真空預(yù)壓法在土建工程處理中的應(yīng)用研究

周桂德 崔劍偉 彭文濤 曾振宗 李前通

在土建工程中，土壤的力學(xué)性質(zhì)對工程的穩(wěn)定性和安全性有著重要影響。在某些地區(qū)和特定的土質(zhì)條件下，土壤可能存在較高的含水量、低密度、弱筋結(jié)構(gòu)等不利因素，這些不利因素會對工程造成嚴(yán)重隱患，如地基沉降、坍塌、側(cè)滑等。傳統(tǒng)的土壤處理方法包括壓實、加固等手段，某些情況下的應(yīng)用效果并不理想[1]。因此，研究人員開始嘗試尋找新的土壤處理方法，改善土壤的力學(xué)性質(zhì)。其中，真空預(yù)壓法作為一種新興技術(shù)，逐漸引起研究人員的關(guān)注。

真空預(yù)壓法是一種利用真空技術(shù)進(jìn)行地基處理的方法，它通過在地基區(qū)域放置真空抽氣設(shè)備，在地下形成負(fù)壓狀態(tài)，引起土體孔隙中的氣體和水分的流動，從而達(dá)到改善土壤力學(xué)性質(zhì)和增加地基承載力的目的。該技術(shù)可提高土壤的排水性能，并通過抽氣增強土壤的力學(xué)性能，施工成本及施工時間較低[2]。在此背景下，為優(yōu)化該技術(shù)的應(yīng)用，探討真空預(yù)壓法在土建工程處理中的應(yīng)用。

1 工程概況

本次研究選自天津市某區(qū)的地基處理項目作為研究對象，由于該項目的面積過大，選取項目中的某一小區(qū)進(jìn)行分析。根據(jù)該地的地質(zhì)勘察報告可知，在距離地面向下20 m 以內(nèi)的范圍內(nèi)，存在淤泥和淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，且此地區(qū)降雨較多，導(dǎo)致淺層容易出現(xiàn)孔隙潛水，水位較淺，地下水的水位經(jīng)常變化。施工時，須確保地基的固結(jié)度達(dá)到85%以上，并且地面測量顯示的7 d 沉降率不能超過2.5 mm/d。基于此，本文探討了真空預(yù)壓技術(shù)在土體加固中的應(yīng)用。

2 土建地基加固中真空預(yù)壓施工設(shè)計

真空預(yù)壓法是一種土建地基加固方法，通過在軟弱地基上施加負(fù)壓，使地基內(nèi)部的水分被抽取出來，從而提高地基的強度和穩(wěn)定性。真空預(yù)壓法的施工原理如圖1 所示。

圖1 真空預(yù)壓法施工原理（來源：作者自繪）

2.1 施工流程設(shè)計

根據(jù)該工程的地質(zhì)，本次研究針對軟土地基開展真空預(yù)壓施工流程設(shè)計，如圖2 所示。施工步驟主要包括地面清理回填準(zhǔn)備、安裝注漿樁加固、真空預(yù)壓施工、沉降監(jiān)測記錄等步驟。本文主要根據(jù)施工要求，針對其軟土處理及真空預(yù)壓施工展開優(yōu)化設(shè)計。

圖2 軟土地基加固真空預(yù)壓施工流程圖（來源：作者自繪）

2.2 地基清理回填施工

施工前利用挖掘機(jī)、推土機(jī)等機(jī)械設(shè)備清除場地的雜質(zhì)和植被。如果工地上存在部分粒徑為300 mm 以上的碎石，則必須用碎石機(jī)械將其粉碎，以確保工地平整，避免碎石對其后續(xù)的加固施工造成影響[3]。此外，針對場地中的低洼區(qū)域，應(yīng)對其采用回填處理，以保證施工場地平整。即先在低洼區(qū)域周圍鋪設(shè)防滲透層，以防止水分滲透到軟土地基中，后用合適的填料（如砂土或細(xì)土）進(jìn)行逐層回填，并進(jìn)行均勻壓實，直至達(dá)到設(shè)計高度。施工完畢后，還需要將施工區(qū)域內(nèi)的垃圾和廢料清除干凈，以確保施工過程的安全和整潔。地基清理回填施工流程如圖3 所示。

圖3 地基清理回填施工流程（來源：作者自繪）

2.3 布袋注漿樁加固施工

為改善軟土地基的承載能力和穩(wěn)定性，場地清理完畢后，先采用布袋注漿法對地基進(jìn)行預(yù)處理。在施工過程中，為提升布袋注漿處理對地基的加固效果，本次研究改進(jìn)了注漿的漿液，在常見成分的基礎(chǔ)上添加適量三乙醇胺，以提升漿液的耐久性，改善其施工性能。根據(jù)實際工程場地情況設(shè)計孔位，利用鉆機(jī)按照設(shè)計要求進(jìn)行鉆孔。鉆孔完畢后進(jìn)行注漿，即將帶有布袋的注漿管放入預(yù)設(shè)位置，利用注漿管將增強后的漿液注入土工布袋中[4-5]。施工完畢后，漿液會在48 h內(nèi)逐漸固化，通過這一操作可形成一個直徑為300 ～400 mm 的圓柱狀增強體，以達(dá)到對地基的初步加固作用，其施工流程如圖4 所示。

圖4 布袋注漿樁施工流程圖（來源：作者自繪）

通過上述施工過程，可完成軟土地基的初步加固工作[6-8]。施工完畢后，安裝的樁體與土層形成了一個樁土增強體結(jié)構(gòu)，依據(jù)該結(jié)構(gòu)可對軟土地基的承載能力進(jìn)行增強，可有效減少地基沉降。

2.4 地基真空預(yù)壓加固施工

為了提高地基的承載能力和穩(wěn)定性，需要進(jìn)行多項工作。

首先，鋪設(shè)砂墊層，即先鋪設(shè)一層250 kg/m2的土工布，后均勻覆蓋厚度為500 mm 的中粗砂。其次，使用SPB100-B 型塑料排水帶，將其插入淤泥層底部，并且使其呈正三角形布置，以減少地基中水分滲透和積聚，以保持地基穩(wěn)定。再次，為了避免地下水流動影響地基加固效果，還需要在砂墊層上挖溝埋設(shè)管道，主管采用Φ63 mm 的 聚 氯 乙 烯（Polyvinyl Chloride，PVC）塑料管，間距設(shè)置為20 m；濾管采用Φ50 mm 的PVC塑料管，間距設(shè)置為6 m。最后，為避免真空預(yù)壓過程中出現(xiàn)真空泄露，采用Φ700 mm 的粘土攪拌樁，搭接200 mm，其樁長約為8 m。通過建造密封墻，以有效封閉地基，確保施工過程中維持恒定的真空狀態(tài)。為提供一個氣密的施工環(huán)境，施工密封溝也是必需的[9]。該溝的頂部寬度約為3 m，開挖深度約為2 m，并采用1 : 0.375 的倒梯型修坡設(shè)計，以確保溝壁的穩(wěn)定性。

在進(jìn)行真空預(yù)壓施工之前，還需要鋪設(shè)真空膜，即先鋪設(shè)土工布，完畢后在外粘貼3 層密封膜，使其總厚度不小于0.4 mm[10-12]。為確保真空系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行，應(yīng)該選擇功率不小于7.5 kW 的射流真空泵，并根據(jù)設(shè)計要求均勻布置在地基上。連接抽氣管道和安裝泵是關(guān)鍵的工作步驟，需要確保其穩(wěn)固性和密封性。完成真空預(yù)壓施工后，需要進(jìn)行氣密性檢查和試抽測試，以驗證真空系統(tǒng)的氣密性能和運行狀態(tài)。一旦檢查合格，就可以開始正式抽真空。通過逐漸降低膜下壓力，利用射流真空泵使真空度達(dá)到80 kPa 以上。通常情況下，真空預(yù)壓工序需要持續(xù)至少90 d，以確保地基達(dá)到預(yù)定的穩(wěn)定效果。最后，在地基達(dá)到預(yù)定的卸載標(biāo)準(zhǔn)后，進(jìn)行卸載操作，即釋放施加在地基上的荷載，實現(xiàn)地基的穩(wěn)定和恢復(fù)。

3 實證測試

采用本文提出的方法和傳統(tǒng)方法，分別對項目的特定區(qū)域進(jìn)行軟土地基的加固工作。施工完成后，在施工區(qū)域中選擇了10 個監(jiān)測點，并在每個監(jiān)測點處設(shè)置多個沉降板，取均值以完成沉降監(jiān)測，提升監(jiān)測效果。在接下來的1 a 中，每個月記錄并分析這些監(jiān)測點的沉降情況，對比結(jié)果如表1 所示。采用本文提出的方法，其1 a 后沉降量為20.2 mm，而采用傳統(tǒng)方法施工后，其在1 a 后沉降量達(dá)到34.8 mm，可見采用本文提出的方法的施工效果更好。

表1 監(jiān)測點沉降情況對比 單位：/mm

為了進(jìn)一步驗證本文提出的方法的可行性，采用該方法和傳統(tǒng)方法，分別對項目的特定區(qū)域進(jìn)行軟土地基的加固工作。施工完成后，在施工區(qū)域中選擇了10 個監(jiān)測點，記錄其使用壽命，如表2 所示。采用本文提出的方法后，軟土地基加固的最大使用年限為12.5 a，比傳統(tǒng)方法的最大使用年限增加了4 a，由此可證明該方法的施工效果更好。

表2 監(jiān)測點使用壽命對比 單位：/a

4 結(jié)語

在土建工程中，軟土地基的性質(zhì)較差，容易發(fā)生沉降和變形問題，影響后續(xù)施工質(zhì)量，因此往往需要采取有效措施來增強其承載能力。為提升軟土地基加固效果，本文以實際施工項目為例，對真空加固法施工流程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。實證結(jié)果表明，采用所設(shè)計施工方法施工后的沉降量較小，可有效提升加固效果，具有一定的應(yīng)用價值。