復(fù)合塑料排水板真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓處理工藝創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究

陳云欽 陳宇源 陳震 林劍敏 張敏

摘 要：針對(duì)深厚軟土地基的處理，真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓法是在真空預(yù)壓施工的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化后的一種地基處理工藝。研究在傳統(tǒng)真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓法的基礎(chǔ)上，提出一種復(fù)合塑料排水板為豎向排水通道，對(duì)深厚軟土地基進(jìn)行處理，利用有限元分析方法對(duì)軟土地基復(fù)合塑料排水板真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓效果進(jìn)行模擬。研究結(jié)果表明，復(fù)合塑料排水板真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓與一般的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際處理效果相比沉降值差異在2%左右，表明采用該方法開(kāi)展深厚軟土地基處理的堆載高度合理、可行。

關(guān)鍵詞：深厚軟土地基；復(fù)合塑料排水板；真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓；沉降值差異

中圖分類(lèi)號(hào)：U416.1；TQ325.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1001-5922（2023）11-0173-04

Research on innovative design of combined vacuum and load preloading treatment technology of composite plastic drain plate

CHEN Yunqin，CHEN Yuyuan，CHEN Zhen，LIN Jianmin，ZHANG Min

（Fujian Institute of Geotechnical Engineering Investingation and Surveying Co.，Ltd.，F(xiàn)uzhou 350108，F(xiàn)ujian China

）

Abstract：Aiming at the treatment of deep soft soil foundation，the combined vacuum-surcharge preloading method is a foundation treatment technology optimized on the basis of vacuum preloading construction.On the basis of the traditional vacuum-load combined preloading method，a composite plastic drainage plate was proposed as a vertical drainage channel to treat deep soft soil foundation，and the combined preloading effect of the composite plastic drainage plate on soft soil foundation was simulated by finite element analysis method.The results showed that the difference of the settlement value of the combined vacuum and load preloading of the composite plastic drainage plate was about 2% compared with the actual treatment effect，which indicated that the loading height of deep soft soil foundation treatment by this method was reasonable and feasible.

Key words：deep soft soil foundation;composite plastic drainage board;vacuum-stack combined preloading;settlement difference

傳統(tǒng)的深厚軟土地基處理為真空預(yù)壓法，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)難以達(dá)到施工要求或在堆場(chǎng)施工處理以后承載力預(yù)估錯(cuò)誤等問(wèn)題［1-3］。復(fù)合塑料排水板技術(shù)是基于早期紙板排水法改進(jìn)提出的，同時(shí)還吸收了砂井排水法的核心技術(shù)，與傳統(tǒng)的軟土排水技術(shù)相比，塑料排水板能借助插板機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化施工，極大地提高了現(xiàn)場(chǎng)處治施工效率，且同等條件下施工成本低廉，非常適用于長(zhǎng)里程的軟土路基處治作業(yè)。因此，對(duì)于深厚軟地基的處理需要運(yùn)用真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓法，以準(zhǔn)確確定地基堆載高度、承載力及工后沉降等。研究以某一地基施工工程為例，對(duì)復(fù)合塑料排水板真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓法在深厚軟土地基的應(yīng)用情況進(jìn)行分析。

1 基本原理

1.1 真空預(yù)壓法及其缺陷

真空預(yù)壓法最早由杰爾曼教授于1952年提出，其基本工作原理如圖1所示［2-4］。真空預(yù)壓法是在需要進(jìn)行加固處理的地基中插入豎向排水通道，然后通過(guò)鋪設(shè)砂墊層、不透氣薄膜的方法在膜下形成一層單獨(dú)空間，再通過(guò)抽真空的方式形成負(fù)壓，在負(fù)壓的作用下被加工地基中的水分逐漸滲流到排水通道中，以到達(dá)排水、固結(jié)等目的。

這種地基處理方法的缺陷在于，操作工序繁瑣，

施工難度較大，一般會(huì)產(chǎn)生較高的工程費(fèi)用；施工時(shí)的預(yù)壓效果存在一定局限性，預(yù)壓區(qū)周邊效果相對(duì)較差；受限于真空抽水時(shí)抽水高度的限制，一般超過(guò)8 m的淤泥地區(qū)抽水預(yù)壓效果就會(huì)收到影響，軟土、淤泥地區(qū)厚度越厚則抽水預(yù)壓效果越差，一般進(jìn)行深厚軟度地基處理時(shí)的最大壓力僅為85 kPa。

1.2 復(fù)合塑料排水板真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓法

復(fù)合塑料排水板真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓法（以下簡(jiǎn)稱(chēng)聯(lián)合預(yù)壓法）是在傳統(tǒng)的真空預(yù)壓法基礎(chǔ)上加以改進(jìn)獲得的地基處理方法。聯(lián)合預(yù)壓法與真空預(yù)壓法相比，多鋪設(shè)了一層堆載層（包括堆土、濾水管道等），這一堆載層的存在一方面能夠充作橫向的排水通道；另一方面能夠在堆載層自重的作用下，對(duì)軟土層形成一定的下壓力，從而結(jié)合真空預(yù)壓法提供更大的超載壓力，進(jìn)而改變真空預(yù)壓法地基處理時(shí)受大氣壓限制而無(wú)法進(jìn)行更深層抽水的問(wèn)題，能夠很大程度提升深厚軟度地基處理時(shí)的最大壓力，一般可以達(dá)到95 kPa左右。

2 工程概況與施工方案設(shè)計(jì)

2.1 工程概況

聯(lián)合預(yù)壓法最適合于深厚軟土，尤其是河邊、海邊等含水率高地區(qū)的深厚軟土地基處理。因此，研究選擇了我國(guó)某沿河地區(qū)為試驗(yàn)區(qū)，該地區(qū)的原狀淤泥物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

試驗(yàn)區(qū)整體面積約80 000 m2，待處理的軟土地基為吹填土和吹填前的水底原狀淤泥。其中吹填土的厚度約為5 m，已經(jīng)經(jīng)過(guò)了淺層預(yù)處理，但此時(shí)的含水率高達(dá)100%，基本都處于流動(dòng)狀態(tài)，是一種典型的深厚軟土地類(lèi)型［5］；水底的原狀淤泥厚度約15 m，含水率77.8%，且孔隙比達(dá)到了2.1%，是一種強(qiáng)度低、塑性指數(shù)較高的原狀淤泥。

2.2 施工方案

施工方案的不同會(huì)直接形成不同的深厚軟土地基處理效果。研究選擇復(fù)合塑料排水板真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓方案為施工方案，通過(guò)對(duì)比一般塑料排水板和不同間距的真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓方案，得到最佳的排水板類(lèi)型和施工間距，為后續(xù)深厚軟土地基處理優(yōu)化提供借鑒［6-8］。

2.2.1 排水板選擇

表2所示是傳統(tǒng)塑料濾膜排水板與復(fù)合塑料排水板在部分物力指標(biāo)方面的對(duì)比情況。與一般的塑料濾膜排水板相比，復(fù)合塑料濾膜排水板在縱向同水量等指標(biāo)方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。

選擇復(fù)合塑料板作為深厚軟土地基處理時(shí)的排水板時(shí)，保持排水板間的距離為0.95 m；普通塑料板排水板的板間間距為0.90 m。根據(jù)性能優(yōu)劣差異，選擇復(fù)合塑料濾膜作為排水板。

2.2.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位平面布置

圖2所示為本次深厚軟土地地基處理場(chǎng)景的平面布置情況。該工程現(xiàn)場(chǎng)被分為3個(gè)不同的大區(qū)，不同的大區(qū)內(nèi)部對(duì)沉降標(biāo)、分層沉降等標(biāo)的進(jìn)行標(biāo)注［9］。

不同區(qū)域內(nèi)的堆載程度有一定差異，地基處理前后根據(jù)各區(qū)域內(nèi)不同的堆載情況，采用復(fù)合塑料排水板真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓發(fā)配合十字板剪切實(shí)驗(yàn)等，得到各大區(qū)不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的地基處理結(jié)果。圖3所示為3個(gè)不同大區(qū)內(nèi)部的地基監(jiān)測(cè)點(diǎn)處理前后的分布情況。

圖3所示的處理為淺層預(yù)處理，主要包括放樣測(cè)量等準(zhǔn)備工作、標(biāo)記點(diǎn)坡口下淺板、鋪設(shè)40 mm軟式濾管、鋪設(shè)長(zhǎng)絲土工布、填筑覆水圍埝、鉆取土試驗(yàn)孔等［10-11］。

2.3 施工工藝

在淺層預(yù)處理工作全部完成以后，即可開(kāi)展深厚軟土地地基復(fù)合塑料排水板真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓，其基本流程如圖4所示。

鋪設(shè)土工布、土工格柵的目的，是充分提升身后軟土地基的承載力；中粗砂墊層的存在能夠一定程度上增強(qiáng)復(fù)合塑料排水板在水平方向的排水能力，同時(shí)對(duì)排水管形成一定的保護(hù)；復(fù)合塑料排水板與排水管之間需要通過(guò)蝶形接頭進(jìn)行連接［12-14］。土墊層、中粗砂墊層等的厚度如表3所示。

3 真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓結(jié)果

3.1 真空度

聯(lián)合預(yù)壓過(guò)程中，通常情況下膜下真空度都會(huì)隨時(shí)間的延續(xù)而降低，最終達(dá)到一種較為平衡的狀態(tài)。表4所示是300 d時(shí)間內(nèi)聯(lián)合預(yù)壓從抽真空開(kāi)始到最后達(dá)到最終平衡時(shí)的真空度變化情況［15］。

由圖4可知，真空度隨時(shí)間的變化呈現(xiàn)出先不斷增加、后短時(shí)間降低、再短時(shí)間增加、最后趨于穩(wěn)定的狀態(tài)。隨著抽真空的進(jìn)行，聯(lián)合預(yù)壓過(guò)程中所使用的復(fù)合塑料排水板薄膜下方的真空度會(huì)逐漸增大，當(dāng)時(shí)間為35 d左右時(shí)這一數(shù)據(jù)達(dá)到86.7 kPa，超過(guò)了85 kPa的地基施工要求；抽真空時(shí)間超過(guò)35 d以后，膜下真空度開(kāi)始逐漸降低，這是因?yàn)樵诔檎婵諘r(shí)間超過(guò)35 d以后復(fù)合塑料排水板上的水開(kāi)始被排出，此時(shí)密封膜的密封效果出現(xiàn)下滑，導(dǎo)致真空度下降；當(dāng)抽真空時(shí)間達(dá)到45 d以后，真空度又開(kāi)始提升，這是因?yàn)榇藭r(shí)的膜上土工布、砂墊層等開(kāi)始堆載，此時(shí)的部分漏氣點(diǎn)被土工布、砂墊層覆蓋，膜下真空度開(kāi)始回升，表明堆載層的存在能夠正向影響膜下真空度；膜下真空度最終保持在79.0 kPa左右，沒(méi)能達(dá)到堆載前的水平，這可能是因?yàn)槎演d過(guò)程中由于各類(lèi)堆載填料的加入磨壞了排水板薄膜的部分密封，導(dǎo)致最終出現(xiàn)了漏氣，但是堆載物的存在又不會(huì)使這種漏氣現(xiàn)象長(zhǎng)期持續(xù)，因此才能達(dá)到最終的穩(wěn)定條件［16-17］。

3.2 預(yù)壓效果模擬對(duì)比

將復(fù)合塑料排水板、塑料排水板、現(xiàn)場(chǎng)施工3種不同狀態(tài)分別命名為預(yù)壓A、預(yù)壓B、現(xiàn)場(chǎng)預(yù)壓3組，對(duì)3個(gè)組的地表沉降量結(jié)果進(jìn)行有限元分析對(duì)比，得到表5所示復(fù)合塑料排水板、塑料排水板、現(xiàn)場(chǎng)施工3種不同狀態(tài)下的地表沉降量結(jié)果。

通過(guò)預(yù)壓A、預(yù)壓B兩種不同預(yù)壓方式地表沉降量誤差對(duì)比可知，盡管采用一般塑料排水板聯(lián)合預(yù)壓的誤差為7.5%，也能夠滿(mǎn)足一般施工低于10%誤差的需求［18］，但是采用復(fù)合塑料排水板的聯(lián)合預(yù)壓最終誤差僅為2%，其預(yù)壓精度好于一般塑料排水板聯(lián)合預(yù)壓。可見(jiàn)，采用復(fù)合塑料排水板開(kāi)展真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓的效果更好。

4 結(jié)語(yǔ)

采用復(fù)合塑料排水板開(kāi)展真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓實(shí)驗(yàn)，并將這種方法與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際處理效果數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明該法很好地解決了傳統(tǒng)真空預(yù)壓法處理時(shí)的壓力上限問(wèn)題，沉降量的最終誤差僅為2%，是一種很好的軟土地基處理方法。通過(guò)分析膜下真空度變化情況、孔隙水壓力隨時(shí)間變化情況等，可以得出該方法能夠滿(mǎn)足實(shí)際施工需求，通過(guò)對(duì)比一般塑料排水板開(kāi)展真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓的地表沉降量，得出該方法的施工精度較高、誤差較小。在今后的深厚軟土地施工過(guò)程中可以充分運(yùn)用這種復(fù)合材料排水板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的塑料排水板，但是在施工過(guò)程中，尤其堆載環(huán)節(jié)應(yīng)格外注意不要讓堆載物對(duì)薄膜造成破壞［19］。

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收稿日期：2023-06-16；修回日期：2023-09-18

作者簡(jiǎn)介：陳云欽（1989-），男，工程師，研究方向：巖土工程;E-mail：412781285@qq.com。

引文格式：陳云欽，陳宇源，陳 震，等.復(fù)合塑料排水板真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓處理工藝創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究［J］.粘接，2023，50（11）：173-176.