某港真空預(yù)壓軟基處理工藝

張哲 張力 天津水運(yùn)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司 交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所

1.引言

土是固、液、氣三相體系，對(duì)飽和土來說，是二相體系，由顆粒構(gòu)成的骨架和充滿其間的水組成。所謂土骨架是土體中相互接觸的固體顆粒所形成的構(gòu)架。吹填土多為海底疏浚泥沙，未進(jìn)行真空預(yù)壓處理前可看作是飽和土體。

飽和土體內(nèi)任意平面上受到的總應(yīng)力可分為有效應(yīng)力和孔隙水壓力兩部分，外荷載作用后，土中應(yīng)力被土骨架和土中的水共同承擔(dān)，但是只有通過土顆粒傳遞的有效應(yīng)力才會(huì)使土產(chǎn)生變形，具有抗剪強(qiáng)度,而通過孔隙中的水傳遞的孔隙壓力對(duì)土的強(qiáng)度和變形沒有貢獻(xiàn)。飽和土的壓縮有個(gè)排水過程,只有排完水，土才壓縮穩(wěn)定。根據(jù)這一原理，通常采取措施加強(qiáng)土體排水，促使孔隙水壓力消散，以便增大有效應(yīng)力，達(dá)到提高土體強(qiáng)度的目的。

真空預(yù)壓法具有施工效率高、環(huán)保經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，近些年來在沿海陸域形成項(xiàng)目中得到廣泛應(yīng)用。真空預(yù)壓過程中總應(yīng)力維持不變，隨著孔隙水壓力下降，有效應(yīng)力逐漸提高，使得土體壓密，產(chǎn)生沉降。

真空預(yù)壓開始后，在真空泵的作用下，水平向與豎直向排水通道中水和氣的壓力迅速被降低，從而它們構(gòu)成了一個(gè)低壓邊界。低壓邊界與加固區(qū)內(nèi)土體的孔壓形成壓力差，在此壓力差的作用下伴隨著滲流使部分孔隙水被抽出，有效應(yīng)力不斷地提高，土體逐漸被壓密。在此影響下土體中各點(diǎn)間的孔隙水壓力差，由近及遠(yuǎn)地向距豎向排水通道較遠(yuǎn)處土體中波及。從而加固土體內(nèi)距豎向排水通道近與遠(yuǎn)各點(diǎn)之間形成新的壓力差。在新的壓力差的作用下，土體中孔隙水不斷被抽出，孔隙水壓力不斷下降，有效應(yīng)力不斷提高；如此往返一直進(jìn)行著，加固區(qū)內(nèi)孔隙水壓力與真空泵的壓力逐漸向著平衡方向發(fā)展；經(jīng)過一段抽真空后，當(dāng)加固區(qū)土體中的孔壓與真空泵上的負(fù)壓達(dá)到平衡，孔隙水壓力停止變化，有效應(yīng)力不再提高，地基處理結(jié)束。我國(guó)某港陸域形成項(xiàng)目中吹填土含水量大、承載力弱的問題，現(xiàn)場(chǎng)采取真空預(yù)壓工藝對(duì)吹填軟土進(jìn)行處理，旨在降低吹填土含水率、提高吹填土強(qiáng)度，經(jīng)加固后效果檢測(cè)，吹填土含水率顯著降低，抗剪強(qiáng)度明顯提高，土質(zhì)得到明顯改善，可為類似工程提供借鑒。

2.工程概況

我國(guó)某港通過吹填形成陸域面積約42萬(wàn)m2，吹填區(qū)域原有沉積軟土12m，吹填厚度4.1m，合計(jì)軟土深度16.1m，具有加固深度大的特點(diǎn)。

根據(jù)勘察資料，軟基處理區(qū)域地質(zhì)情況如圖1所示，由上至下土層分布為沖填土4.1m、淤泥質(zhì)黏土12m、黏土6.4m、底部為粉土。其中淤泥質(zhì)黏土含水率高達(dá)70%以上，需進(jìn)行加固處理。

3.相關(guān)工藝

3.1 工藝流程

主要工藝流程：用排水泵排出場(chǎng)地內(nèi)的余水—在軟泥表面鋪設(shè)工作墊層—將塑料排水板成排插入軟泥中—將塑料排水板連接到濾管網(wǎng)—鋪設(shè)一層土工布，在土工布上鋪設(shè)密封膜—將大功率水汽分離泵與濾管網(wǎng)連接，抽氣100天—停泵卸載。

3.2 工藝要求

（1）地基處理開始前，用排水泵排出場(chǎng)地內(nèi)的余水。

（2）在軟泥表面鋪設(shè)一層荊芭和一層土工格柵作為工作墊層。

（3）施打塑料排水板，間距1.1m，梅花形布置；塑料排水板底端入土深度17m，頂端外露0.8m。

（4）鋪設(shè)濾管，采用手型接頭將塑料排水板連接到濾管上。

（5）鋪設(shè)一層高強(qiáng)土工布并在其上鋪設(shè)三層密封膜，密封膜采用聚氯乙烯薄膜，每邊富裕長(zhǎng)度不小于3m。

（6）真空預(yù)壓外邊界及各分區(qū)之間施打黏土密封墻，黏土密封墻滲透系數(shù)小于10-6cm/s，并將密封膜埋于其中。

（7）安裝大功率水汽分離泵，并與濾管相連。

（8）開啟真空泵，試抽氣，要求分3批循環(huán)開啟真空泵，每批開啟1/3的泵數(shù)量，每批試抽氣時(shí)間為3天，試抽氣時(shí)間不少于9天。試抽氣結(jié)束后進(jìn)入正式抽氣，正式抽氣期間確保膜下真空壓力不小于85kPa。

3.3 監(jiān)測(cè)檢測(cè)要求

為了檢驗(yàn)加固區(qū)真空預(yù)壓后的加固效果，更好地掌握軟基加固過程中各土層固結(jié)、沉降及側(cè)向變形等變化，確保加固質(zhì)量，除了在加固期間需連續(xù)觀測(cè)地表沉降量及加固區(qū)膜下真空度以外，尚需在加固區(qū)內(nèi)埋設(shè)一定數(shù)量的孔隙水壓力儀、測(cè)斜儀、水位儀、分層沉降儀。按要求觀測(cè)軟基在加固期間的孔隙水壓力、土體側(cè)向位移、地下水位、分層沉降值隨時(shí)間變化的情況，并根據(jù)實(shí)測(cè)分層沉降及孔隙水壓力的消散情況，進(jìn)一步確認(rèn)軟基的各項(xiàng)參數(shù)，推算固結(jié)度，為確定卸載時(shí)間提供依據(jù)。

圖2 處理前后抗剪強(qiáng)度變化

圖3 處理前后含水率變化

（1）膜下真空度。正式抽氣開始后，第三方監(jiān)測(cè)單位至少每天測(cè)讀兩次，施工單位每4～6小時(shí)自檢一次。

（2）沉降標(biāo)。正式抽氣開始后第三方監(jiān)測(cè)單位每48小時(shí)觀測(cè)一次。

（3）孔隙水壓力儀。正式抽氣開始后第三方監(jiān)測(cè)單位每48小時(shí)觀測(cè)一次。

（4）測(cè)斜儀、水位儀、分層沉降儀。正式抽氣期間，預(yù)壓區(qū)測(cè)斜儀、水位儀、分層沉降儀第三方監(jiān)測(cè)單位每72小時(shí)觀測(cè)一次。

（5）工后十字板檢測(cè)。預(yù)壓后對(duì)軟基進(jìn)行十字板抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)及室內(nèi)土工試驗(yàn)等，檢驗(yàn)處理效果，檢測(cè)孔深度約18 米。

4.工藝效果

圖2和圖3分別為真空預(yù)壓處理前后土體抗剪強(qiáng)度和含水率變化情況。由圖2可知，真空預(yù)壓結(jié)束后，土體抗剪強(qiáng)度為原來3倍以上，強(qiáng)度得到大幅度提高。由圖3可知，真空預(yù)壓結(jié)束后，土體含水率大幅度降低，最低降幅約為30%，最高降幅約為50%，土質(zhì)得到明顯改善。

5.結(jié)論

（1）基于本文真空預(yù)壓工藝，該項(xiàng)目吹填軟土土質(zhì)得到明顯改善，含水率下降幅度較大，最大超過50%，抗剪強(qiáng)度也得到明顯提高，約為原來3倍以上。

（2）本文真空預(yù)壓工藝采用直排式真空預(yù)壓方法，無需排水砂墊層，可為砂源緊張地區(qū)真空預(yù)壓軟基處理項(xiàng)目提供借鑒。