大面積吹填軟土地基真空預(yù)壓施工工藝探討

陳立偉

(交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所 天津 300456)

1 工程概況

工程位于天津市南港工業(yè)區(qū)預(yù)留碼頭及工業(yè)發(fā)展區(qū)，該區(qū)域?yàn)閲Ｔ礻懶纬?，原始泥面?biāo)高較低，故采用沖填土回填。沖填土為挖泥船挖出的泥水混合物，通過輸泥管輸送到需填高地段并經(jīng)沉淀排水后形成沉積土，具有土顆粒細(xì)、排水固結(jié)時(shí)間長(zhǎng)、含水量大的特點(diǎn)，土體在形成初期常處于流動(dòng)狀態(tài)，強(qiáng)度要經(jīng)過一定固結(jié)時(shí)間才能逐漸提高，這類土屬于強(qiáng)度低和壓縮性大的欠固結(jié)土。近年，采取真空預(yù)壓的方式進(jìn)行地基處理取得了豐富的經(jīng)驗(yàn)和發(fā)展，本文以具體工程為例，詳細(xì)介紹該項(xiàng)目的施工過程，分析存在的缺點(diǎn)及不足，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，為類似工程提供借鑒。

2 吹填淤泥表面處理措施

該工程的沖填土以淤泥及淤泥質(zhì)土為主，含水率可高達(dá) 100%以上，因其自身固結(jié)速度很低，場(chǎng)地一般經(jīng)過1年以上的晾曬方可提高表面的承載力，故等其自然固結(jié)時(shí)間成本過高。由于吹填完成時(shí)間較短，場(chǎng)地?zé)o法滿足施工機(jī)械進(jìn)場(chǎng)，常規(guī)真空預(yù)壓無法進(jìn)行，根據(jù)沿海地區(qū)多年積累的地基處理工程經(jīng)驗(yàn)，可采用人工打設(shè)長(zhǎng)度較小的塑料排水板的預(yù)處理方法。具體步驟如下：

①在吹填泥面鋪設(shè)一層編織布和一層無紡?fù)凉げ肌Ｍ凉げ间佋O(shè)前要對(duì)其進(jìn)行外觀檢查，如有傷痕、裂口要做修補(bǔ)處理，人工將布展開鋪放，應(yīng)松緊適宜，土工布鋪設(shè)的搭接長(zhǎng)度不小于 500mm。土工布鋪設(shè)完畢后及時(shí)將搭接處及周邊位置用袋裝土壓好，防止被大風(fēng)卷起，并盡快進(jìn)行下道工序的施工。

②人工插設(shè)豎向塑料排水板，首先對(duì)排水板的下端口進(jìn)行密封處理(可采用瀝青膏密封)，以防止底部的淤泥進(jìn)入而堵塞塑料排水板的排水通道。排水板按正方形布置，真空預(yù)壓區(qū)排水板間距為 1.0m，人工插板長(zhǎng)度根據(jù)土的軟硬不同定為3.0～5.0m。

③鋪設(shè)水平濾管，真空濾管采用直徑 40mm 的塑料軟管，并將濾管與排水板緊密連接，外面再包裹1層 150g/m2的土工布，避免淤泥中的土顆粒堵塞濾管，影響排水效果。

④鋪設(shè) 2層密封膜，連接抽真空設(shè)備(大約每1200m2布置1臺(tái)泵)，進(jìn)行抽氣施工。

以上步驟可以加快表層土的固結(jié)，同時(shí)會(huì)增加建設(shè)投資。在工期要求不緊張的前提下，可先進(jìn)行吹填區(qū)域的晾曬(靜置)，晾曬時(shí)間為 2～3年，待表層土具有一定承載力后施工機(jī)械即可進(jìn)場(chǎng)。

3 吹填砂墊層施工

根據(jù)中交上海航道勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司的工程實(shí)例分析可知，砂墊層在真空預(yù)壓中不僅具有水平向的排水通道作用，它自身還具有一定的重力，這一點(diǎn)是無砂墊層真空預(yù)壓方法無法做到的，盡管其自身質(zhì)量較小，但能在避免淺層土抗剪強(qiáng)度隨深度減小而快速降低方面切實(shí)發(fā)揮優(yōu)勢(shì)作用。

在淺層抽水施工完畢，具備機(jī)械進(jìn)場(chǎng)條件后，應(yīng)進(jìn)行水平排水通道砂墊層的施工。本工程砂墊層厚度為 0.8m，地基處理總面積為 315萬 m2，預(yù)計(jì)使用砂量達(dá)到 252萬 m3。由于本工程吹填粉砂的工程量大、工期緊，同時(shí)考慮泥漿泵的排距及施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，為保證吹填工期，直接使用安裝在船上的泥漿泵及大型真空泵進(jìn)行吹填砂施工。采用 600～1000t的自航駁，從砂源地把砂運(yùn)到吹砂施工現(xiàn)場(chǎng)，然后用泥漿泵及高壓水槍將粉砂吹填到位。

4 打設(shè)塑料排水板

根據(jù)交通部第一航務(wù)工程局的試驗(yàn)，真空預(yù)壓處理地基必須設(shè)置塑料排水板或砂井，否則難以奏效。塑料排水板既起著豎向排水、加快土體固結(jié)的作用，同時(shí)又起到傳遞真空度的作用。本工程的塑料排水板使用B+C型板，采用徐州生產(chǎn)的ZTG系列鋼軌式插板樁機(jī)。塑料排水板正方形布置，間距 0.8m，外露0.6m，排水板底標(biāo)高為-13.0m。在打設(shè)塑料排水板之前，首先對(duì)場(chǎng)地標(biāo)高進(jìn)行量測(cè)，計(jì)算該加固區(qū)排水板的平均板長(zhǎng)為20m。

5 開挖壓膜溝

壓膜溝開挖前用經(jīng)緯儀放線，開挖時(shí)應(yīng)保證斷面尺寸，切斷透水層，開挖深度不小于150cm并挖至不透水層頂面以下 50cm，開挖邊坡符合設(shè)計(jì)要求，宜為 2∶1。

本工程吹填區(qū)壓膜溝開挖范圍內(nèi)局部夾有粉土透鏡體，由于粉土具有透氣、透水的性質(zhì)，尤其是在內(nèi)外大氣壓力差的情況下，如果密封膜沒有埋入透氣層以下，會(huì)造成預(yù)壓區(qū)局部漏氣，真空度難以達(dá)到，進(jìn)而影響預(yù)壓效果。針對(duì)本工程的粉土層，壓膜溝開挖過程中應(yīng)采用黏土進(jìn)行換填處理，同時(shí)為了確保壓膜溝的密封性，施工中各區(qū)同時(shí)鋪膜，共同進(jìn)行壓膜溝處膜角的密封處理。

6 真空預(yù)壓施工

6.1 濾管布設(shè)

深層真空預(yù)壓的濾管采用直徑為 63mm的透水軟管，在豎向塑料排水板打設(shè)完成后，首先清理砂墊層上的石子等尖銳雜物和插板帶上來的泥漿，然后在砂墊層中開挖砂溝，濾管埋入溝深不小于 20cm，并用中粗砂回填。

6.2 密封膜鋪設(shè)

密封膜鋪設(shè)時(shí)，要順風(fēng)向把膜展開，不能完全繃緊，留有一點(diǎn)余量，展開后每層要進(jìn)行檢查修補(bǔ)，密封膜的四周均應(yīng)埋入壓膜溝內(nèi)，用黏土填溝，所填黏土要濕而軟，不能有大塊，以確保密封性。在鋪膜過程中，每隔10m放1個(gè)砂袋，壓住密封膜。

踩膜施工對(duì)于保證膜的密封效果非常重要，踩膜時(shí)，應(yīng)自一端向兩側(cè)進(jìn)行，所有人員均赤腳作業(yè)，安排專人負(fù)責(zé)質(zhì)量，保證踩膜深度，3層密封膜分 3次完成。

6.3 真空泵安裝

真空射流泵大約每1000m2布置一臺(tái)，要求功率不小于 7500W，能保證真空壓力不小于 90kPa，射流泵與濾管相連的接口距地基處理分區(qū)邊線應(yīng)不小于 5m。施工現(xiàn)場(chǎng)要有備用的真空泵，保證施工人員可以及時(shí)更換不能正常工作的真空泵，水箱底座用袋裝土墊高，使水箱進(jìn)水口和出膜口保持在同一水平面，出膜口與水箱之間用波紋管連接。

6.4 真空預(yù)壓

每個(gè)小區(qū)設(shè) 25臺(tái)真空泵，在真空泵系統(tǒng)安裝完畢后應(yīng)進(jìn)行試抽，保證正式抽氣時(shí)泵上真空度達(dá)到85kPa以上。為此應(yīng)保證抽氣持續(xù)時(shí)間及連續(xù)性符合設(shè)計(jì)要求。

真空預(yù)壓期間，監(jiān)測(cè)單位對(duì)孔隙水壓力、真空度、沉降水平位移等指標(biāo)均進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，滿足卸載標(biāo)準(zhǔn)后方可卸載。

6.5 現(xiàn)場(chǎng)整平及開挖排水溝

卸載完成后，由于各小區(qū)的沉降量大小不一，造成地勢(shì)高低不平，采用挖掘機(jī)、推土機(jī)、自卸汽車等進(jìn)行整平，并在各個(gè)小區(qū)周邊設(shè)置網(wǎng)狀排水溝，其排水能力應(yīng)滿足雨季最大徑流量，防止處理完的地塊被積水浸泡。

7 結(jié) 語

①淺層抽水固結(jié)是一種快速提高吹填淤泥承載力的有效方法，可以縮短吹填淤泥的晾曬時(shí)間。

②針對(duì)透氣層應(yīng)進(jìn)行壓膜溝處膜角的密封處理，確保壓膜溝的密封性。

③通過在密封膜上覆水，一方面增加密封膜上的荷載，另一方面可以延緩膜的老化。

④經(jīng)過本工程的施工作業(yè)實(shí)施，進(jìn)一步豐富了真空預(yù)壓施工的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)今后南港地區(qū)和其他類似軟基處理工程均具有指導(dǎo)借鑒意義。