大面積陸域形成后的真空預(yù)壓典型施工要點分析

陳廣清

（福建省交通建設(shè)工程監(jiān)理咨詢有限公司，福建福州 350001）

0 引言

對于碼頭工程陸域和吹填造地等大面積陸域形成后的軟基處理，由于各種項目土質(zhì)不同、施工工況不同、采用的施工工藝不同，因此軟基處理具有形式多樣性和不確定性的特點。在大面積開展真空預(yù)壓前需要進行典型施工，在典型施工中確定真空預(yù)壓所使用的設(shè)備和工藝的可行性，明確各項施工參數(shù)，驗證施工方法和質(zhì)量安全保障措施，確保在大面積施工時不會出現(xiàn)異常情況，實現(xiàn)預(yù)期的地基處理效果。由此可見，真空預(yù)壓典型施工作為普遍采用的方法，具有較突出的研究價值。

1 工程概述

1.1 工程概況

某碼頭后方工程陸域形成后采用真空預(yù)壓形式進行軟基處理，陸域疏浚土來自基槽與港池開挖的淤泥，開挖土質(zhì)以粉質(zhì)黏土和硬黏土為主，為加快工程施工進度，不設(shè)置落淤晾曬階段，吹填后直接進行軟基處理施工，淺層抽真空后，再進行回填砂作業(yè)，回填砂采用振動碾壓方式整平密實，最后整平至交地標(biāo)高，交地標(biāo)高為+4.15m。

1.2 地基處理要求及卸載標(biāo)準(zhǔn)

第一，吹填疏浚土區(qū)域地基處理深度范圍為4～5m（不落淤高度），表層地基承載力特征值不小于50kPa。第二，按實測沉降曲線推算的固結(jié)度大于80%，連續(xù)10d 實測沉降速率不大于1.5mm/d，方可停泵卸載。

2 真空預(yù)壓施工流程

鋪設(shè)砂墊層—打設(shè)塑料排水板或者砂井—鋪設(shè)排水管系、安裝射流泵及出膜裝置—挖密封溝—鋪膜、覆水—抽氣—卸載—驗收。

3 典型施工目的

為了應(yīng)付不同的土質(zhì)和工況，在大面積開展真空預(yù)壓施工前開展典型施工，對采用的施工設(shè)備、材料、工藝、方法及輔助措施等能否滿足地基處理要求、實現(xiàn)真空預(yù)壓指標(biāo)進行驗證。

由于該項目吹填土質(zhì)變化大，局部填土含有較高的砂土、黏土，且原灘涂泥面上存在較多海蠣石等雜物，因此現(xiàn)場施工結(jié)合吹填土質(zhì)及場地實際情況，對黏土攪拌密封墻閉氣措施等進行調(diào)整。

為了驗證調(diào)整和優(yōu)化后的施工工藝及參數(shù)對地基處理的有效性，用以指導(dǎo)大面積施工，確保該工程軟基處理施工質(zhì)量和安全，在大面積施工前，選取具有代表性的區(qū)域開展典型施工，通過該次典型施工預(yù)期達到如下目的。

第一，驗證導(dǎo)管高壓注漿密封墻的閉氣效果。

第二，針對實際吹填的土質(zhì)，驗證確定最優(yōu)的排水板插板工藝，確保工程質(zhì)量。

第三，根據(jù)典型施工效果，調(diào)整施工工藝和明確施工參數(shù)[1]。

4 典型施工區(qū)域選擇

典型施工區(qū)域的選擇必須具備足夠的代表性，同時應(yīng)兼顧施工便捷性和方便開展實時施工記錄。

該項目根據(jù)現(xiàn)場實際情況，劃定基本涵蓋了該工程地基處理的所有情況且具有代表性的區(qū)域開展典型施工，選定后明確典型區(qū)域施工面積、塑料排水板打設(shè)總長度、典型施工區(qū)域坐標(biāo)，并在施工圖上明確標(biāo)注。

5 典型施工區(qū)域施工機械設(shè)備的選擇及材料要求

5.1 施工機械設(shè)備選用

典型施工區(qū)域施工設(shè)備的選擇必須與正式大面積施工的設(shè)備保持一致，若有設(shè)備組合時，應(yīng)組合使用，充分檢驗各型設(shè)備的可靠性和施工效果，所有設(shè)備進場后應(yīng)進行檢查和驗收，合格后才能投入使用。

該項目典型施工的關(guān)鍵設(shè)備是真空泵，由于真空預(yù)壓工藝需要抽取地基中的水和氣體，同時也帶出少量土顆粒，如果不采取分離措施，水泵循環(huán)時抽取的空氣過多必然會影響設(shè)備的效率和壽命，施工過程根據(jù)設(shè)計要求選用水汽分離式真空預(yù)壓泵ZKJ98/BV-7.5，葉輪采用不銹鋼材質(zhì)[2]。

具體參數(shù)：抽氣量達到45m3/h；真空度為0.096MPa；總功率為13kW。

5.2 材料要求

典型施工所用材料應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)設(shè)計要求進行選擇，且必須經(jīng)過進場抽樣檢驗，合格后才能投入使用。

該項目主要材料的要求如下：第一，無紡?fù)凉げ?，密封膜的保護層，采用300g/m2的短纖針刺非織造土工布。第二，密封膜采用聚氯乙烯薄膜，其技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 密封膜技術(shù)指標(biāo)表

6 典型施工要點

6.1 真空預(yù)壓典型施工流程圖

典型施工準(zhǔn)備—測量控制—施工通道架設(shè)—鋪設(shè)編織土工布—打設(shè)排水通道—密封墻施工—濾管的安裝—埋設(shè)膜下測頭—鋪設(shè)密封膜保護土工布—壓膜密封溝施工—鋪設(shè)密封膜—踩膜密封—埋設(shè)沉降盤及壓力監(jiān)測設(shè)備等—安裝水氣分離罐—布設(shè)電網(wǎng)—真空預(yù)壓抽氣—抽真空維護—監(jiān)測與記錄—驗收與總結(jié)。

6.2 測量控制

應(yīng)準(zhǔn)確測量典型施工的范圍、高程，現(xiàn)場應(yīng)根據(jù)要求設(shè)置測量控制點，并按要求進行復(fù)核，要求便于日常高程測量。

6.3 施工通道架設(shè)

真空預(yù)壓軟基處理多為淤泥質(zhì)土質(zhì)，人員和設(shè)備難以直接在其上通行，應(yīng)設(shè)置合理的便捷通道，該通道后續(xù)也將大范圍應(yīng)用于軟基處理場地內(nèi)，典型施工應(yīng)著重驗證通道的可行性和便捷性。

6.4 鋪設(shè)編織土工布

典型施工鋪設(shè)的編織土工布規(guī)格應(yīng)與后續(xù)大規(guī)模使用的一致，并符合設(shè)計要求。鋪設(shè)第一層土工布的作用是為了給后續(xù)人工作業(yè)提供工作面，同時，把水平的排水管路及外露的排水通道和表層泥漿隔離，確保不污染管路和排水板，并防止堵塞連接部位。典型施工中應(yīng)對鋪設(shè)位置、鋪設(shè)順序和鋪設(shè)搭接等進行檢驗，確保各項施工符合要求，并設(shè)置合理的加寬段[3]。

6.5 打設(shè)排水通道

排水通道的材質(zhì)和施工工藝是否符合大規(guī)模施工要求，是典型施工需要重點驗證的項目。典型施工的排水通道材質(zhì)及打設(shè)工藝應(yīng)與大規(guī)模使用的一致或在典型施工過程中進行優(yōu)化，使用的施打設(shè)備也應(yīng)一致或在典型施工過程中進行優(yōu)化，施打深度必須穿透軟基加固層，并做好記錄。

6.6 密封墻施工

密封墻作為真空預(yù)壓施工成敗的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，其材質(zhì)、工藝和施工措施是否能夠達到密封要求，是典型施工需要重點驗證的項目，應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計或已經(jīng)審批的方案實施，可在典型施工過程中進行優(yōu)化，確保密封墻的密封性滿足要求。

6.7 濾管安裝

典型施工濾管材料選擇應(yīng)符合設(shè)計要求并與后續(xù)大面積施工使用的一致，主管和支管的搭接形式應(yīng)在典型施工中進行驗證。

6.8 埋設(shè)膜下測頭

膜下測頭即膜下真空度測量采氣端，典型施工使用的材料和連接工藝應(yīng)符合設(shè)計要求并與大面積施工使用的一致或在典型施工過程中進行優(yōu)化。典型施工中應(yīng)對測頭的外包形式是否有效進行驗證，并按要求確保膜下真空測頭與濾管和主管分開，布設(shè)的數(shù)量和分布位置應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計或批準(zhǔn)的方案實施，真空測頭和真空表的連接方式及出膜方式也應(yīng)在典型施工中驗證，確保真空表能準(zhǔn)確反映膜下真空度[4]。

6.9 鋪設(shè)密封膜保護土工布

典型施工中鋪設(shè)土工布的主要作用是，在抽真空過程中，防止管路或排水板在真空壓力下頂破或刺破密封膜，確保真空預(yù)壓加固效果。土工布材質(zhì)應(yīng)符合設(shè)計要求并經(jīng)檢驗合格，同時應(yīng)在典型施工中驗證鋪設(shè)方式是否適宜大面積展開施工，尤其是應(yīng)根據(jù)地形和各種管路埋設(shè)的情況全面驗證并確定適宜的鋪設(shè)方向、一次鋪設(shè)的面積、鋪設(shè)的搭接方式、鋪設(shè)過程中出現(xiàn)刺破或者撕裂的修補方式等，鋪設(shè)完成后的外延預(yù)留長度和固定方式也應(yīng)在典型施工中明確。

6.10 壓膜密封溝施工

壓膜密封溝是在典型施工中應(yīng)著重驗證效果的工序，施工過程應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計或已經(jīng)批復(fù)的施工方案實施，可以在典型施工過程中進行優(yōu)化。壓膜溝應(yīng)深入不透水土層，且厚度不小于0.5m；挖溝時如遇到塑料排水板，應(yīng)將排水板沿溝邊向上插入砂墊層中，不能剪斷；開挖完成后應(yīng)清除溝內(nèi)的雜物。

6.11 鋪設(shè)密封膜

典型施工所用密封膜材料應(yīng)符合設(shè)計要求，產(chǎn)品送檢合格后才可投入使用。膜不宜拉得太緊，各處膜的松緊保持大致均勻。典型施工過程中應(yīng)驗證鋪設(shè)工藝是否符合大面積展開施工的要求。鋪設(shè)的擺放位置、鋪設(shè)方向、使用工具、一次投入人力等都要在典型施工中進行驗證。鋪膜時的防護措施也是驗證的重點，鋪設(shè)完成后應(yīng)仔細(xì)檢查，確保密封膜完好無損，若有破裂情況，應(yīng)及時修補。

6.12 踩膜密封

典型施工時應(yīng)驗證踩膜密封工藝是否符合大面積展開施工的要求，典型施工的踩膜順序必須嚴(yán)格按要求落實，踩膜過程必須分層踩膜固定，應(yīng)在第一層的踩入深度符合要求后，再踩第二層，同時每層應(yīng)從密封膜黏合處開始踩入，防止黏合處在踩膜過程中撕裂，踩膜完成后應(yīng)全面檢查。

6.13 埋設(shè)沉降盤及壓力監(jiān)測設(shè)備等

典型施工中監(jiān)測設(shè)備的埋設(shè)應(yīng)著重驗證埋設(shè)的方式和外設(shè)保護方式，確保監(jiān)測設(shè)備根據(jù)設(shè)計要求埋設(shè)到位，便于后續(xù)采集監(jiān)測數(shù)據(jù)以及維護。

6.14 安裝水氣分離罐

典型施工中選用的水氣分離罐材質(zhì)和規(guī)格應(yīng)與大規(guī)模使用的一致，并驗證其功能是否符合要求，同時，應(yīng)按要求確保水氣分離罐安裝準(zhǔn)確，進水和出膜口在一個平面，使得真空泵能發(fā)揮最大效率。

6.15 布設(shè)電網(wǎng)

典型施工中應(yīng)著重考慮電網(wǎng)布設(shè)的安全性和科學(xué)性，便于后續(xù)大規(guī)模展開施工。施工前應(yīng)有專業(yè)電力工程師進行全面規(guī)劃和驗算，并制定方案，典型施工區(qū)域內(nèi)的用電布設(shè)應(yīng)按方案執(zhí)行，并對方案進行檢驗，在確保用電安全的同時也應(yīng)著重考慮優(yōu)化用電設(shè)備投入，避免浪費，同時，典型施工也應(yīng)檢驗用電設(shè)備及電纜腳架等包裹措施，避免施工中破壞密封膜。

6.16 真空預(yù)壓抽氣

典型施工真空預(yù)壓抽氣過程是對整個系統(tǒng)的全面檢驗，當(dāng)水氣分離罐的真空度達到設(shè)計要求后，開始試抽真空，同時全面檢查密封膜和密封墻是否存在漏氣現(xiàn)象。典型施工中必須嚴(yán)格控制抽真空的速率，避免對加固區(qū)周圍土體造成瞬間破壞?？筛鶕?jù)驗算先開啟部分水氣分離罐泵，隨后逐步增加工作臺數(shù)；當(dāng)真空度達到60kPa 時，進行全面檢查，確認(rèn)無漏氣現(xiàn)象后，全部開啟抽真空設(shè)備，將膜下真空度提高到設(shè)計值。

6.17 抽真空維護

典型施工在抽真空維護期間應(yīng)著重驗證密封膜和出膜裝置的保護措施是否有效、真空泵維護措施是否可行，檢驗所有設(shè)備是否能全天候運行，保障抽真空的效率，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時分析原因，并提出優(yōu)化方案。

6.18 監(jiān)測與記錄

典型施工期間應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)設(shè)計要求開展監(jiān)測，也可加密監(jiān)測頻率，每天按規(guī)定的時間，對真空度、設(shè)備運轉(zhuǎn)情況、供電情況及其他與真空預(yù)壓有關(guān)的施工情況均進行詳細(xì)記錄，其中抽真空開始時間、膜下壓力達到設(shè)計要求值所需時間等重要節(jié)點時間應(yīng)如實詳細(xì)記錄，并做好臺賬[5]。

6.19 驗收與總結(jié)

當(dāng)膜下真空度穩(wěn)定在80kPa 以上后，根據(jù)監(jiān)測報告計算真空預(yù)壓卸載時間。同時應(yīng)對密封膜是否存在破損、排水濾管能否適應(yīng)地基變形、監(jiān)測設(shè)備的運行情況等進行全面檢查，形成總結(jié)報告，明確大規(guī)模施工的工藝、方法和質(zhì)量安全保障措施。

7 結(jié)語

真空預(yù)壓作為排水固結(jié)的常見施工方法，在水運工程行業(yè)多用于碼頭后方陸域工程和吹填造地等項目的軟基處理，在大面積開展真空預(yù)壓前需要進行典型施工，典型施工中要注重施工準(zhǔn)備、測量控制、施工通道架設(shè)、鋪設(shè)編織土工布、打設(shè)排水通道、密封墻施工、濾管安裝、埋設(shè)膜下測頭、鋪設(shè)密封膜保護土工布、壓膜密封溝施工、鋪設(shè)密封膜、踩膜密封、埋設(shè)沉降盤及壓力監(jiān)測設(shè)備等、安裝水氣分離罐、布設(shè)電網(wǎng)、真空預(yù)壓抽氣、抽真空維護、監(jiān)測與記錄、驗收與總結(jié)等要點，以保障實現(xiàn)預(yù)期的地基處理效果，提升水運工程施工水平，進而為我國水運工程行業(yè)的發(fā)展提供助力。