EKG電滲聯合真空預壓法在某水閘軟基處理中的應用

◎陳建峰 胡蕓川 上海市水利工程集團有限公司

1.概述

軟土地基的加固處理技術是的巖土工程最重要研究方向之一。本文所述的崇明島堡鎮(zhèn)港北等四座水閘外移工程（堡鎮(zhèn)港北閘）位于崇明港沿鎮(zhèn)堡鎮(zhèn)港老閘以北約3km，北沿灘涂區(qū)域，歷史上該區(qū)域是北支三大淤積區(qū)之一，總體演變以淤積為主。地勘顯示該區(qū)域表層都是沉積的淤泥，地基承載力極低。通過綜合分析，新型EKG電滲聯合真空預壓法比較適合處理本項目場地的高塑性、低滲透性軟土。該工藝采用新型的導電塑料排水板（EKG）代替普通的金屬電極，既是排水體又是導電電極，既可作陽極又可作陰極，方便極性轉換，能消除傳統(tǒng)金屬電極在電滲過程中的酸性腐蝕問題，節(jié)能環(huán)保性好。在負壓排水聯合電滲作用下，可以加速排水固結，同時排出土顆?？紫吨械淖杂伤约叭踅Y合水，達到降低含水率，促使土體沉降變形，減少孔隙比，提高強度的目的。

新型EKG電滲聯合真空預壓法在上海市尚未見應用報道，將該方法成功應用于本工程，對于提升水利工程建設技術水平、促進新材料、新技術的推廣應用和發(fā)展進步具有重要意義。

2.EKG電滲聯合真空預壓法排水固結可行性

電滲法是將電極插進土體中，在直流電場作用下產生一種電動效應，土體中的水從陽極向陰極匯聚排出后產生土體固結，見圖1。真空預壓法通過抽真空形成負壓滲流場，通過豎向排水體將土體水從土體中排出而發(fā)生固結。所以將電滲法和真空預壓法聯合起來組合加固土體具有理論基礎。

圖1 EKG電滲法聯合真空預壓加固軟基示意圖

通過真空預壓法對排出土體孔隙自由水的作用是有效的，也受土體性質影響較大。電滲排水主要是在水力滲透和電滲透的作用下來實現的，電滲透與土顆粒大小無關，受土體性質的影響不大。電滲法既可以排出自由水，對弱結合水也有效果，適用于固結緩慢、滲透系數很低的淤泥、粘土、吹填土等。電滲法和真空預壓法聯合處理軟土地基可以揚長避短、優(yōu)勢互補，通過工藝優(yōu)化配合，實現強強聯合的功效。

3.工藝特點

排水固結周期縮短，環(huán)保性好，場地要求低，EKG電滲板電極材料生產工藝復雜，價格略高。

4.應用實例

4.1 場地工程地質

本工程場地自然標高為+3.6～+4.0 m,閘室開挖底高程為-2.25m?；榆浲脸尸F典型的軟黏土特性，基坑待處理區(qū)域已經完成了水閘樁基施工（原樁基平臺的場地處理是在灘涂上采用1m厚充砂管袋加30cm道渣結構）?；娱_挖前地面高程約3.8m，目前已進行閘室部分區(qū)域基坑開挖，已開挖區(qū)邊坡坡度約為1:8-1:10，基坑開挖無法滿足1:3邊坡設計要求。

基坑亟需進行軟土地基加固處理，即對基坑軟土進行大面積、整體性處理，促使土體快速排水固結，降低含水率，減少孔隙比，提高密實性和強度，降低靈敏度，以滿足后期正常的放坡開挖施工要求。

4.2 EKG電滲聯合真空預壓法方案設計與施工

1）方案設計。

由于目前基坑呈漏斗狀，中部低高程約為0.5m，四周高約為3.8m，平均高程約為2.0m。排水板施工前放樣出管樁及三軸攪拌樁樁位，施工時避開現有樁基所在位置?；榆浲撂幚砻娣e約為12000m（長度120m，寬度100m），場地劃分為12分單元進行固化。處理平均深度為7.0m，處理-5.0m高程以上軟土?，F場共布置真空泵12臺，專用電滲電源設備1套，橫剖面設計見圖2。

圖2 EKG電滲聯合真空預壓法橫剖面設計圖

豎向排水系統(tǒng)：采用EKG電滲板和B型塑料排水板結合，正方形間隔插設，間距0.7m，板體平均長度約7.4m（其中入土深度約7m，外露長度約0.4m，實際入土深度控制在板底端距離下臥②3砂質粉土層頂面約0.5m處，即按底高程-5.0m進行排水板插設）。

水平排水系統(tǒng)：采用Φ40mm的波紋管作為排水支管，每排外露板體與波紋管纏繞綁扎牢固。水平波紋管排距1.4m。排水支管通過接頭與主管連接，主管通過出膜裝置與真空泵連接。

電滲設備：專用電滲電源設備通過主導線連接6個集線箱，每個集線箱接14根電滲支線（7組回路）,每根線連接150根電滲板。

場地覆蓋與密封系統(tǒng)：采用兩布兩膜，場地平整后先鋪設一層土工布（450g/m）進行插板施工，管路連接完成后再鋪設一層土工布和兩層密封膜。在真空膜外部及內部一圈分別設置密封溝，密封溝深度1.8m，寬1.8m，邊坡采用1:1放坡開挖。

2）施工工藝流程。

整理場地→鋪編織布→插導電塑料排水板管及普通排水板→清理場地→布水平管→連接排水板與水平營并包裹接頭→布置導線→布直流電源→測式電路→埋檢測設備→鋪土工布、真空膜→挖密封溝、壓膜→布置連接真空泵→布置沉降標→抽真空、開電滲→驗收、檢測。

3）施工要點。

①鋪設泥面土工布，人工攤鋪，布面平整，適當留有變形余量。鋪設人員穿戴不損傷土工布的工作鞋。

②插設豎向排水體。采用輕型專用插板機械打設普通塑料排水板（B型排水板）和EKG電滲板，排水板嚴防出現扭結、斷裂、撕裂濾膜等現象，插板過程中應嚴格控制回帶現象，回帶長度應小于0.5米。

鋪設水平排水管路，將排水支管與排水板和電滲板纏繞綁扎連接，連接部位應外包一層土工布后用鋼絲綁扎牢固。

③連接導線和電滲板，將導電塑料排水板與導線連接，先用絕緣級自粘帶，拉伸后纏繞接頭處，再用防水膠帶包裹。將所有同極性的導線匯集并從場地中引出與電源接出線連接。

④抽真空，自動開啟電滲控制。抽真空一周左右，膜下真空度持續(xù)上升并穩(wěn)定在80kPa以上。

通電運行是EKG電滲聯合真空預壓工藝的重點，在通電運行過程中需經過大量的試驗調試，充分考慮土體土質、含水率、地下障礙物、金屬等的影響，根據不同地下情況進行通電分區(qū)，在不同分區(qū)采用適宜的通電參數，保證電滲的效果。

⑤定期檢查通電系統(tǒng)、密封系統(tǒng)，發(fā)現斷電、漏氣問題及時處理。

⑥停泵卸載；抽真空持續(xù)2個月左右，膜下真空度不低于80kPa，孔隙水壓力的增長消散狀態(tài)明顯；地表沉降曲線明顯收斂。

4.3 效果檢測

在處理區(qū)域內布置監(jiān)測斷面和埋設監(jiān)測儀器，對加固區(qū)的地表沉降、膜下真空度、孔壓等變化規(guī)律進行現場觀測，繪制相關變化過程曲線，對監(jiān)測數據進行統(tǒng)計整理和計算。卸載后進行現場鉆孔取樣和室內土工試驗、十字板剪切試驗，根據對比分析地基土的含水率、孔隙比、壓縮系數、抗剪強度等主要物理力學性質指標，并結合現場監(jiān)測結果綜合分析評價施工質量和處理效果。

5.加固效果

本次軟基處理施工期為20天，有效降水運行期為70天，根據運行監(jiān)測記錄（表1），本工程總出水量約為4000m，月初開始抽真空降水，月底完成通電調試開始全面通電，截止全面通電前出水量約為3200m，占總出水量80%。根據取芯檢測、沉降觀測及實際開挖情況，EKG電滲聯合真空預壓法對軟土地基處理有良好效果。

表1 電滲聯合真空預壓軟土處理前后土工試驗數據對比表

（1）根據檢測結果顯示軟土各項指標都獲得明顯改善：經過處理后，①3-1土層含水率從42.2%下降至28.1%（表層），①3-2層含水率從45.7%下降至34.2%，含水率降低明顯。

（2）地表沉降量基本滿足方案設計要求，根據方案設計，最終沉降量為47.9cm，實際沉降量施工期為10.0cm，運行期最大為35.8cm，合計沉降45.8cm(如圖3）。

圖3 預壓運行期沉降觀測

（3）根據處理完成后基坑開挖實際情況分析，處理前基坑土體呈流塑狀，開挖邊坡無法成型，基坑承載力差，常規(guī)挖機、樁基等設備均無法在場地上作業(yè)。經處理后，基坑土體全部固結，開挖成硬塑，局部為軟塑狀，開挖邊坡可按1:1至1:3成型，邊坡穩(wěn)定性良好，挖機等設備在處理后基礎上可直接行走作業(yè)，車轍深度約為10cm，基礎承載力大幅提升（如圖4）。

圖4 處理前后基坑開挖情況

EKG電滲聯合真空預壓法和傳統(tǒng)真空預壓法相比，可縮短工期3個月，可為水閘提早運營爭取有利條件，亦可保障崇明島除澇安全，減輕區(qū)域澇災損失。EKG電滲聯合真空預壓法將塑料排水板替換為了EKG電動排水板，由于EKG排水板成本較高，在方案設計中采用EKG電滲板與普通排水板交替間隔使用的方案，大大降低了整體的處理成本，降低成本100元/m。將EKG電滲板與普通板交替使用，能充分發(fā)揮塑料排水板在排除土體自由水方面的優(yōu)勢，同時提高方案的經濟性。

6.結論

綜上所述，EKG電滲聯合真空預壓法可以用來處理滲透系數低的軟土地基。也可以用來促進軟土地基的快速脫水和快速沉降，一般在 80天內出效果，加固后軟土地基各項指標都能獲得較大程度的提高。通過采用科學、合理的方案設計與施工，本工程采用EKG電滲聯合真空預壓工藝對水閘軟土地基成功應用，具有顯著的社會與經濟效益，成功經驗可以為上海地區(qū)類似工程提供參考，該工藝在上海地區(qū)軟土地基處理方面具備推廣價值。