探討軟基處理工程中水氣分離式真空預壓技術的應用

薛戴康

（江蘇地質(zhì)基樁工程公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212001）

1 場地調(diào)查比選

為做好本次論證試驗，經(jīng)過認真比選，我們最終選擇了福建省莆田市的一處軟基處理工程，該項目用地為吹填海用地，由吹填軟土（指淤泥、淤泥質(zhì)土等）和海砂形成陸域。

（1）場地選擇。因考慮到本次實驗是對比性質(zhì)的，所以選取處理區(qū)域的面積大小、土壤地質(zhì)情況以及各項設計參數(shù)等方面應大致相同，經(jīng)過現(xiàn)場實地測量及查閱地質(zhì)勘察報告后，本次實驗地點選擇在6#、9#陸域泊位相鄰的B4-2區(qū)、B2+5區(qū)。其中B4-2區(qū)面積24662㎡，B2+5區(qū)面積24000㎡。

（2）地質(zhì)情況。經(jīng)過認真分析該試驗區(qū)域的地質(zhì)勘察報告，B4-2、B2+5區(qū)地面標高為+9.1～m+10.3m，大部分場地表層為吹填淤泥覆蓋，厚度約5.8m～7.4m，局部區(qū)域含有吹填砂層，厚度約2.5m～7.6m，下臥天然軟土層厚3.8m～8.5m。根據(jù)設計要求，地基處理后固結度達到80%以上，10日內(nèi)平均沉降速率小于3.0mm/d，地基承載力特征值≥80Kpa，平均沉降量不小于1200mm。

2 現(xiàn)場施工情況

（1）施工工藝。B4-2區(qū)與B2+5區(qū)均采用真空預壓施工工藝，施工流程：平整場地→鋪設編織土工布→鋪設0.5m厚砂墊層→施打塑料排水板→鋪設無紡土工布→鋪設密封膜→安裝真空系統(tǒng)→抽真空90天→卸載[1]。

（2）設備布置。B4-2區(qū)2019年4月18日開始抽真空，共安裝5套水氣分離泵以及配套的電箱電纜，單套設備功率50KW。B2+5區(qū)2019年9月13日開始抽真空，共安裝24套射流泵以及配套的電箱電纜，單套設備功率15KW。

3 過程監(jiān)控情況

B4-2區(qū)共計布設了6個沉降盤，1組孔隙水壓力監(jiān)測點、一組水位、8個真空壓力表，抽真空施工共計歷時 90天。各參數(shù)監(jiān)測成果見如下所述：

（1）真空度：B4-2 區(qū)從 2019 年4月8日開始布置真空表，共計8塊，并開始監(jiān)測，儀器設備均進行了計量。在膜下采用土工布包裹 PVC 濾管，用壓力泵管引出膜下，采用快速接頭接入真空表，并固定在表座上。為了防止泵管老化引發(fā)漏氣，在出膜處外套一根較粗的壓力泵管。本區(qū)按照要求8個測點每個點共計測試138次，初期一天四次，B4-2區(qū)共計完成 1322次真空監(jiān)測。

該區(qū)真空度基本保持80kPa的壓力，受兩次停電影響，以及真空泵維護工作，該區(qū)真空壓力出現(xiàn)了幾次大幅下降，但在恢復電力供應后，真空壓力馬上回升，保證了該區(qū)的真空壓力，最終在 2019 年7月18日達到卸載標準。

（2）表面沉降：B4-2 區(qū)從2019年4月18日開始布置并進行監(jiān)測，沉降盤根據(jù)本項目施工圖內(nèi)設計圖紙要求制作，安裝時在沉降盤下端采用土工布包裹，并上壓四個砂袋，保證穩(wěn)定，在施工過程中禁止挪動。測量采用電子水準儀，按照三等附合導線導線測量，本區(qū)共設置6個沉降盤。

圖2 B4-2 區(qū)沉降曲線圖

根據(jù) B4-2 區(qū)監(jiān)測曲線表明，該區(qū)真空預壓期間沉降較大，最大沉降量為2295mm，位于 CJ3 號點，最小沉降量為 1081mm，位于 CJ6 號點，本區(qū)沉降在抽真空初期沉降速率較大，最初一個月沉降速率為 22mm/d，然后沉降速率逐漸減小。最終在2019年7月18日達到卸載標準。

（3）孔隙水壓力：在 B4-2區(qū)共布置了一組孔隙水壓力監(jiān)測點，包含3個測點，三個測點埋設深度分別為 6m、9m、12m。

圖3 B4-2 區(qū)孔隙水壓力時程曲線

本區(qū)真空壓力在抽真空初期，表現(xiàn)為快速消散狀態(tài)，在整個地基處理過程中，6m和9m深度孔隙水壓力波動明顯，主要是兩次停電導致壓力不穩(wěn)所致。

（4）水位監(jiān)測：在 B4-2區(qū)中間加固區(qū)內(nèi)布置了一組地下水位觀測點，主要測試加固區(qū)內(nèi)的地下水位變化，地下水位曲線如下。

圖4 地下水位曲線變化圖

根據(jù)地下水位曲線，該加固區(qū)在真空預壓初期，地下水位逐漸下降，因受到停電影響地下水位上升并緩慢波動，直到供電正常，地下水位又開始呈現(xiàn)下降趨勢，最終在+3m高程附近。從開始抽真空計算水位下降約4m，對本區(qū)表層加固效果顯著。

B2+5區(qū)從 2019 年9月13日開始抽真空，共計布設了6個沉降盤，1組孔隙水壓力監(jiān)測點、一組水位、10個真空壓力表，抽真空施工共計歷時215天。各參數(shù)監(jiān)測成果見如下所述：

（1）真空度：B2+5 區(qū)從2020 年9月13日開始布置真空表，共計10塊，并開始監(jiān)測，儀器設備均進行了計量。在膜下采用土工布包裹PVC濾管，用壓力泵管引出膜下，采用快速接頭接入真空表，并固定在表座上。為了防止泵管老化引發(fā)漏氣，在出膜處外套一根較粗的壓力泵管。本區(qū)按照要求10個測點每個點共計測試 280次，初期一天四次，B2+5區(qū)共計完成2800次真空度監(jiān)測。

圖5 B2+5 區(qū)真空壓力時程曲線

該區(qū)真空度在初期真空壓力逐漸向 80kPa 靠近，但在2019年10月25日，真空壓力出現(xiàn)陡然下降趨勢，經(jīng)過幾次密封處理，與 2019年12月17日重新開始抽真空，重新密封后效果較好，真空壓力基本保持了80kPa的設計要求，最終在 2020 年4月16日達到卸載標準。

（2）表面沉降：B2+5 區(qū)從 2019 年9 月13 日開始布置并開始監(jiān)測，沉降盤的制作及安裝與B4-2區(qū)相似，在施工過程中禁止挪動。測量也是采用電子水準儀，按照三等附合導線導線測量，本區(qū)共設置 6 個沉降盤。

圖6 B2+5 區(qū)沉降曲線圖

根據(jù)B2+5區(qū)監(jiān)測曲線表明，該區(qū)真空預壓期間最大沉降量為408mm，位于CJ2號點，最小沉降量為111mm，位于CJ5號點，表現(xiàn)出明顯的沉降不均勻，總沉降量較小。穩(wěn)載后沉降速率較穩(wěn)定，最終在 2020 年4月15日，滿足卸載標準。

（3）孔隙水壓力：在B2+5區(qū)共布置了一組孔隙水壓力監(jiān)測點，包含2個測點，三個測點埋設深度分別為 6m、9m。

圖7 9月～3月孔壓變化情況圖

本區(qū)真空壓力在抽真空初期，表現(xiàn)為快速消散狀態(tài)，在二次膜面密封是孔隙水壓力反彈，但在真空預壓二次密封后本區(qū)孔隙水壓力再未達到第一次抽真空最大消散孔壓值，表明該區(qū)真空壓力不足。

（4）水位監(jiān)測：在B2+5區(qū)中間加固區(qū)內(nèi)布置了一組地下水位觀測點，主要測試加固區(qū)內(nèi)的地下水位變化，地下水位曲線如下。

圖8 B2+5 區(qū)孔隙水壓力時程曲線

根據(jù)曲線圖所示，B2+5區(qū)水位在真空預壓期間未下降，基本保持穩(wěn)定，僅在壓力變化時輕微波動。

4 數(shù)據(jù)對比分析

（1）地基處理質(zhì)量效果分析

表1 地基處理質(zhì)量的數(shù)據(jù)對比結果

分析結論：通過數(shù)據(jù)對比分析，可以發(fā)現(xiàn)采用水氣分離泵施工相較于射流泵施工的優(yōu)勢有：①、抽真空效率高，節(jié)約工期；②、地基平均沉降量高；③、土體固結效果好。

（2）經(jīng)濟效益分析。B2+5區(qū)（射流泵）用電量計算：24套*15KW/h.套*24h*215天=1857600度。

B4-2區(qū)（水氣分離泵）用電量計算：5套*50KW/h.套*24h*90天=540000度。B4-2區(qū)（水氣分離泵）與B2+5區(qū)（射流泵）相比，抽真空時間節(jié)省了215天-90天=125天 。人工費節(jié)約125天*180元/人*3人=67500元。電費節(jié)約1317600元。機械費節(jié)約125天*120元/臺班*24套=360000元。合計：67500元+1317600元+360000元=1745100元。分析結論：采取水氣分離泵的施工方法，有效的降低了工程成本，共節(jié)約了 174.51 萬元整，效益顯著，施工成本得到大幅下降。

（3）施工難度分析。B2+5區(qū)共布置了24套射流泵，每臺射流泵需獨立控制，從而就需要單獨布設連接電纜，該區(qū)所需電纜長度約 3400m，電纜密集，不僅現(xiàn)場布設難度較高，而且用電安全隱患較大。B4-2區(qū)共布置5套水氣分離泵，水氣分離抽真空設備的控制器集中放置于集控電箱內(nèi)，這樣既便于管理，同時地基處理現(xiàn)場區(qū)域內(nèi)電纜布置少，維護方便，設備穩(wěn)定高效。

分析結論：在現(xiàn)場施工部署上，采用水氣分離泵相較于射流泵能夠降低電纜布設難度，減少人力成本及設備維護成本，同時降低了安全隱患。

5 結語

本次試驗活動通過兩種設備在施工質(zhì)量、經(jīng)濟效益和施工現(xiàn)場部署三個方面的對比分析，充分展現(xiàn)了水氣分離式真空預壓技術在軟基處理工程中的優(yōu)越性。因此將水氣分離式真空預壓運用在軟基處理工程中，尤其是工期緊，任務重的項目上，不僅節(jié)約了工期，降低了成本，而且施工質(zhì)量也得到了保證。