真空復(fù)合式降水技術(shù)在南沙濱海沉積地區(qū)深厚淤泥車站建設(shè)中的應(yīng)用

劉 昌 趙明明 尹小龍

1. 廣州地鐵集團(tuán)有限公司 廣東 廣州 510220

2. 中鐵建華南建設(shè)有限公司 廣東 廣州 573199

3. 中鐵十五局集團(tuán)有限公司 上海 200040

1 引言

廣州南沙18號(hào)線橫瀝站基坑開挖范圍內(nèi)分布有約16m厚的淤泥（中間夾約4m厚淤泥質(zhì)粉細(xì)砂），含水量高，透水性差，土體呈流塑狀，如不進(jìn)行有效處理，開挖過程中挖機(jī)作業(yè)將十分困難。

目前淤泥的地基處理的方法主要有換填法、拋石擠淤法、復(fù)合地基法、堆載預(yù)壓法、真空預(yù)壓法、電滲排水法、塑料板排水法等[1-2]。張振等[3]對(duì)比了真空預(yù)壓和堆載預(yù)壓對(duì)于軟土地基性能的處理效果，提出真空預(yù)壓可以有效地減少地基不均勻沉降；畢小勇等[4]介紹了某城市次干路軟路基處理設(shè)計(jì)實(shí)例，指出換填法相對(duì)復(fù)合地基法來說更為經(jīng)濟(jì)；閆澍旺等[5]利用土體極限平衡原理，推導(dǎo)了拋石擠淤下沉深度與拋石高度的關(guān)系。

真空復(fù)合式降水技術(shù)是管井和真空抽水的結(jié)合，是在管井抽水運(yùn)行的基礎(chǔ)上，增加一套真空系統(tǒng)[6]，在處理含水層與弱透水層交界面的滯水方面取得了良好的效果[7]，但用于處理淤泥地基的工程案例較少。

本文依托廣州南沙橫瀝站項(xiàng)目，對(duì)淤泥地層真空復(fù)合式降水進(jìn)行了探索。

2 工程概況

廣州18號(hào)線橫瀝站位于鳳凰大道東側(cè)，合興路北側(cè)，沿鳳凰大道南北敷設(shè)。車站周圍比較空曠，周邊建筑物主要為車站東側(cè)鳳凰大道和鳳凰大橋，距離基坑分別約為13m、28m。車站全長694.2m，標(biāo)準(zhǔn)段寬為23.5m，開挖深度約25～27m。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐，墻底進(jìn)入全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化層中。

場地地層基坑開挖范圍內(nèi)分布有約16m厚的<2-1A>淤泥（中間夾約4m厚<2-2>淤泥質(zhì)粉細(xì)砂），該層含水量高，據(jù)勘察報(bào)告，天然含水量為59.3%，透水性差，土體呈流塑狀。淤泥層下方為<5H-1>砂質(zhì)粘性土、<6H>全風(fēng)化花崗巖、<7H>強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。

基坑共設(shè)計(jì)87口降水井，井深18m，采用直徑273mm、壁厚3mm鋼管，上部設(shè)置5m實(shí)管，濾管為橋式濾水管，外包80目錦綸濾網(wǎng)，下設(shè)1m沉淀管。濾料為中粗砂，回填至濾管頂部，其上回填粘性土密封，便于真空抽水。

3 抽水試驗(yàn)

試驗(yàn)?zāi)康模簩?duì)比真空復(fù)合降水與管井常壓抽水的水量差異；驗(yàn)證真空復(fù)合降水對(duì)淤泥地層的固結(jié)效果。

3.1 真空復(fù)合式降水原理

真空復(fù)合式降水是管井與真空系統(tǒng)的結(jié)合。普通降水管井上部設(shè)置實(shí)管并回填粘土密封，在井管內(nèi)安裝潛水泵，在井外安裝真空泵。每臺(tái)真空泵連接4臺(tái)潛水泵。通過真空泵產(chǎn)生0.07MPa～0.1MPa的負(fù)壓，增大滲流動(dòng)力，促使淤泥中的毛細(xì)水、弱結(jié)合水排出。實(shí)施的關(guān)鍵在于形成有效的真空度。

3.2 試驗(yàn)過程

利用車站東部8口降水井進(jìn)行了為期10天的抽水試驗(yàn)。第①組W1～W4連接真空泵，采用真空復(fù)合式降水；第②組W5～W8采用普通管井常壓抽水，見表1。井間距約為18m，見圖1。試驗(yàn)過程中，①組真空度始終保持在0.08MPa以上。

表1 抽水過程信息

圖1 試驗(yàn)井平面位置圖

3.3 數(shù)據(jù)及分析

抽水?dāng)?shù)據(jù)見表2、圖2、圖3。由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，真空抽水量在開始抽水的第1天內(nèi)達(dá)到最大，可達(dá)241.4m3/d（平均單井水量60.35m3/d）；抽水第2～3天衰減較快，水量為40～64m3/d（平均單井水量10～16m3/d），第4～7天水量略有減小，維持在24～28m3/d（平均單井水量6～7 m3/d）；7天后水量為17～21 m3/d（平均單井水量4.3～7 m3/d）。

圖2 每天抽水量歷時(shí)曲線

圖3 累計(jì)抽水量歷時(shí)曲線

表2 抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)一覽表

管井常壓抽水僅在第一天內(nèi)水量較大，為34m3/d（單井平均水量8.5m3/d），可能是由于先疏干了透水性相對(duì)較好的<2-2>淤泥質(zhì)粉細(xì)砂。第2天開始總抽水量迅速衰減，第3天后水量保持在1.2～1.6 m3/d（單井水量0.3～0.4 m3/d）。

對(duì)比出水量數(shù)據(jù)可知，真空復(fù)合式降水的抽水量遠(yuǎn)大于普通管井常壓下的抽水量，抽水10天的真空總抽水量約為常壓抽水量的10倍。

抽水約10天后，土體出現(xiàn)明顯固結(jié)沉降，地表出現(xiàn)約15cm沉降，為開挖創(chuàng)造了有利條件。

4 結(jié)論

1. 廣州南沙濱海沉積地區(qū)淤泥地層透水性差，采用普通管井抽水效果差，單井水量僅為0.3～0.4 m3/d。僅靠普通管井抽水無法起到疏干地層、提高土體強(qiáng)度的作用。

2. 采用真空復(fù)合式降水，對(duì)管井施加0.08MPa以上的負(fù)壓，單井水量可達(dá)4.3～7m3/d，真空抽水量遠(yuǎn)大于常壓下的抽水量，10天真空總抽水量約為常壓抽水量的10倍。

3. 采用真空復(fù)合式降水后坑內(nèi)土體出現(xiàn)明顯固結(jié)沉降，有利于基坑開挖作業(yè)順利進(jìn)行。

4. 真空復(fù)合式降水是廣州南沙濱海沉積地區(qū)淤泥處理的良好方法，為類似基坑施工提供了經(jīng)驗(yàn)。