。有異常情況發(fā)生，馬上停止施工查清原因，采取有效的措施后再施工。避免或減少出現(xiàn)坍塌和位移的現(xiàn)象。

10）工程的監(jiān)測

本工程委托勘察單位對軟基處理過程進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測工作如下：表層沉降監(jiān)測、深層位移監(jiān)測（測斜管）、地下水位監(jiān)測、孔隙水壓力監(jiān)測、分層沉降監(jiān)測、十字板剪切試驗(yàn)、加固后鉆孔取樣及土工實(shí)驗(yàn)、載荷板試驗(yàn)等八大部分監(jiān)測內(nèi)容工作。

4 監(jiān)測結(jié)果

珠海港洪灣港區(qū)二期工程（第一階段）采用真空預(yù)壓聯(lián)合堆載加固地基施工工藝，處理后經(jīng)過監(jiān)測、檢測結(jié)果表明如下：

1）后期沉降盤的沉降速率較小，連續(xù)10天沉降速率均小于2 mm/d；

2）A區(qū)已發(fā)生的沉降量為1 093～2 180 mm。雙曲線法推算最終平均沉降量約1 786 mm，地基平均固結(jié)度為96.4 %，與設(shè)計推算的累計沉降量較吻合，說明該區(qū)固結(jié)度已滿足設(shè)計要求；

3）B區(qū)已發(fā)生的沉降量為1 531～2 227 mm。雙曲線法推算最終平均沉降量約2123 mm，地基平均固結(jié)度為96.26 %，與設(shè)計推算的累計沉降量較吻合，說明該區(qū)固結(jié)度已滿足設(shè)計要求；

4）加固前后十字板強(qiáng)度、加固前后土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比顯示，地基加固后抗剪切強(qiáng)度明顯提高，土體物理力學(xué)指標(biāo)明顯改善。

5 結(jié) 語

珠海港洪灣港區(qū)二期工程（第一階段）采用真空預(yù)壓聯(lián)合堆載法進(jìn)行軟基加固處理，施工過程中未出現(xiàn)異常情況，工程處于安全可控狀態(tài)，后期各監(jiān)測指標(biāo)已趨于穩(wěn)定，軟基處理效果良好。

針對本工程地質(zhì)的特點(diǎn)，相對于水泥深層攪拌法、擠實(shí)砂樁法、換填法、堆載預(yù)壓法、真空預(yù)壓法等加固地基處理方法，真空預(yù)壓聯(lián)合堆載法有以下優(yōu)越性：

1）真空預(yù)壓聯(lián)合堆載法由于抽真空發(fā)生向內(nèi)收縮變形，堆載的自重可以增加荷載而不會產(chǎn)生土體擠壓破壞；另外，抽真空可以代替相應(yīng)的荷重，而降低填土的高度，減少堆載的總土量，從而減少了土源的開采，有利于環(huán)境的保護(hù)。大大減少了機(jī)械開采、運(yùn)輸?shù)嘏盼蹥狻?/p>

2）真空預(yù)壓聯(lián)合堆載法可以在預(yù)期的時間內(nèi)達(dá)到加固處理效果，縮短了施工工期。

3）真空預(yù)壓聯(lián)合堆載法比換填法、水泥深層攪拌法、擠實(shí)砂樁法更為經(jīng)濟(jì)。

根據(jù)真空預(yù)壓聯(lián)合堆載加固地基的施工實(shí)踐，施工過程中要掌握如下幾個關(guān)鍵要點(diǎn)：

1）做好水平排水（砂墊層）及豎向排水（塑料排水板），保證排水通暢。

2）密封墻及密封膜確保不瀉氣，形成一個密封體并采取一系列真空膜保護(hù)措施。

3）所有真空泵必須24小時不斷的抽真空并配備足夠的抽空泵以便維修更換。

4）勤于檢查膜下真空度，發(fā)現(xiàn)未達(dá)到要求及時檢找原因采取補(bǔ)救措施。

5）根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況，計劃、安排好堆載和卸載的施工順序。

6）堆載必須分層堆載并以加載速率控制為主。

7）做好監(jiān)測工作，發(fā)現(xiàn)異常情況及時停止施工，查清原因后或采取措施再進(jìn)行施工。