直排式真空預(yù)壓工藝壓膜溝處理研究

余海見，齊志民

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222）

直排式真空預(yù)壓工藝壓膜溝處理研究

余海見，齊志民

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222）

為了提高真空預(yù)壓工藝壓膜溝薄弱區(qū)域處理的效果，本文通過采取各種措施對(duì)壓膜溝薄弱區(qū)域處理進(jìn)行試驗(yàn)研究，經(jīng)檢測(cè)結(jié)果表明：壓膜溝區(qū)域經(jīng)處理后各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。通過推廣此壓膜溝處理工藝，不僅能處理好壓膜溝問題，還能帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

直排式真空預(yù)壓；壓膜溝處理；軟基處理；十字板剪切強(qiáng)度

引 言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，土地的需求量越來越大，特別是一些沿海地區(qū)，土地顯得更加緊張，為了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，只能向大海要地，因此，近幾年各大沿海城市出現(xiàn)了大面積的圍海造陸。圍海造陸的方法主要是將疏浚航道的淤積軟土通過吹填形成陸域，而新吹填形成的陸域地基大部分是淤泥和淤泥質(zhì)土，呈流塑狀態(tài)，具有很高的含水量和很低的強(qiáng)度，需要進(jìn)行加固處理。因此真空預(yù)壓處理工藝成為目前處理這類土質(zhì)應(yīng)用較廣的施工工藝。真空預(yù)壓法是在需要加固的軟土地基表面先鋪設(shè)砂墊層，然后埋設(shè)垂直排水管道，再用不透氣的密封膜使其與大氣隔絕，薄膜四周埋入土中，通過砂墊層內(nèi)埋設(shè)的吸水管道，用真空裝置進(jìn)行抽氣，使其形成真空，增加地基的有效應(yīng)力。

加固區(qū)周邊通過挖設(shè)溝將密封膜周邊進(jìn)行密封，這就形成壓膜溝。從理論設(shè)計(jì)上壓膜溝區(qū)域的處理效果和區(qū)內(nèi)的加固效果應(yīng)該相差不大，但在實(shí)際施工過程中壓膜溝的處理效果往往較差，成為真空預(yù)壓處理區(qū)域的軟弱地帶，給后續(xù)施工帶來較大影響，因此本文通過進(jìn)一步試驗(yàn)研究解決壓膜溝處理的問題。

1 工程概況

本試驗(yàn)研究依托天津臨港工業(yè)區(qū)某工程，該工程處理面積約34萬m2，共分12個(gè)區(qū)，本次試驗(yàn)在1～4區(qū)進(jìn)行，重點(diǎn)是對(duì)壓膜溝區(qū)域進(jìn)行處理，在不增加成本的情況下使壓膜溝區(qū)域的處理效果能夠一次達(dá)到設(shè)計(jì)要求，不需要進(jìn)行二次處理。本工程采用直排式真空預(yù)壓工藝，該工藝在加固軟土地基，尤其是在飽和軟土的港口、碼頭地基中已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用［1～4］，并得到有效的驗(yàn)證。

2 地質(zhì)條件

通過真空預(yù)壓前、后的鉆孔資料揭露，本區(qū)域地層自上而下共分4層：

1）細(xì)砂

灰色，松散，該層為厚度0.80～2.00 m的吹填砂墊層。顆粒不均勻，含較多云母及貝殼。層底高程3.54～5.03 m。真空預(yù)壓后土層性質(zhì)無變化。

2）淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粘土或淤泥

灰色，流塑～可塑狀，高塑性～中高塑性，土質(zhì)較均勻，含有機(jī)質(zhì)，局部混粉砂、粉土或粘土。該層厚度為4.20～10.20 m，層底高程-6.17～0.83 m。真空預(yù)壓后土層性質(zhì)對(duì)應(yīng)為粉質(zhì)粘土或粘土。

3）淤泥質(zhì)粘土

灰色，流塑～可塑狀，高塑性，土質(zhì)不均勻，含有機(jī)質(zhì)，局部含少量粉土。該層厚度為 8.00～14.00 m，層底高程-15.17～-13.12 m。真空預(yù)壓后土層性質(zhì)對(duì)應(yīng)為粘土。

4）粉質(zhì)粘土或粘土

灰色，軟塑～可塑，中高塑性，土質(zhì)不均勻，含較多貝殼碎屑，局部混粉砂。該層層底在鉆探深度內(nèi)未揭露。真空預(yù)壓后土層性質(zhì)對(duì)應(yīng)為粉質(zhì)粘土。

3 試驗(yàn)方案

本次試驗(yàn)主要針對(duì)加固區(qū)內(nèi)區(qū)與區(qū)間的共用壓膜溝的處理進(jìn)行分析研究，主要采取方案如下：

1）加大加固區(qū)的各個(gè)小區(qū)的面積，減少壓膜溝數(shù)量和寬度；

2）將壓膜溝內(nèi)的排水板頭同濾管相連，將濾管連接至抽真空系統(tǒng)中；

3）將壓膜溝處相鄰區(qū)的密封膜進(jìn)行搭接，再在搭接處上面用粘土進(jìn)行壓實(shí)，使壓膜溝處的真空度進(jìn)一步提高。

4 方案實(shí)施

4.1 壓膜溝處排水板打設(shè)

打設(shè)過程中壓膜溝處的排水板間距控制與處理區(qū)的間距相同，均為0.8 m，呈正方形布置，打板深度也同為21 m。

圖1 排水板打設(shè)

4.2 壓膜溝的開挖

真空預(yù)壓施工開挖壓膜溝是一項(xiàng)非常重要的工作，壓膜溝開挖不好直接關(guān)系到真空預(yù)壓施工的處理效果。壓膜溝開挖必須將透氣層挖穿，挖至軟土層將密封膜壓人軟土層中進(jìn)行密封，然后在溝內(nèi)覆水起到進(jìn)一步密封的作用。抽真空期間真空度能否持續(xù)保持在85 kPa范圍之內(nèi)［5］，壓膜溝的開挖至關(guān)重要。壓膜溝開挖寬度在1 m左右，深度要挖穿透氣層，本項(xiàng)目的透氣層就是上部吹填的粉細(xì)砂，開挖深度在挖穿砂墊層后再下挖50 cm。

4.3 壓膜溝的開挖

在開挖過程中表層的排水板大部分被挖斷，故在壓膜溝開挖好后及時(shí)將挖斷的排水板進(jìn)行接長(zhǎng)，在壓膜溝內(nèi)布置濾管，將排水板與濾管進(jìn)行連接，再將濾管與抽真空系統(tǒng)進(jìn)行連接，使壓膜溝內(nèi)的壓力同真空區(qū)的壓力相同。

4.4 密封膜的鋪設(shè)和搭接

在濾管與排水板連接完畢后開始鋪設(shè)密封膜，壓膜溝處的密封膜鋪設(shè)質(zhì)量好壞直接影響到整個(gè)處理區(qū)內(nèi)真空壓力的高低，故密封膜邊緣要壓入軟土中確保不漏氣。共用壓膜溝處在原交接處再鋪上一層密封膜，使壓膜溝完全處于密封狀態(tài)，以確保其處理效果。

圖2 排水板與濾管連接

圖3 壓膜溝處處理示意

4.5 真空抽氣

1）試抽氣

為了防止濾管由于剛開始承受的壓力過大造成扁管現(xiàn)象，因此在試抽氣期間采取了分3批循環(huán)開啟真空泵，每批只開啟1/3的泵數(shù)量，每批持續(xù)時(shí)間為3天，再開啟全部真空泵，然后實(shí)施深層真空預(yù)壓處理。

2）正式抽氣

在試抽氣9天后全部開啟真空泵，在2天后真空度達(dá)到85 kPa，開始計(jì)時(shí)。真空預(yù)壓區(qū)滿載抽氣時(shí)間為115天。正式抽氣期間真空荷載基本維持在85 kPa以上。

3）在抽氣過程中，射流泵基本運(yùn)轉(zhuǎn)正常，個(gè)別壞泵及時(shí)進(jìn)行了更換，水泵、電機(jī)定期進(jìn)行了維修保養(yǎng)，并各有一定數(shù)量的備用水泵、電機(jī)。

4）真空恒載后，抽氣過程中保證了設(shè)計(jì)真空壓力，確保100 %的開泵率。

5 效果檢驗(yàn)

5.1 十字板剪切試驗(yàn)

在每個(gè)區(qū)的壓膜溝中在真空預(yù)壓前后各布置 1個(gè)十字板剪切試驗(yàn)孔。各區(qū)預(yù)壓前后主要軟土層抗剪強(qiáng)度對(duì)比數(shù)據(jù)見表1。

表1 預(yù)壓前后十字板抗剪強(qiáng)度對(duì)比

圖4 1區(qū)預(yù)壓前后十字板抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)成果

圖5 2區(qū)預(yù)壓前后十字板抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)成果

圖6 3區(qū)預(yù)壓前后十字板抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)成果

圖7 4區(qū)預(yù)壓前后十字板抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)成果

從以上圖表中可以看出：預(yù)壓后第（2）層、第（3）層、第（4）層軟土十字板抗剪強(qiáng)度均值均有較明顯增長(zhǎng)，其中第（2）層增長(zhǎng)最為明顯。

5.2 土層物理力學(xué)性質(zhì)

各區(qū)壓膜溝真空預(yù)壓前后各布置原狀取土孔 1個(gè)，各區(qū)壓膜溝加固前后土質(zhì)變化情況詳見加固前后各土層主要物理力學(xué)指標(biāo)對(duì)比見表2。

表2 加固前后主要物理力學(xué)指標(biāo)對(duì)比

通過對(duì)比分析可見：預(yù)壓后淤泥層、淤泥質(zhì)粘土層軟土含水量、孔隙比、液性指數(shù)、壓縮系數(shù)等指標(biāo)均有不同程度的減??；重度、剪切強(qiáng)度指標(biāo)等指標(biāo)均有所增大，土體塑性降低、強(qiáng)度增加，土質(zhì)改善較明顯。

6 結(jié) 論

通過本試驗(yàn)研究直排式真空預(yù)壓工藝處理軟弱地基壓膜溝效果明顯，主要體現(xiàn)在：

1）真空預(yù)壓期間就將壓膜溝區(qū)域處理好，不需要二次處理，使得后續(xù)施工能夠按期展開，縮短了整個(gè)項(xiàng)目投資時(shí)間，可節(jié)約時(shí)間約20天。

2）節(jié)約了施工成本。在不增加額外成本的基礎(chǔ)上，只是在施工工藝上做進(jìn)一步改進(jìn)，就能將壓膜溝區(qū)域的處理效果得到提高，節(jié)省了壓膜溝的二次處理費(fèi)用。

［1］葛安定，李學(xué)艷.直排式真空預(yù)壓法在天津港地基處理工程中的應(yīng)用［J］.港工技術(shù)，2012，（1）：61-64.

［2］李軍，楊福麟.人工插膜結(jié)合粘土密封墻作為真空預(yù)壓側(cè)向密封系統(tǒng)的試驗(yàn)［J］.港工技術(shù)，2008，（4）：38-40.

［3］方子杰，應(yīng)舒.低位真空預(yù)壓法吹填土軟基加固技術(shù)的應(yīng)用［J］.港工技術(shù)，2011，（1）：41-43.

［4］夏玉斌，唐元松.椒江污水處理工程超深軟基真空預(yù)壓加固效果綜合分析［J］.港工技術(shù)，2004，（4）：44-47.

［5］JGJ79-2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

Study on Treatment of Membrane-sealing Trench Based on Straight-line Vacuum Preloading Technology

Yu Haijian，Qi Zhimin
（CCCC First Harbor Consultants Co.，Ltd.，Tianjin 300222，China）

To improve the treatment of weak area in membrane-sealing trench based on vacuum preloading technology，various measures has been taken to test and study the treatment effect of weak area in membrane-sealing trench.The testing results show that the physical and mechanical indices satisfy the design requirements after the membrane-sealing trench is treated.To promote the technology of membrane-sealing trench treatment can not only deal with membrane-sealing trench well，but also produce considerable economic benefit.

straight-line vacuum preloading； treatment of membrane-sealing trench； soft base treatment；vane-shear strength

TU472.3+3

A

1004-9592（2016）05-0102-04

10.16403/j.cnki.ggjs20160525

2016-04-05

余海見（1985-），男，工程師，主要從事工程項(xiàng)目管理工作。