淺析真空預(yù)壓聯(lián)合堆載處理深淤土地基

戴亞飛 邱兆軍

(江蘇鹽城水利建設(shè)有限公司 224002)

1 工程概況

連云港連云新城位于黃海海州灣內(nèi)，利用潮間帶灘涂資源進行建設(shè)，規(guī)劃總面積為4888.31hm2，其中，灘涂面積3123.71hm2，圍海造地面積1764.60hm2。海濱大道位于連云新城的臨海側(cè)，其范圍均利用原潮間帶進行吹填增高形成陸域，吹填標(biāo)高為+4.60m，淤泥底標(biāo)高為－17.08～－10.10m。經(jīng)設(shè)計比選，采用真空預(yù)壓聯(lián)合堆載的方法對地基進行加固，加固路基寬度為54m，總面積為34.428萬m2。

根據(jù)地質(zhì)勘探資料，本工程淤泥土的主要物理力學(xué)指標(biāo)為:含水量74.7% ～81.4%、天然密度1.54～1.58g/cm3、天然孔隙比2.03～2.251、塑性指數(shù)26～32.1、液性指數(shù) 1.98～1.59、壓縮系數(shù)為 1.66～2.96MPa－1、壓縮模量1.66 ～1.11MPa。

在海濱大道整個工程施工之前，先進行了300m的試驗段施工，主要目的是檢驗所采用的施工設(shè)備是否滿足要求，施工工藝是否合理，并且通過試驗段確定施工所需要的相關(guān)參數(shù)，為工程的全面開工提供依據(jù)，以指導(dǎo)全線工程的施工。

2 真空預(yù)壓加固原理

真空預(yù)壓聯(lián)合堆載是將真空預(yù)壓和堆載預(yù)壓有機結(jié)合起來處理軟基的一種方法，它主要廣泛應(yīng)用于交通、水利、工民建、港口等工程的軟土地基加固，通過工程實踐，取得了較好的效果，積累了豐富的經(jīng)驗，并使得這項技術(shù)日臻成熟完善。真空預(yù)壓的基本原理是將軟基處理區(qū)域作為一個密封體，通過真空泵負(fù)壓源將土體中的孔隙水和空氣抽排出加固體，從而使土體固結(jié)，提高地基承載力。

3 工藝流程

真空預(yù)壓聯(lián)合堆載法的工藝流程為:搭設(shè)浮橋→鋪設(shè)一層180g/m2的編織布→布設(shè)縱橫間距0.6m的竹排→鋪設(shè)0.5m中粗砂墊層→插打排水板→鋪設(shè)濾管→鋪設(shè)一層200g/m2的無紡?fù)凉げ肌佋O(shè)三層密封膜→開始抽真空→10天后鋪設(shè)一層200g/m2的無紡?fù)凉げ肌?.4m厚粉細(xì)砂→堆載1～2m厚開山土石→抽真空165天，固結(jié)度達85%后卸載。

4 材料要求

4.1 中粗砂墊層

中粗砂墊層是指陸上施打塑料排水板的排水墊層，厚度為50cm，含泥量小于5%，砂墊層干密度大于1.5t/m3，滲透系數(shù)大于5 ×10－3cm/s。

4.2 編織布

編織布為防止密封膜被破壞而設(shè)的保護層，規(guī)格為180g/m2。

4.3 塑料排水板

塑料排水板要求采用高性能材料，板芯采用全新料聚乙烯或聚丙烯制作，齒槽必須光滑挺直，以減小排水阻力和保證通水量。濾膜必須薄而緊密，孔徑分布合理穩(wěn)定，不因外力拉伸而發(fā)生變化，既能起到良好的隔土性、反濾性，又有較好的滲透性，在長期浸水條件下，濾膜不易出現(xiàn)分解、強度降低、排水性能變差的現(xiàn)象。整個復(fù)合體必須柔軟且有一定的強度，以便在地基沉降引起排水板彎曲變形時仍能正常發(fā)揮排水作用。

4.4 密封膜技術(shù)指標(biāo)

密封膜技術(shù)指標(biāo)表

5 地基處理施工過程

5.1 搭設(shè)浮橋、鋪設(shè)編織布

本工程土質(zhì)為吹填淤泥土，施工前用塊體泡沫搭設(shè)浮橋，再利用浮橋鋪設(shè)編織布。編織布用手提縫紉機現(xiàn)場縫合，順道路方向依次平鋪，縫接寬度不小于20cm(見圖1)。

圖1 鋪設(shè)編織布和竹排

5.2 鋪設(shè)竹排

竹架縱橫間距為0.6m，竹子大頭與小頭相接，搭接長度不得小于1.0m，交叉點采用鐵絲現(xiàn)場綁扎(見圖1)。

5.3 鋪設(shè)砂墊層

砂墊層采用小型翻斗車及人工配合鋪填整平，施工過程中防止對淤泥土的過大擾動而局部擠出隆起，以免造成砂墊層與淤泥土混合或砂墊層被切斷，影響墊層的連續(xù)性和整體排水效果。砂墊層密實厚度為50cm，平整度為±5cm。

5.4 塑料排水板施工

采用輕型插板機進行施工，插板機定位時，管靴與板位標(biāo)記的偏差控制在70mm內(nèi)，垂直度控制在±1.5%，回帶長度不超過500mm，根數(shù)不超過打設(shè)總根數(shù)的5%。在施打塑料排水板的過程中嚴(yán)禁出現(xiàn)扭結(jié)、斷裂、撕破濾膜等現(xiàn)象。

5.5 鋪設(shè)真空濾管

真空濾管采用φ76塑料波紋管，在管壁上每隔5～8cm鉆一直徑φ5～7的小孔，制成花管，在花管的外面纏繞尼龍繩作為支撐，再包一層90g/m2的土工布作為隔土層。濾管連接采用柔性接頭并使之牢固，防止地基沉降時將其拉斷，連接長度不小于100mm。在埋設(shè)濾管時要確保濾管上的濾膜不被破損，塑料波紋管必須具有一定的強度。濾管出膜處必須保證密封效果，確保排水通暢。濾管布設(shè)完畢后，將場地中的雜物、竹桿、碎石等清理干凈，并鋪設(shè)180g/m2的編織布防護刺破塑料密封膜(見圖2)。

5.6 壓膜密封溝

壓膜密封溝超過中粗砂墊層50cm，地表處溝寬度為2m，清除溝內(nèi)的砂土和石塊，鋪膜后用素黏土將溝回填至與地表齊平。

5.7 鋪設(shè)無紡?fù)凉げ?/h3>

無紡?fù)凉げ伎v橫連接采用手工縫接，二道錦綸線，縫接寬度不小于0.5mm，針腳間距不大于5mm，不得采用搭接。已鋪好的無紡?fù)凉げ甲⒁獗Ｗo，禁止踐踏，并防止泥水侵入。

圖2 布置真空濾管

5.8 密封膜施工

密封膜單層厚度為0.12～0.16mm，共鋪設(shè)三層，采用聚乙烯或聚氯乙烯薄膜，分單層壓入壓膜溝底50cm以上。密封膜在工廠一次成型，順道路方向采用現(xiàn)場粘接，搭接寬度不小于2m。密封膜鋪設(shè)前認(rèn)真清理平整砂墊層，然后按區(qū)域先后順序分層鋪設(shè)與搭接，每層膜鋪設(shè)完成后派專人檢查膜是否完好，發(fā)現(xiàn)有破裂處，及時用清水清洗干凈，再用膠水貼膜補好，完成后進行下道鋪設(shè)膜工作。鋪膜過程中，隨鋪隨用砂袋進行壓膜，防止風(fēng)將鋪好的膜卷走撕裂，在鋪膜完成的同時安裝少量的抽真空泵將膜吸住。

5.9 設(shè)置真空泵

真空泵功率不低于7.5kW，真空壓力不小于90kPa。真空泵按900～1100m2/臺布置，本工程試驗段共布置了16臺真空泵。真空泵布設(shè)完成后，即可開始抽真空，檢驗密封情況，膜下真空度應(yīng)穩(wěn)定在80kPa以上(見圖3)。

5.10 堆載開山土石

當(dāng)膜下真空度穩(wěn)定到80kPa以后，抽真空10天左右在上部開始上載，堆載前按要求先鋪一層200g/m2無紡?fù)凉げ迹黉佋O(shè)40cm的粉細(xì)砂作為保護層，其容重不小于17kN/m3。在保護層鋪設(shè)完畢后，采用機械進行有序合理的堆載作業(yè)，加載時機械下方保證有足夠厚度的填料，防止機械荷載震動損壞塑料膜，避免堆載料中摻入較大石塊、鋼筋等堅硬體，防止堆載料砸破或刺破密封膜。加載速率為1m/月，直至達到設(shè)計堆載厚度(見圖4)。

圖3 安裝真空泵

圖4 堆載開山土石

5.11 真空泵運行

在滿足真空度要求的前提下，連續(xù)抽真空時間維持在165天，真空泵在抽真空過程中開泵率必須超過總數(shù)的80%。

5.12 過程監(jiān)測

5.12.1 沉降觀測

本試驗段布置沉降盤8個，沉降盤為面層沉降盤，沉降標(biāo)豎管的垂直偏位不大于2%。沉降盤放置后，立即進行位置和標(biāo)高的聯(lián)合檢測，觀測頻率為每天1次，中后期為2～4天觀測1次。并做好記錄，繪制變形—時間關(guān)系曲線。

5.12.2 膜下真空度的監(jiān)測

本試驗段布設(shè)真空壓力測點4個，埋設(shè)于相鄰兩濾管之間的砂層中。抽真空初期每隔2h測讀一次，以便準(zhǔn)確測出真空壓力的上升過程和有利于檢查密封情況，當(dāng)真空壓力達到設(shè)計要求后，可每4～6h測讀1次，最后繪制成膜下真空的時間過程線。

5.12.3 孔隙水壓力觀測

在淤泥土層內(nèi)各深度按設(shè)計要求布置孔隙水壓力儀傳感器，初期每天測1次，中后期2～4天觀測1次，根據(jù)孔隙水壓力的增長和消散過程，用以計算土體固結(jié)度、強度增長、分析地基的穩(wěn)定性。

5.13 卸荷

經(jīng)沉降觀測，在運行180天后，連續(xù)10天實測沉降速率均不大于2mm/天;同時根據(jù)實測沉降曲線，推算本試驗段的淤泥土固結(jié)度大于85%，滿足設(shè)計要求，停泵卸荷。

6 工后檢測

本工程預(yù)壓卸載后，經(jīng)連云港市建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心有限公司檢測，對加固前后土層主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)比較:含水量由80%降低為35%左右;孔隙比由2.2改變?yōu)?.1左右，壓縮系數(shù)由1.83～2.96改變?yōu)?.6～0.8，這表明通過真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法處理地基，土體的物理力學(xué)指標(biāo)得到明顯改善，地基加固效果明顯。同時靜載荷試驗地基土承載力的特征值均達80kPa，十字板剪切試驗土體抗剪強度提高到10 ～20kPa。

通過現(xiàn)場實際觀測試驗數(shù)據(jù)和檢測成果，本工程試驗段的地基處理全面達到設(shè)計要求，為整個工程的全面開工提供了充分的依據(jù)和成功經(jīng)驗，相關(guān)試驗數(shù)據(jù)將用以指導(dǎo)全線工程的施工。

7 施工成果及意義

a.真空度沿塑料排水板向下傳遞及向土體中擴展，排除土體中的水分和空氣，最終使土體發(fā)生收縮變形。同時真空預(yù)壓可以一次快速施加而無須分級加載，大大節(jié)省了時間，縮短了工期。

b.真空預(yù)壓法在土體加固過程中，在真空吸力的作用下使土中的封閉氣泡排出，從而使土的滲透性提高，固結(jié)過程加快。

c.真空預(yù)壓法加固軟基，由于地基周圍的土體是向著加固區(qū)移動的，這樣有利于加固區(qū)內(nèi)土體密實度的提高和地基承載力的增加。

d.真空預(yù)壓聯(lián)合堆載應(yīng)用于吹填淤泥土的處理方法效果是理想的，將填筑的路堤作為堆載加以利用，不僅具有很好的加固效果，而且大大縮短了施工工期，經(jīng)濟效益明顯。

1 陳順益.潮間帶水下真空預(yù)壓聯(lián)合堆載預(yù)壓軟基處理施工工藝［J］.世界橋梁，2005(04).

2 王柏歡，尹志標(biāo)，陸玉琳.海堤地基真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓有限元計算研究［J］.水利與建筑工程學(xué)報，2011(03).