真空預壓軟基處理效率提升方法剖析

徐東陽 中交廣州航道局有限公司

1.概述

1.1 工程概況

翔安南部蓮河片區(qū)（東園地塊）造地二期項目（下稱東園造地二期項目）位于福建省廈門市翔安區(qū)新店鎮(zhèn)，蓮河片區(qū)位于翔安區(qū)東南沿海前沿，西側(cè)隔潯江港水道與廈門島相距14.7km，南側(cè)緊鄰大嶝大橋，與大嶝島一橋之隔。距離大嶝島約1km。施工內(nèi)容為對東園一期陸域形成區(qū)域進行地基處理，地基處理方式主要為道路居民用地區(qū)域采用真空預壓（個別特殊區(qū)塊采用表層碾壓或淺層換填砂），公園綠地區(qū)采用表層回填?？偟鼗幚砻娣e約263萬m2，真空預壓處理面積166.96萬m2，施工面積大、地質(zhì)情況復雜。

1.2 地質(zhì)條件

吹填區(qū)范圍內(nèi)，根據(jù)其構(gòu)成成分不同，可分為以下五個亞層：

（1）素填土①：褐紅、褐黃色，干燥-稍濕，稍密。

（2）吹填淤泥②a：灰黑色，飽和，流塑，成分主要由粘、粉粒構(gòu)成，含少量貝殼等有機質(zhì)[1]。

（3）吹填砂②b：灰黃色，中濕～飽和，稍密，主要由石英中細砂吹填而成。

（4）吹填淤泥混砂②c：灰黑色，飽和，流塑～軟塑，成分主要由粘、粉粒近期吹填而成，含10%～25%中細砂，含少量貝殼等有機質(zhì)。

（5）吹填砂混淤泥②d：灰黑色，飽水，松散狀，主要由中顆粒石英砂近期吹填而成，泥質(zhì)含量約占15%～25%。

1.3 施工要求

（1）抽真空恒載時間按3個月控制，具體時間按固結(jié)度和工后沉降確定；

（2）預測工后沉降≤50cm；

（3）固結(jié)度一般達到85%以上；

（4）沉降速率連續(xù)5d＜3mm/d。

2.生產(chǎn)效率提升方法及質(zhì)量管理要點

真空預壓加固軟基技術(shù)是一種快速、簡潔、便宜、無污染的軟基加固方法。經(jīng)過我國科技工作者多年的努力，該項技術(shù)已達到國際先進水平，為廣大的沿海軟土地區(qū)的工程建設做出了巨大貢獻。截止2015年我國用該法成功處理了6000多平方公里的軟基，創(chuàng)造了相當大的社會經(jīng)濟效益。

真空預壓加固效果的好壞主要取決于排水系統(tǒng)、密封系統(tǒng)和動力系統(tǒng)。隨著真空預壓技術(shù)在軟基加固中的大量應用，真空預壓的工藝技術(shù)水平不斷得到提高，真空預壓處理軟基的深度和處理面積逐步增大，真空預壓的工程應用單位已從港口、進場、公路領域發(fā)展到市政、建筑和水利等領域。

真空預壓軟基處理工作原理為將加固土體密封，使用真空設備在土體內(nèi)形成負壓，通過壓強差將水和氣沿著排水通道排出，快速降低孔隙水壓力，使土體達到排水固結(jié)。此項工藝要求加固土體周圍密封性良好，在施工中常采用泥漿攪拌墻、密封膜進行密封處理；加壓抽真空設備一般采用射流泵或水氣分離系統(tǒng)，要求設備能提供足夠的真空壓力；當水體和氣體排出時，需要順暢的排水通道，不能堵塞，否則將加大排水壓力，達不到地基處理效果。本工程真空預壓處理區(qū)域面積為166.96萬m2，工程量占比大，并且關鍵工序施工質(zhì)量差的話難以補救，因此真空預壓的施工關系到整個項目成敗。提高真空預壓地基處理效果，縮短真空預壓施工周期，對于工程整體施工質(zhì)量控制及降低施工成本方面影響頗大。

2.1 影響生產(chǎn)效率及質(zhì)量因素

結(jié)合本工程現(xiàn)場實際情況，對現(xiàn)階段完成抽真空作業(yè)的6個區(qū)域施工關鍵數(shù)據(jù)進行分析。

恒載抽真空時間過長，其中部分區(qū)域恒載時間為138d，超過設計要求的3個月。詳見圖1。

圖1 恒載時間統(tǒng)計圖

6個區(qū)域在恒載抽真空期間，膜下真空度多次異常波動，導致暫停滿載計時，同時部分區(qū)域異常率（異常天數(shù)/恒載天數(shù)）為21.43%，這意味著有將近五分之一的施工時間被浪費，雖然最終固結(jié)度及沉降速率能都滿足設計卸載要求，但是實際抽真空天數(shù)大于計劃真空預壓周期天數(shù)十幾天甚至更長，會極大地影響工期并增加成本?？赏ㄟ^從真空預壓排水、加壓、密封三個系統(tǒng)各個工序的施工工藝改進著手，結(jié)合人、機、法、環(huán)綜合分析影響因素，查找真空預壓區(qū)膜下真空度異常、滿載時間偏長的原因，原因分析如表1所示。

表1 原因分析表

對現(xiàn)場調(diào)查分析后，發(fā)現(xiàn)5項代表性問題：①抽真空期間密封膜破損情況嚴重。②泥漿攪拌池泥漿攪拌不均。③監(jiān)測用真空表存在失靈情況。④出膜口接頭漏氣情況嚴重。⑤部分區(qū)域塑料排水板、泥漿攪拌墻打設時遇阻，地質(zhì)情況不明。

2.2 影響因素處理方法

針對出現(xiàn)問題，具體應對措施為：

（1）制定真空預壓異常處理機制：根據(jù)真空預壓相關管理流程，制定真空預壓監(jiān)控——巡查制度，成立真空預壓管理小組，負責真空預壓區(qū)抽真空管理工作。

（2）成立真空預壓現(xiàn)場巡查小組：根據(jù)人員配備情況及現(xiàn)場實際施工作業(yè)情況，成立巡查小組，進行真空預壓區(qū)每日日常巡查，巡查中發(fā)現(xiàn)密封膜破損、停泵、線纜落水等現(xiàn)象及時處理。每周組織2次膜下真空度比對。

（3）更新真空表及真空導管等設備：組織人員對現(xiàn)場老舊設備使用情況進行比對檢查，對老舊破損設備進行退場處理，更換全新設備，并安排項目部專業(yè)電工進行檢查處理。

（4）引入自動化監(jiān)測技術(shù)：可結(jié)合傳感技術(shù)等信息化手段，引入自動化監(jiān)測技術(shù)，圍繞軟基處理施工過程監(jiān)測中的關鍵環(huán)節(jié)進行改進，建立具備數(shù)據(jù)采集、預警等功能監(jiān)測及管理平臺。相較于傳統(tǒng)人工監(jiān)測方法，自動化監(jiān)測可節(jié)省人力、數(shù)據(jù)采集時間，可實現(xiàn)施工全過程監(jiān)測，觀測數(shù)據(jù)形成成果極快，并且數(shù)據(jù)精度不受觀測優(yōu)化真空度監(jiān)測點位。

（5）對現(xiàn)場真空度監(jiān)測點位進行增設：①分別在水汽分離罐體進水口、頂部增設監(jiān)測點位，用以實時監(jiān)控罐體真空壓力；②泥漿攪拌墻墻體內(nèi)每隔1m深縱向埋設測頭，用以監(jiān)測泥漿攪拌墻的密封性；③在出膜口、水汽分離罐進水口及兩者之間的進水管道上增設測頭，用以比對真空壓力的傳遞效果。

（6）加強現(xiàn)場巡查：指派專人每天查看膜下真空度情況。對于異常區(qū)域異常測點，通知真空預壓現(xiàn)場巡查小組進行異常問題排查處理。每天下午對異常處理情況進行核查，查看膜下真空度數(shù)據(jù)變化情況，若真空度異常情況未改變，再次組織人員排查直至排除異常。

（7）地質(zhì)情況多變：通過對泥漿攪拌墻軸線范圍進行補勘，確保地質(zhì)情況真實準確，對于特殊地質(zhì)情況進行特殊處理。在泥漿攪拌墻附近補勘，發(fā)現(xiàn)夾砂層或硬土層進行多次補打、補漿，保證密封墻的密封性。

2.3 質(zhì)量控制要點

（1）采用運輸車直接運送至施工區(qū)進行攤鋪，如泥層比較厚，地基承載力比較差，會造成部分小區(qū)域有淤泥拱起現(xiàn)象?？衫眠\輸車運砂至倒砂點，通過小裝載車倒運砂進行攤鋪，確保了砂墊層施工平整度。

（2）抽真空過程中，特別是在前期半個月時間（真空膜貼合砂墊層過程），由于砂墊層存在較多貝殼碎片、粗砂顆粒等尖銳物，在較大負壓下尖銳物經(jīng)常性頂破密封膜，造成多處漏氣。

需安排工人24h值班巡視，發(fā)現(xiàn)漏氣孔及時修補。主要方法是待水面平靜下來后，開始進行觀察，若發(fā)現(xiàn)水面有氣泡浮出或形成小漩渦，且單位時間內(nèi)水位下降，則可確定該嫌疑區(qū)有密封膜破損點，破損位置為氣泡浮出或形成小漩渦的部位。

3.施工工藝優(yōu)化

3.1 密封膜鋪設工藝改進

施工過程中發(fā)現(xiàn)密封膜破損嚴重，并且修補后效果不佳，出現(xiàn)二次破損情況，經(jīng)過進一步調(diào)查發(fā)現(xiàn)，砂墊層中貝殼等尖銳物含量過多，大面積刺破密封膜導致漏氣，對其他正在鋪設砂墊層的區(qū)域進行排查，發(fā)現(xiàn)各區(qū)均存在貝殼過多的情況。針對此類情況，經(jīng)調(diào)查砂墊層砂源的砂質(zhì)情況，確認是取砂區(qū)自身砂質(zhì)問題，因此在砂質(zhì)情況無法改善的情況下，雖然在鋪膜前已對砂墊層進行整平及表面尖銳物清理，但在真空加壓過程中，貝殼等尖銳物還是會露出砂墊層頂破密封膜。影響抽真空質(zhì)量的同時，加重工人的工作負擔，進而影響到工作積極性。

為防止砂墊層中粗顆粒、貝殼等尖銳物在抽氣加載過程中刺破密封膜影響真空預壓效果，可對真空預壓施工工藝中三層密封膜進行改進。將部分貝殼等尖銳物含量較多的真空預壓區(qū)底層密封膜替換為200g/m2無紡布，即一層無紡土工布+二層密封膜。利用無紡土工布較為堅韌的材質(zhì)將砂墊層與密封膜分隔開，避免其直接接觸，降低密封膜破損情況發(fā)生[2]。

3.2 出膜裝置改進

出膜裝置安裝時，需將安裝位置處的密封膜開口后進行安裝，破壞密封膜的整體性。可通過優(yōu)化裝置的出膜管和連接彎管，可實現(xiàn)無須提前將密封膜開口后再連接出膜裝置，而后對出膜口進行密封處理，避免了煩瑣的出膜施工，有效地提高了真空預壓抽氣排水過程中的密封性。

3.3 泥漿攪拌墻施工工藝改進

泥漿攪拌墻因自身施工原因?qū)е碌穆馇闆r進行分析調(diào)查，一般有以下四種情況，但是根據(jù)現(xiàn)場施工質(zhì)量管控情況來說，以前兩種情況為主：①泥漿攪拌墻完工時間較長，外部出現(xiàn)干裂，從而影響密封性[3]；②泥漿攪拌墻打設過程中，泥漿比重控制不達標，影響墻體滲透系數(shù)；③泥漿攪拌墻打設深度不足，未打入下臥不透氣土層；④泥漿攪拌墻軸線附近塑料排水板垂直度控制不合格，導致排水板打入泥漿墻。

解決措施為：①使用泥漿比重計實時監(jiān)測泥漿攪拌池內(nèi)的泥漿濃度[4]，確保泥漿比重達標。②對于出現(xiàn)干裂情況的區(qū)段，需及時覆水養(yǎng)護。針對部分干裂情況嚴重的，可使用注漿管路對泥漿墻進行補注漿。泥漿制備時加大膨潤土摻入量，利用加壓設備將泥漿注入漏氣段泥漿墻中。根據(jù)施工實例，漏氣區(qū)域補漿后膜下真空度有一定提升。③泥漿攪拌墻打設完畢后，可取樣送檢，檢測墻體滲透系數(shù)等各項指標，確保密閉效果。④組織專業(yè)鉆孔隊在泥漿攪拌墻打設困難區(qū)域進行補勘，確保地勘資料詳細準確。當補勘后發(fā)現(xiàn)地層中存在較深較厚砂層或建筑石塊時，需針對不同情況進行最優(yōu)處理，確保后續(xù)真空預壓作業(yè)的密封性。具體處理措施可根據(jù)砂層厚度及范圍進行靈活處理。若砂層范圍較小，可根據(jù)地質(zhì)補勘資料繞過砂層范圍，對泥漿攪拌墻進行“改道”。若砂層范圍大，避免不了時，可調(diào)整技術(shù)參數(shù)，加大泥漿注入量，增加噴攪次數(shù)進行施工，以成本與時間換質(zhì)量，確保密封效果。在真空預壓過程中泥漿墻可能會因為下臥砂層產(chǎn)生較大沉降，使密封膜與泥漿攪拌墻脫離。日常巡查時，發(fā)現(xiàn)此類情況，應立即回填黏土或進行補漿處理，重新踩膜保證密封性。

在泥漿攪拌墻打設完畢后，為了檢測墻體滲透系數(shù)等各項指標，確保密閉效果，需對其進行取樣送檢，但是此類超軟土的取樣工作存在諸多困難，對精確地在某一深度取出相應的土樣時最為關鍵。

4.結(jié)語

通過加強真空預壓巡查管理、改進施工工藝、更新監(jiān)測設備、引入自動化監(jiān)測技術(shù)等多個方面措施，由內(nèi)到外，加強管控?？勺龅浇档湍は抡婵斩犬惓Ｂ剩ＷC真空預壓地基處理效果，真空預壓恒載時間控制在合理范圍內(nèi)。整體真空預壓地基處理效果得到一定提升，同時可以減少施工工期，節(jié)約機械、人力等成本，降低真空預壓異常情況發(fā)生頻率，保證地基處理質(zhì)量，避免了返工等情況發(fā)生，帶來可觀的經(jīng)濟效益。