直排式真空預壓法加固吹填土地基的施工技術

王 文

（臺州技師學院（籌），浙江 臺州 318000）

0 引言

近年來，隨著陸地資源的日趨緊張和地基處理技術的快速發(fā)展，沿海地區(qū)廣泛使用了“吹填造地+淺層快速加固”技術，進行圍海造田，解決建設用地短缺的問題。然而，吹填土地基承載力小、工后沉降量大，無法滿足工程建設需要，必須對其進行二次加固處理。直排式真空預壓法則應運而生，由于其具有工序簡便、工期節(jié)省、成本低廉、對環(huán)境污染小等優(yōu)點，被廣泛應用于軟土地基加固［1-3］。

本文通過在建工程項目實例，研究直排式真空預壓法在大面積圍海造田軟土地基中的二次深層加固的施工技術。

1 工程概況

某工程位于浙江臺州灣新區(qū)圍海造田的陸域，項目約 18.1 萬 m2，為典型的海相沉積和早期吹填形成的軟土地基，具有高含水率、高壓縮比、高孔隙率和低透水性、低承載力等特點［4］。根據(jù)建設需求和現(xiàn)場實際情況，確定其中的 12.0 萬 m2地基采用真空預壓法進行加固處理，其余區(qū)域采用其他工藝進行加固處理（后處理）。

2 地質(zhì)條件

建設場地屬沿海海涂地貌，表部為人工吹填淤泥，經(jīng)淺層真空預壓固結處理，呈軟塑狀，地形平坦開闊，地面平均高程為 2.600 m。場地地下水水位埋深一般在0.20～0.50 m，平均水位高程 2.250 m。地基土層的主要物理力學指標如表 1 所示。

層號 巖土名稱 平均厚度/m含水率 ω/%天然重度 γ/（kN·m-3） 孔隙比 e0壓縮系數(shù) a1-2 /MPa-1壓縮模量 Es1-2/MPa固快 Ccq/kPa 固快φcq/°①1 吹填土 3.36 42.7 17.9 1.17 0.75 2.92 16.1 9.4②1 淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土 7.79 43.9 17.6 1.24 0.79 2.94 15.7 9.2②2 淤泥質(zhì)黏土 8.09 50.8 17.2 1.43 1.06 2.39 14.7 8.3②3 淤泥 8.11 53.7 16.9 1.51 1.17 3.21 14.5 8.1③1 粉質(zhì)黏土 3.84 30.9 19.1 0.879 0.38 5.6 32.2 15.7③2 黏土 9.09 37.6 18.1 1.09 0.84 3.68 21.8 8.2

3 設計要求

3.1 分區(qū)加固

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，設計將真空預壓場地分 4 個區(qū)域，編號 1～4，各分區(qū)面積約為 3 萬 m2。具體平面布置及各分區(qū)劃分情況如圖 1 所示。

圖1 地基處理平面布置圖

3.2 真空系統(tǒng)布置

1）在真空預壓地基處理區(qū)域，按每隔8 0 0～1 200 m2均勻布置一套射流真空泵的原則，共布置真空泵 121 套。

2）排水板采用可測深塑料排水板（B 型），排水板打設有效深度 15.0 m，間距 1.0 m，正方形布置。

3）抽真空期間，膜下真空度穩(wěn)定在 80 kPa 以上，真空預壓滿載時間≥120 d。

3.3 真空系統(tǒng)停泵標準

真空系統(tǒng)停泵必須同時滿足以下 3 個條件。

1）真空預壓滿載（真空度穩(wěn)定在 80 kPa 以上）持續(xù) 120 d 以上。

2）根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，真空預壓區(qū)地表平均沉降量連續(xù) 5～10 d 每天≤2 mm。

3）根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，地基土體固結度達 85 % 及以上。

3.4 施工過程監(jiān)測

施工監(jiān)測主要是為了評價地基處理工程效果。通過監(jiān)測數(shù)據(jù)，推算地基處理固結度和工后沉降量等數(shù)據(jù)，為確定卸載時間和評價地基處理效果提供依據(jù)。同時，通過地面測量，也為合理計算土石方量提供依據(jù)。本工程在施工過程中，開展了膜下真空度、地下水位、孔隙水壓力、場地沉降、周邊道路沉降和位移、土體分層沉降、深層土體位移等項目的監(jiān)測。

3.5 施工質(zhì)量檢測

1）十字板剪切強度。采用原位十字板檢測，3 m 以上≥15 kPa，3 m 以下≥10 kPa。

2）地基承載力檢測。采用平板載荷試驗檢測，地基承載力特征值≥60 kPa。

3）取樣與室內(nèi)土工試驗，土體物理力學性能指標檢測。

4 實施簡介

在場地完成三通一平并具備開工條件后，工程于2020 年 3 月 11 日開始塑料排水板插板施工，3 月 25 日開始安裝真空預壓排水系統(tǒng)，4 月 14 日開始鋪設密封膜、安裝真空泵及密封溝回填施工等工作，4 月 18 開始預抽真空，4 月 22 日開始全面抽真空（開泵率要求達到100 %，膜下真空度 80 kPa 以上），8 月 25 日真空預壓卸載，真空預壓滿載時間為 125 d。

真空預壓第三方監(jiān)測單位于 4 月 7 日進場作業(yè)，4 月 16 日完成監(jiān)測點位布置，4 月 18 日開始監(jiān)測，8 月 21 日完成全部監(jiān)測工作。真空預壓前期監(jiān)測頻率為每天一次，待地基沉降逐步趨于穩(wěn)定后，監(jiān)測頻率逐步調(diào)整至 4～5 d 一次。施工質(zhì)量檢測從 8 月 26 日開始，9 月 6 日完成工作任務。

5 施工工藝及質(zhì)量控制要點

5.1 施工工藝

清表和場地平整→鋪設編織土工布→打設可測深塑料排水板→排水板與濾管連接安裝（同時開挖密封壓膜溝）→鋪設無紡土工布→鋪設密封膜 2 層，密封膜壓入密封溝→連接主管與真空泵→真空預壓→真空泵停機卸載。

5.2 施工材料

真空預壓施工中需要的建筑材料種類較多，主要材料包括塑料排水板、密封膜（真空膜）、編織布、土工布、濾管（真空管）和蝶形接頭（四通接頭）等。

5.2.1 基本要求

所有材料必須符合施工圖設計要求及國家有關標準的規(guī)定。材料進場時，應核查材料的質(zhì)量合格證明文件（出廠合格證、使用說明書及材料性能檢測報告），對材料的品種、規(guī)格、包裝、外觀和尺寸等進行檢查驗收，并按要求進行抽樣復檢。

5.2.2 材料進場

由于加固中使用到的材料品種和數(shù)量多、占用空間大，且材料進場復驗需要一定周期，施工組織需兼顧施工進度和材料抽樣復驗檢測時間，科學制定材料進場計劃，保證材料供應不會斷貨。材料進場前，應規(guī)劃材料的堆放位置，材料進場后，分類堆放，方便使用。

5.2.3 土工布

土工布分為編織土工布和無紡土工布。其中編織土工布用于場地清表平整后鋪設，目的是為了防止施工過程中產(chǎn)生的淤泥滲入到水平濾層，同時可以提供一定的承載力，方便插板施工。編織土工布的單位質(zhì)量一般要求≥150 g/m2，其抗拉強度、斷裂伸長率和梯形撕裂強度等關鍵指標應符合相關要求。

無紡土工布在濾管安裝完畢后、密封膜鋪設前使用，主要用于隔離淤泥并保護密封膜。無紡土工布的單位質(zhì)量一般要求≥250 g/m2，其厚度、斷裂強度和斷裂伸長率等關鍵指標應符合相關要求。

5.2.4 塑料排水板

排水板采用可測深塑料排水板（B 型），方便插板深度的質(zhì)量檢查。排水板寬度為 100 mm，厚度為 4 mm，芯板必須采用純新料的聚丙烯，其濾膜為聚酯化合物，芯膜整體熱熔。塑料排水板的撕裂強度、抗拉強度、縱向通水量和等效孔徑等關鍵指標應符合相關要求。

5.2.5 密封膜（真空膜）

密封膜的質(zhì)量事關真空預壓的效果，材料要求韌性好，抗老化和抗穿刺性能強。密封膜可以采用聚乙烯或聚氯乙烯薄膜，本工程選用聚氯乙烯（PVC）密封膜，厚度為 0.12～0.14 mm，其厚度、抗拉強度和斷裂伸長率等關鍵指標應符合相關要求。

5.2.6 濾管（真空管）

真空預壓濾管應保證環(huán)剛度，確保在抽真空期間不發(fā)生扁管變形。本工程選用高強 PVC 螺旋型彈性鋼絲管。主濾管的內(nèi)徑 50 mm，壁厚≥3 mm，單位質(zhì)量≥1 000 g/m。支濾管的內(nèi)徑 25 mm，壁厚≥ 2 mm，單位質(zhì)量≥200 g/m。

5.3 施工要點

5.3.1 鋪設編織土工布

鋪設土工布（編織布）時宜由一側(cè)逐步向區(qū)內(nèi)方向進行鋪設，編織土工布搭接處應使用尼龍線進行機械縫合，縫合時應采用雙線縫合，要求無漏線、跳針等現(xiàn)象，搭接寬度不應＜100 mm。

5.3.2 排水板插板施工

1）選擇插板施工機械?？紤]到本工程地基吹填砂層較薄且“泥包”較多的特點，施工選擇最為常見的鋼軌式插板機，該機械自重較小，操作簡單，移動方便，對本場區(qū)軟土地基施工適應力較強［5］。但由于機械前進需架設鋼軌，需配備較多施工人員。

2）定位。在預先鋪設的編織土工布上，按正方形測量放樣排水板打設位置（定位水平誤差在 ±30 mm 以內(nèi)），作好標記后進行插板。插板垂直度偏差不得＞±1.5 %。

3）排水板。排水板是豎向排水的通道，也是傳遞真空度的通道，打設的間距和深度直接影響著真空預壓的效果。排水板打設深度不得小于設計深度，外露長度＞500 mm，保證與蝶形接頭有可靠連接。當插板時排水板不滿足設計長度時，不得接長，必須更換新的塑料板重新插板打設。為了保障質(zhì)量，施工現(xiàn)場應安排專人旁站，監(jiān)督檢查，及時發(fā)現(xiàn)漏打、打設深度不足、回帶嚴重、地表外露長度過短等施工質(zhì)量通病，對不符合驗收標準的，應及時在附近補打。

5.3.3 安裝真空排水系統(tǒng)。

1）排水板與支濾管。排水板與支濾管連接采用蝶形接頭，先將蝶形接頭與排水板連接，再將蝶形接頭與支濾管連接，各接頭的連接采用木工槍釘進行固定。

2）支濾管與主濾管。本工程主濾管和支濾管的內(nèi)徑不同，采用變徑三通連接支管與主管。支濾管的平行間距為 2 m，主濾管的間距視現(xiàn)場實際，一般間距不宜＞30 m，在真空預壓區(qū)域的邊緣，主濾管的間距可以適當減少。

3）主濾管與真空泵連接。主濾管通過出膜器、吸水膠管與真空泵連接，各部位的連接必須牢固可靠。安裝后須開泵測試密封性，避免發(fā)生漏氣現(xiàn)象。

5.3.4 布置密封系統(tǒng)

1）無紡土工布鋪設。在鋪設前，應該完成真空預壓監(jiān)測儀器設備的埋設和安裝工作，全面清理場地內(nèi)的硬尖物體。同時，須組織對真空預壓的排水系統(tǒng)和監(jiān)測點位安裝等工程進行驗收，合格后方可進行鋪設。鋪設無紡土工布一般采用人工滾鋪、縫合搭接的方法進行，并應考慮留置變形余量。

2）密封膜鋪設。在無紡土工布上鋪設 2 層密封膜，密封膜周邊埋入密封溝內(nèi)。密封膜應在工廠熱合一次成型，若現(xiàn)場拼接，搭接寬度≥2 m，密封膜應考慮留置變形余量。鋪膜要選擇天氣好、風力較小的白天進行，安裝人員腳著無釘軟底鞋，采用迎風鋪設，一次完成。鋪膜后須進行質(zhì)量檢查，重點檢查密封膜與真空射流泵、檢測儀器交接處連接安裝的可靠性和密封性，發(fā)現(xiàn)有破損漏氣的部位，及時進行修補處理。密封膜鋪設完成后，需要及時開啟部分射流泵吸住真空膜，以防突發(fā)大風灌入密封膜內(nèi)，造成薄膜掀翻破壞。

3）密封溝。本工程真空預壓影響深度范圍內(nèi)的土層為淤泥和黏土，場地土層未分布有砂（卵石）土層等透氣層，僅需在加固區(qū)域四周設置壓膜溝而不需要設置止水帷幕。密封溝的開挖打設深度不應＜1.5 m，寬度宜為 1.2～1.5 m，密封膜埋入密封溝的土層深度須保證在 1.0 m 以上，溝內(nèi)填土或灌水，確保密封。

5.3.5 抽真空

1）射流真空泵。本工程采用 7.5 kW 臥式泵箱式射流真空泵，整個加固區(qū)現(xiàn)場均勻布置 121 套真空泵，所有真空泵的真空計量表應進行編號。真空泵采用電纜分路饋送的方式進行配電，電纜線支架、泵箱等帶棱角的物體用土工布包裹。為保證在抽真空期間真空泵損壞時可以及時更換，施工現(xiàn)場另外配備 6 臺射流真空泵。

2）抽真空。抽真空按時間分為兩個階段。第一階段為預抽真空，目的是為了防止土粒在短時高真空壓力下形成土柱，一般可以采取控制開泵率、輪換開泵和逐漸增加開泵率等措施進行抽真空［6］，本工程采取逐漸增加開泵率的方式進行預抽真空，時間共 4 d。首先按照 30 % 開泵率要求抽真空 2 d，再按照 60 % 的開泵率要求抽真空 2 d。在預抽真空過程中，當真空壓力至 40～50 kPa，應全面檢查真空管是否漏氣。第二階段為抽真空階段，此階段開泵率要求達到 100 %，膜下真空度達到 80 kP 以上，真空預壓滿載（真空度穩(wěn)定在 80 kPa 以上）后持續(xù)時間≥120 d。

3）巡查檢查。真空系統(tǒng)運行期間，應每天巡查密封系統(tǒng)，如發(fā)現(xiàn)密封膜有破損漏氣現(xiàn)象，用濕布擦拭清潔破損部位，采用配套的密封膠，將相同備用密封膜粘貼在破損處，保證密封性。

6 加固效果

1）根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，經(jīng)過真空預壓，場地內(nèi)的最大沉降量為 941 mm，最小沉降量為 643 mm，總平均沉降量為 875 mm。根據(jù)場地沉降曲線推算，土體平均固結度為 91.8 %，最后 10 d 的沉降平均沉降速率＜2.0 mm/d，達到了設計要求。

2）根據(jù)工后取樣與室內(nèi)土工試驗，對加固前后的土體的物理力學性能指標進行比較。試驗數(shù)據(jù)表明，經(jīng)過真空預壓，②1層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土和 ②2層淤泥質(zhì)黏土的含水率分別降低了 12.98 % 和 8.86 %，孔隙比分別降低了 17.34 % 和 11.19 %，其他指標如天然重度、壓縮模量、黏聚力和內(nèi)摩擦角等指標均有所提高。土體的物理力學性能指標得到了明顯改良，加固效果顯著。

3）真空預壓完工后，還進行了十字板剪切試驗和靜荷載試驗。十字板剪切試驗按照每 6 000 m2布置 1 個檢測點的原則，共進行了 20 個孔位的試驗；靜荷載試驗共隨機選取了 6 個點位進行檢測，兩項檢測試驗結果均滿足設計要求。試驗表明，經(jīng)過真空預壓，地基承載能力有了大幅提高。

7 結語

1）在海相沉積和早期吹填形成的軟土地基，采用直排式真空預壓法進行深層加固地基，技術是可行的，其效果明顯，工藝簡便。

2）在采用直排式真空預壓法進行軟土地基加固時，施工工藝中的排水板打設、真空濾管安裝、密封膜鋪設和密封溝施工等是關鍵工序，是保障真空預壓法施工質(zhì)量和加固效果的前提和基礎。

3）在真空預壓法施工中，施工過程監(jiān)測和工后試驗檢測是必不可少的環(huán)節(jié)。監(jiān)測數(shù)據(jù)中的場地地面沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)和膜下真空度等指標，為確定卸載提供依據(jù)。通過工后的各項試驗，可以科學評價地基處理效果，確保地基處理能滿足設計要求。

4）因項目所在臺州灣區(qū)，軟土層厚度大，豎向排水板未穿透軟土層，可以對項目進行長期跟蹤觀測，取得塑料排水板真空預壓軟基處理后的場地長期沉降數(shù)據(jù)，為同類工程提供參考。Q