氣壓劈裂真空預(yù)壓法施工工藝的探討

邵伯賢

摘 要：氣壓劈裂真空預(yù)壓法是一種地基處理方法，適用于軟土地基的處理，文章主要闡述氣壓劈裂真空預(yù)壓法在實(shí)際施工應(yīng)用中工藝的控制，為新型的軟基處理推廣應(yīng)用提供成熟的施工工藝和操作方法用于參考。

關(guān)鍵詞：工藝流程；氣壓劈裂真空預(yù)壓法；施工工藝

1 施工流程

（1）平整場(chǎng)地，調(diào)拱（1%～2%）；（2）鋪設(shè)砂墊層20cm；（3）打設(shè)塑料排水板。按正三角形布置，間距1.2m，板長(zhǎng)20m（暫定），塑料排水板在砂墊層面上外露20cm；（4）打設(shè)噴氣管。按正三角形布置，間距4.8m，管長(zhǎng)12m、14m、16m和18m，外露60cm；（5）埋設(shè)真空度測(cè)頭；（6）鋪設(shè)噴氣管路和抽真空管路；（7）安裝噴氣設(shè)備，試噴、檢查，進(jìn)行抽真空前的氣壓劈裂試施工；（8）鋪設(shè)剩余15cm砂墊層，在砂墊層頂部鋪設(shè)一層無紡?fù)凉げ?；?）挖密封溝、鋪密封膜、回填密封溝、安裝噴氣和抽真空設(shè)備；（10）安放地表沉降，試抽氣、檢查、正式噴氣和抽真空；（11）真空度達(dá)到80kPa負(fù)壓，起算預(yù)壓時(shí)間，達(dá)80kPa負(fù)壓后7天進(jìn)行聯(lián)合堆載，堆載前在真空膜上鋪一層無紡?fù)凉げ肌＞S持80kPa至滿足卸載時(shí)要求的固結(jié)度條件為止；（12）根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行加固后效果檢驗(yàn)。施工工藝流程圖見表1。

2 施工工藝及質(zhì)量要求

2.1 砂墊層

整平地表調(diào)拱（1%～2%）以后鋪設(shè)砂墊層。砂墊層采用中、粗砂，泥質(zhì)等雜質(zhì)的含量應(yīng)小于5%，現(xiàn)場(chǎng)干密度≥16kN/m3，嚴(yán)禁砂中混有尖石、鐵器等利刃硬物，發(fā)現(xiàn)后必須清除。氣壓劈裂真空預(yù)壓法砂墊層鋪設(shè)厚度為35cm，分兩次鋪設(shè)，打設(shè)塑料排水板前鋪設(shè)20cm，打設(shè)塑料排水板、抽真空及注氣管路鋪設(shè)完畢后再鋪設(shè)剩余的15cm。砂墊層厚度容許偏差分別為3cm，每100m2一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。砂墊層施工可以采用機(jī)械施工法及人工鋪設(shè)法。砂墊層采用中、粗砂，其級(jí)配良好，無雜質(zhì)，含泥量小于5%，干密度大于16kN/m3。

2.2 插塑料排水板

氣壓劈裂真空預(yù)壓法處理段的塑料排水板均按正三角形布置，間距1.2m。板位偏差不得大于5cm。排水板宜選用濾膜連接為膠粘式槽型塑料排水板，本次地基處理加固選用C型排水板。（見表2）

排水板的外露長(zhǎng)度不小于20cm，經(jīng)監(jiān)理工程師驗(yàn)收合格后，將其埋入砂墊層中。塑料排水板接長(zhǎng)時(shí)需將待接排水板的濾膜完整地剝開，將板芯對(duì)插搭接，搭接長(zhǎng)度不小于300mm，再將濾膜包好、裹緊后，用大號(hào)釘書釘釘接。排水板施插垂直度控制在1.5%以內(nèi)。施工時(shí)回帶長(zhǎng)度不可超過0.5m，否則在該板位旁450mm內(nèi)重新補(bǔ)插一根。回帶排水板根數(shù)不應(yīng)超過打設(shè)總根數(shù)的5%。打設(shè)塑料排水板時(shí)，嚴(yán)禁出現(xiàn)扭結(jié)，斷裂和撕破濾膜等現(xiàn)象。當(dāng)一個(gè)施工段落施工完后，應(yīng)及時(shí)將打設(shè)塑料排水板時(shí)形成的孔洞用砂填好。

2.3 噴氣系統(tǒng)

注氣孔采用正三角形布置，間距4.8m。噴氣孔深度分別為12m、14m、16m、18m。注氣塑料管選用直徑25.4mm，壁厚3mm，壓力大于1MPa。打設(shè)注氣塑料管的設(shè)備與打設(shè)塑料排水板的設(shè)備相同，施工工藝相同。在打設(shè)注氣塑料管的期間，要注意不能將已施工完的塑料排水板破壞掉。注氣塑料管打設(shè)完畢后，在20cm砂墊層上鋪設(shè)注氣系統(tǒng)的支管和干管，施工時(shí)，要認(rèn)真、仔細(xì)，確保每個(gè)接頭都不能漏氣。在整個(gè)注氣系統(tǒng)管路安裝完畢后，要進(jìn)行試壓，檢查注氣系統(tǒng)是否有漏氣現(xiàn)象。在確保沒有漏氣情況下，先進(jìn)行氣壓劈裂試施工。注氣的施工順序?yàn)椋菏紫葘?duì)各個(gè)區(qū)域的深度為18m的注氣管進(jìn)行噴氣，噴氣時(shí)間為10min，然后深度分別是16m、14m、12m，噴氣時(shí)間相同。在這一輪噴氣結(jié)束后，間隔4h進(jìn)行下一輪噴氣施工。每一輪的噴氣時(shí)間、間隔時(shí)間及整個(gè)持續(xù)時(shí)間要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)的監(jiān)測(cè)結(jié)果，特別是砂墊層表面出氣和出水情況、孔壓變化等進(jìn)行調(diào)整。噴氣完成后進(jìn)行預(yù)壓系統(tǒng)的設(shè)置。

2.4 真空預(yù)壓

2.4.1 開挖密封溝

按設(shè)計(jì)要求在抽真空區(qū)域四周開挖密封溝，密封溝采用素粘土，分層壓密。

2.4.2 鋪設(shè)抽真空管路

真空傳遞濾管采用PVC塑料管，壁厚≥1.2mm，濾管布置間距不大于6.5m。濾管：采用￠76mm高強(qiáng)度PVC管，在其上鉆￠8mm花孔，然后用80g無紡布加工成￠80mm袋狀，將濾管套上并綁緊。干管：采用￠76mm高強(qiáng)度PVC管。

2.4.3 鋪設(shè)密封膜

真空預(yù)壓密封膜采用2層聚乙烯（或聚氯乙烯）薄膜，厚度要求大于0.14mm。為防止塑料排水板和砂墊層的硬物將密封膜刺壞，鋪膜前，在砂墊層上鋪設(shè)一層針刺無紡布（250kg/m2）。

2.4.4 出膜裝置

按800～1000m2要求安裝1個(gè)出膜裝置。

2.4.5 真空射流泵系統(tǒng)

按800～1000m2要求安裝1個(gè)真空射流泵。所有管路宜埋于砂墊層頂面下約15cm深，膜下真空度觀測(cè)表埋設(shè)于具代表性的兩濾管平行距離的中間，按約每800平方米一個(gè)點(diǎn)排布，嚴(yán)禁將膜下真空度采集端頭埋入濾管或主管內(nèi)。試抽真空并檢查是否漏氣。試抽時(shí)在膜面、密封溝和出膜裝置處仔細(xì)檢查有無漏氣處，發(fā)現(xiàn)后應(yīng)及時(shí)補(bǔ)好。在布設(shè)沉降標(biāo)時(shí)，應(yīng)在沉降標(biāo)的底部鋪一塊針刺無紡布，防止將密封膜損壞。在進(jìn)行氣壓劈裂真空預(yù)壓法區(qū)域時(shí)，抽真空初期每4個(gè)小時(shí)注氣1次，注氣壓力為0.5MPa，注氣的施工順序?yàn)椋菏紫葘?duì)各個(gè)區(qū)域的深度為18m的注氣管進(jìn)行噴氣，噴氣時(shí)間為10min，然后深度分別是16m、14m、12m，噴氣時(shí)間相同。然后開始抽真空。在抽真空中后期，每一輪的噴氣時(shí)間、間隔時(shí)間要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)的監(jiān)測(cè)結(jié)果，特別是砂墊層表面出氣和出水情況、孔壓變化和真空度等進(jìn)行調(diào)整。

2.5 聯(lián)合堆載

氣壓劈裂真空預(yù)壓法施工中，膜下真空度穩(wěn)定時(shí)才可以進(jìn)行路基填筑。一般要求膜下真空度到達(dá)600mmHg，相當(dāng)于80kPa的荷載后，確認(rèn)膜上無漏氣孔洞后，再進(jìn)行上層堆載施工。為保護(hù)真空膜，堆載前需在真空預(yù)壓膜面上鋪一層土工布，材質(zhì)選用裂膜絲機(jī)織土工布，規(guī)格類型見表3：

表3

土工布拼接應(yīng)采用工業(yè)縫紉機(jī)縫合，縫合尼龍線強(qiáng)度≥150N，采用包縫或丁縫。在填筑前要對(duì)沉降標(biāo)進(jìn)行一次測(cè)量，同時(shí)在填筑過程中要將沉降標(biāo)保護(hù)好，以免破壞；第一層填土厚度不宜大于30cm，要進(jìn)行人工攤鋪，在碾壓時(shí)，由輕到重多次碾壓。

2.6 卸載標(biāo)準(zhǔn)

通過實(shí)測(cè)的地基變形——時(shí)間和孔隙水壓力——時(shí)間曲線，分別推算地基的最終沉降、不同時(shí)間的固結(jié)度和孔隙水壓力消散速率（有效應(yīng)力增長(zhǎng)速率）。若滿足加固要求達(dá)到的固結(jié)度，同時(shí)滿足各區(qū)的工后殘余沉降要求，即可卸載并停止抽真空。

2.7 監(jiān)測(cè)

為監(jiān)控施工質(zhì)量，評(píng)價(jià)加固效果，設(shè)計(jì)以下監(jiān)測(cè)內(nèi)容：表層沉降標(biāo)監(jiān)測(cè)、孔隙水壓力監(jiān)測(cè)、水位監(jiān)測(cè)、分層沉降監(jiān)測(cè)、深層位移監(jiān)測(cè)、加固前后鉆孔取土、加固前后現(xiàn)場(chǎng)CPT試驗(yàn)等。

2.7.1 真空度

真空度測(cè)頭和真空表由軟管連接。在軟管跨過密封溝時(shí)，不要被折，不能絞起，更應(yīng)防止被回填土弄斷，要保證管子通暢。在每段處理區(qū)內(nèi)均布置了膜下真空度測(cè)頭，另外還在每段加固區(qū)中央附近布設(shè)一組深層真空度測(cè)頭，埋深分別為3m、6m、9m、12m、15m、18m。抽氣開始的頭幾天，每隔2h測(cè)讀一次，以便能準(zhǔn)確地測(cè)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(dá)到設(shè)計(jì)要求之后，可每4～6h測(cè)讀一次，最后繪制成膜下真空度的時(shí)間過程線。

2.7.2 表層沉降監(jiān)測(cè)

布設(shè)沉降觀測(cè)標(biāo)，沉降標(biāo)應(yīng)在插排水板前理設(shè)并記錄原始標(biāo)高。觀測(cè)誤差要求不大于2mm。觀測(cè)頻率：插板期間和抽真空初期為1次/1～2天，靜壓期和卸載期的觀測(cè)次數(shù)為1次/3天～7天，并結(jié)合具體施工情況進(jìn)行調(diào)整。臨近預(yù)壓期后期，應(yīng)根據(jù)實(shí)測(cè)沉降值，計(jì)算固結(jié)度，預(yù)測(cè)沉降趨勢(shì)，確定具體預(yù)壓卸載時(shí)間。

2.7.3 深層沉降

由于沉降板監(jiān)測(cè)結(jié)果反映的僅僅是地基面的總沉降，而各地基土層的沉降變形量無法區(qū)分開來，為了監(jiān)測(cè)各深度土層的固結(jié)、沉降情況，就必須用深層沉降儀來進(jìn)行觀測(cè)。由于該觀測(cè)項(xiàng)目具有一定的難度，埋設(shè)工作不容易做好，加上所需費(fèi)用較大，因此在每段試驗(yàn)區(qū)內(nèi)布置1個(gè)分層沉降觀測(cè)孔，孔中布置8只沉降（磁環(huán)）指示器，磁環(huán)埋設(shè)深度分別為1.3m、4.2m、7.6m、9.6m、13.6m、16m、18m、20m。在加載期間的觀測(cè)頻率為1-2次/天，預(yù)壓期的觀測(cè)次數(shù)為1次/3～7天，并結(jié)合具體施工情況進(jìn)行調(diào)整。

2.7.4 孔隙水壓力監(jiān)測(cè)

在每段真空預(yù)壓中心布置一組孔隙水壓力傳感器，推薦使用振弦式孔隙水壓力計(jì)，在插板后埋設(shè)，每組5只傳感器，各層深度傳感器均需滿足不同深度量程需要。觀測(cè)頻率：抽真空初期為1次/1～2天，靜壓期和卸載期的觀測(cè)次數(shù)為1次/3天～7天，并結(jié)合具體施工情況進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)實(shí)測(cè)的孔隙水壓力的增長(zhǎng)和消散過程，計(jì)算土體固結(jié)度和強(qiáng)度增長(zhǎng)情況。

2.7.5 測(cè)斜（深處水平位移）

由于淤泥土性極軟弱，隨著抽真空的進(jìn)行，淤泥層產(chǎn)生朝向加固區(qū)的收縮變形，為了解土體側(cè)向移動(dòng)量的大小，判斷側(cè)向移動(dòng)量度對(duì)土體垂直變形的影響；抽真空時(shí)第一周觀測(cè)頻率為1次/天，后期觀測(cè)頻率根據(jù)施工進(jìn)展情況及水平位移速率的大小作適當(dāng)調(diào)整。

2.7.6 地下水位觀測(cè)

觀測(cè)抽真空后的地下水位變化情況，確定靜水應(yīng)力，校驗(yàn)孔隙水應(yīng)力的計(jì)算。觀測(cè)時(shí)先測(cè)出觀測(cè)井孔口標(biāo)高，然后用水位計(jì)測(cè)出地下水位，從而計(jì)算出地下水位的標(biāo)高。試驗(yàn)區(qū)內(nèi)布置了1個(gè)水位觀測(cè)孔。加載期間觀測(cè)頻率為1次/天，靜壓期間為1次/3天～7天?？筛鶕?jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行調(diào)整。

2.7.7 取土鉆孔

取土鉆孔試驗(yàn)的目的是檢查加固軟土層在加固前、后的物理力學(xué)指標(biāo)，查明土體在加固過程中的排水固結(jié)和強(qiáng)度增長(zhǎng)狀況，以此與其它監(jiān)測(cè)設(shè)備所測(cè)資料相對(duì)比印證。試驗(yàn)區(qū)中心布置了2個(gè)取土孔位置，取樣測(cè)試含水量和強(qiáng)度等變化規(guī)律。

2.7.8 原位強(qiáng)度測(cè)試

為了評(píng)價(jià)整體加固效果，處理完成前后在加固區(qū)分別布置了6個(gè)點(diǎn)進(jìn)行CPT試驗(yàn)，對(duì)比加固前后地基土強(qiáng)度變化。

參考文獻(xiàn)

[1]劉松玉，韓文君，章定文，等.劈裂真空法加固軟土地基試驗(yàn)研究[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2012，4.