深層真空預(yù)壓法在軟土地基中的應(yīng)用

張志剛 ZHANG Zhi-gang

（山東信誠建設(shè)管理有限公司，東營 257091）

0 引言

在軟土地基施工中真空預(yù)壓法有如下優(yōu)點：①不需要大量堆載，可省去加載和卸載工序，節(jié)省大量材料、能源和運輸能力，縮短預(yù)壓時間；②真空預(yù)壓法所產(chǎn)生的負(fù)壓使地基土的孔隙水加速排出，可縮短固結(jié)時間；同時由于孔隙水排出，滲流速度增大，地下水位降低，由滲流力和降低水位引起的附加應(yīng)力也隨之增大，提高了加固效果。東營港東營港區(qū)一突堤碼頭項目陸域出入場道路路基由于吹填時間短，地質(zhì)狀況復(fù)雜，針對軟土地基處理各種方法優(yōu)缺點的對比及綜合考慮確定使用深層真空預(yù)壓法。

1 工程地質(zhì)狀況

吹填土的物質(zhì)是粘土和粉土、粉砂，在吹填管口處，沉積的土顆粒較粗，遠(yuǎn)離管口方向逐漸變細(xì)，反映出水力分選作用的特點。有時在吹填過程中，由于泥砂的來源有所變化，造成填土在縱橫方向上的不均勻性。

典型地質(zhì)情況如圖1 所示。

圖1 東營港東營港區(qū)一突堤集裝箱碼頭項目典型地質(zhì)圖

2 施工準(zhǔn)備

①測量準(zhǔn)備：施工進場后根據(jù)基準(zhǔn)點為引測基點進行引測，將引測資料上報監(jiān)理單位審核通過后以此作為本工程的測量基點，并定期校核檢測。

②材料準(zhǔn)備：將所需的材料運往場地便利的地方堆放并用防水布蓋好、確保材料質(zhì)量的安全。（圖2）

圖2 真空處理斷面圖

3 主要施工流程及質(zhì)量控制

真空預(yù)壓主要包括：施工便道搭設(shè)、排水系統(tǒng)施工以及抽真空施工。

①施工臨時便道搭設(shè)：按施工處理面積及區(qū)塊劃分原則，利用臨時施工便道進行處理區(qū)塊劃分，亦為吹填泥面開展施工提供前提條件。施工便道采用“毛竹架+泡沫板”方式搭設(shè)。泡沫板規(guī)格為1m×2m。

②鋪設(shè)工作墊層：本工程工作墊層材料選用200g/m2聚丙烯編織布，鋪設(shè)形式以滿足安全施工為標(biāo)準(zhǔn)。具體施工方法如下：

1）選用200g/m2編織布，進場前預(yù)加工成50m*20m 塊狀，卷好并扎緊，利用泡沫板作為臨時路運到指定位置。施工人員借助泡沫板用竹竿向前推進鋪設(shè)，泡沫板隨著編織布的鋪設(shè)向前移動，編織布邊緣處需用雙線縫合，縫合邊緣不小于10cm。從處理區(qū)臨近周邊道路一側(cè)或臨時搭設(shè)的施工便道，沿處理分區(qū)某一方向向前推進方式進行人工攤鋪，編織布的拼接采用手提工業(yè)縫紉機縫合，包縫或丁縫，搭接寬度≥200mm，縫合尼龍線強度≥150N。鋪設(shè)完畢的編織布強度不低于編織布本身抗拉強度。為確保編制布鋪設(shè)的連續(xù)性，在加固區(qū)四周相應(yīng)向外延伸1m，并用砂袋或泥袋固定。

2）待編織布鋪設(shè)完成后鋪設(shè)竹籬笆。竹籬笆采用單片面積不小于3 平方米，錯縫鋪設(shè)。鋪設(shè)完成并滿足施工人員行走無阻礙。竹籬笆鋪設(shè)完成后進行竹排綁扎，竹排用竹竿搭成井字形，竹竿間距暫定50cm*30cm，根據(jù)場地內(nèi)鋪沙情況需要調(diào)整，竹竿搭接不小于1m，交錯點用鐵絲綁扎，每根竹竿上綁扎點不小于4 個，確保穩(wěn)定不移動，根據(jù)鋪砂進度和方向，竹排上再鋪設(shè)編織布一層。

3）在第二層編織布上鋪設(shè)砂子，砂子鋪設(shè)40cm 厚，攤開鋪平后為便于運輸砂子車輛通行，加鋪12mm 厚鋼板，鋼板并排鋪設(shè)4 張，作為小型運砂車的臨時道路。砂子鋪設(shè)完成后可進行后續(xù)施工。

③打設(shè)塑料排水板：采用真空預(yù)壓法進行流泥固化，豎向排水板按設(shè)計要求選用合適的塑料排水板類型。采用輕型插板機打設(shè)排水板，排水板直接與濾管連接，需保證連接的密封性。排水板深度10m（底部達(dá)到-5.0m 高程），間距為0.7m，正方形布置。

④真空管網(wǎng)鋪設(shè)及連接：真空管網(wǎng)鋪設(shè)、連接各區(qū)主管布設(shè)間距不宜大于30m。 串接濾管、連接“二通”“三通”“四通”: 必須選高強度整體“二通”“三通”“四通”進行連接施工，其強度須高于真空濾管的管體強度。“二通”“三通”“四通”與濾管的連接要充分密實，必須綁扎牢固，防止抽真空時濾管斷開破壞排水通道。

1）出膜裝置安裝：射流真空泵及檢測設(shè)備的出膜裝置表面應(yīng)清理干凈，然后用塑料薄膜包裹后安裝。射流真空泵出膜裝置應(yīng)設(shè)置在各單元區(qū)周邊的主濾管上，距離邊線距離不少于5m。真空壓力測頭安放在距離真空泵不少于15m 的單元區(qū)四角及中間，周邊濾管的最遠(yuǎn)點，且不得與濾管溝通及靠近。

2）密封溝設(shè)置及密封膜鋪設(shè)：密封膜埋入不透水土層深度不應(yīng)小于0.8m，相鄰密封膜預(yù)留間距（即密封溝范圍）宜為50～100cm，以確保密封溝密閉性，必要時用粘土回填密封溝。壓膜施工時應(yīng)注意保護密封溝附近排水板與濾管的鏈接。

3）真空泵的布設(shè)：根據(jù)規(guī)范《真空預(yù)壓加固軟土地基技術(shù)規(guī)程》的要求采用四周型布置，真空度測頭根據(jù)設(shè)計進行，距加固區(qū)邊線6～7m，真空泵及真空測頭與密封膜連接處應(yīng)采取措施保證密封性。

4）開泵試驗：安裝射流泵，連接抽真空設(shè)備，試抽氣，仔細(xì)檢查各區(qū)膜下密封情況，膜下真空度達(dá)到80kPa 以前，膜上不宜覆水。

5）抽氣預(yù)壓：地基處理的真空泵布設(shè)參照規(guī)范執(zhí)行。真空預(yù)壓前期應(yīng)控制開泵率，并輪換開泵，逐漸增加開泵率，以防止土顆粒在高真空壓力下積聚形成土柱，后期開泵率不得低于80%。預(yù)壓期間應(yīng)采取有效管理措施，確保有效開泵率和泵機的正常工作狀態(tài)，未經(jīng)設(shè)計、監(jiān)理同意不得停泵。在確保真空度的情況下，可適當(dāng)覆水以提高真空預(yù)壓效果。覆水高度根據(jù)現(xiàn)場實際情況確定，一般不高于80cm。

4 卸載

總的抽真空時間不小于90 天，原則上固結(jié)度大于90%，連續(xù)5 天平均沉降小于1.5mm/d 時可逐步減壓直至停抽。按照設(shè)計要求，以書面報告的形式提出停泵要求，經(jīng)業(yè)主單位同意，停止抽真空。

①施工質(zhì)量要求：抽真空設(shè)備宜采用射流泵，其單機功率≥7.5kW，安裝好真空泵系統(tǒng)，空載調(diào)試真空射流泵，當(dāng)真空射流泵上真空度達(dá)到96kPa 以上，試抽真空。在膜面上、壓膜溝處仔細(xì)檢查有無漏氣情況，發(fā)現(xiàn)后及時補好。抽真空時應(yīng)嚴(yán)格控制真空度加載速率，開始時可先開啟少數(shù)真空泵，并交替開泵。當(dāng)真空度達(dá)到50-60kPa、經(jīng)檢查無漏氣現(xiàn)象后，開始膜面蓄水，使吹填土形成一定的固結(jié)度，再逐漸增開真空泵，膜下真空度應(yīng)穩(wěn)定地維持80kPa以上。真空泵布置密度原則上900～1100m2/臺，施工后期抽真空設(shè)備開啟數(shù)量應(yīng)超過總數(shù)的80%。在滿足真空度要求的條件下經(jīng)業(yè)主驗收，方可停泵卸載，驗收指標(biāo)，真空預(yù)壓后，0～1.5m 深度處理深度范圍內(nèi)地基承載力特征值fak≧30kPa。

②注意事項：真空系統(tǒng)運行時，應(yīng)保證負(fù)壓真空的連續(xù)性，正常出水規(guī)律為“先大后小，先渾后清”。在運行過程中應(yīng)經(jīng)常觀察，如出現(xiàn)不出水等異常情況，應(yīng)立即檢查管路是否漏氣、真空管是否堵塞，發(fā)現(xiàn)情況后及時糾正，若情況嚴(yán)重時要求重新埋設(shè)。真空管口應(yīng)有保護措施，防止雜物掉入管內(nèi)。為防止濾網(wǎng)損壞，在水平向真空體管線放入前，應(yīng)認(rèn)真檢查，以保證濾網(wǎng)完好。埋設(shè)時確保管道的順直、并有一定的松施度，按設(shè)計要求將真空排水體埋設(shè)到準(zhǔn)備位置。

5 試驗監(jiān)測

根據(jù)設(shè)計圖紙要求，深層區(qū)域處理時主要進行孔隙水壓力、深層分層沉降、表層沉降、水位監(jiān)測、真空度監(jiān)測及現(xiàn)場原位取土、十字板試驗。

①孔隙水壓力：根據(jù)設(shè)計圖紙，設(shè)置5 個測點，抽真空初期一天測一次，預(yù)壓滿10 天后2 天測一次，30 天后5天一次,60 天后10 天一次。

②深層分層沉降監(jiān)測：根據(jù)設(shè)計圖紙，設(shè)置1 組，抽真空初期一天測一次，預(yù)壓滿10 天后2 天測一次，30 天后5天一次，60 天后10 天一次。

③表層沉降觀測：在插塑料排水板之前埋設(shè)，并記錄原始表高。觀測誤差不大于2mm，抽真空初期一天測一次，預(yù)壓滿10 天后2 天測一次，60 天后10 天一次。

④真空度監(jiān)測：在插板后敷設(shè)真空膜前埋設(shè)5 個真空度測頭傳感器，抽真空初期一天測一次，預(yù)壓滿10 天后2天測一次，60 天后10 天一次。

⑤為驗證試驗段預(yù)處理效果，增加現(xiàn)場原位測試。加固后鉆探取土3 個孔，深度12m，進行室內(nèi)土工試驗，測定天然含水率、孔隙比、重度、飽和度、固結(jié)系數(shù)、壓縮系數(shù)、快剪強度等指標(biāo)。加固后現(xiàn)場做十字板剪切試驗3 個點，深度4m，每隔一米試驗一次，測定剪切強度。

6 試驗檢測及結(jié)果計算

自2023年4月16 日至8月10 日，檢測結(jié)果如下：

真空預(yù)壓區(qū)平均標(biāo)高：3.36m；連續(xù)五日平均沉降1.95mm/d。

沉降量推算及固結(jié)度計算：依據(jù)《真空預(yù)壓加固軟土地基技術(shù)規(guī)程》JTS 147-2-2009 附錄B 及實際沉降資料可得：現(xiàn)場實測沉降資料推算最終沉降量及固結(jié)度。

α、β 值確定示意圖式中依據(jù)《真空預(yù)壓加固軟土地基技術(shù)規(guī)程》。（圖3、圖4）

圖3 α 、 β 確定示意圖

圖4 東營港東營港區(qū)一凸堤集裝箱碼頭項目α、β 確定示意圖

St——滿載時間的實測沉降量（m）；

S0——滿載開始時的實測沉降量（m）；

t—— 滿載預(yù)壓時間（s），從滿載時刻算起；

S∞——最終沉降量（m）；

ɑ、β——待定系數(shù)，可根據(jù)實測資料確定。

由實際觀測點沉降資料可得：根據(jù)滿載開始時的實測沉降量S0=0.521m，實測沉降量St=1.42m。

擬合求出β=0.981，由現(xiàn)場實測沉降資料推算最終沉降量S∞=1.54m。

由現(xiàn)場實測沉降資料推算固結(jié)度U=1.42/1.54×100%=92.21%。

7 結(jié)論

沉降-時間曲線達(dá)到收斂，實測地面沉降速率連續(xù)5d～10d 平均沉降量小于或等于2mm/d；真空預(yù)壓固結(jié)度為92.21%。通過對吹填區(qū)深層真空預(yù)壓的處理，試驗檢測結(jié)果滿足地基處理的規(guī)范要求。