水下真空預壓加固軟土地基施工方法研究

焦守永　馬春生

摘要：隨著沿海灘涂的開發和港口建設向深水發展，水下真空預壓加固軟土地基技術在水下開挖工程、高樁碼頭的岸坡處理工程和防波堤工程等領域有著廣闊的應用前景和適用性。本文對水下真空預壓加固軟土地基施工方法進行了探討。

關鍵詞：水下真空預壓；軟土地基；施工方法

1 引言

目前，真空預壓法加固軟土地基技術已廣泛應用于港口、公路、水利工程等領域，取得了巨大的經濟效益和社會效益。但將該項技術拓展于水下軟基的技術研究及應用卻一直未能實現，其主要原因是水下真空預壓加固機理尚不甚清楚以及水下施工工藝存在諸多難題。筆者借鑒國內外研究經驗找出水下真空預壓技術的加固機理，并初步給出了一套適合水下真空預壓施工的施工工藝。

2 水下真空預壓加固機理

水下真空預壓實質上仍屬于排水固結法。排水固結法的機理是設置排水系統，改善排水邊界條件，縮短排水路徑，加速排水，在加壓系統作用下，孔隙水排出，孔隙水壓力降低并轉化為有效應力的增加，土體固結，消除大部分沉降而提高密實度和強度，而且卸除荷載后，雖會產生回彈，但大部分壓縮變形為不可逆的塑性變形，土體相對于加固前處于超壓密狀態，從而可有效地提高地基承載力和減少沉降量。在水下真空預壓過程中，土體中的孔隙水壓力與排水通道包括砂墊層和塑料排水板中的孔隙水壓力存在壓力差，正是在該壓力差的作用下，土體中的水得以排出，孔隙水壓力降低并轉化為有效應力的增加，從而使得土體得以固結。

水下真空預壓法是真空預壓法在水下的應用，表面上看，它與真空聯合堆載預壓法相似，其實兩者有著本質的區別，真空聯合堆載預壓法加固前后土體內的總應力發生了變化，它既增加了外荷總應力，又降低了原孔隙水壓力中的大氣壓力，從而使土體排水固結，而水下真空預壓法加固前后土體內的總應力沒有發生變化，它是靠降低原孔隙水壓力中由上覆水壓力和大氣壓力組成的初始孔隙水壓力使土體排水固結的。從這一點看，水下真空預壓的加固機理同陸上真空預壓的加固機理相似，只是真空預壓法是在總壓力不變的情況下，只降低原孔隙水壓力中的大氣壓力。

凡是能形成負壓邊界條件的軟粘土地基就可以用水下真空預壓法來加固，目前的抽真空設備在水深的條件下可以在膜下砂墊層中形成明顯的負壓邊界，加固效果顯著。該方法可用于碼頭岸坡、防波堤和圍捻等地基的加固工程，尤其是在解決用堆載預壓等方法很難解決的碼頭岸坡穩定問題，其技術優勢和經濟效益更為顯著。

3 水下真空預壓施工工藝

水下真空預壓的施工工藝同陸上相比要復雜得多，這也是水下真空預壓技術的研究進展緩慢的主要原因，我們通過長時間的研究和摸索，找出了一些水下真空預壓施工的可行的方法。水下真空預壓的施工工序和陸上真空預壓相似，主要為鋪砂墊層，打設塑料排水板、鋪設濾管、鋪膜、連接真空泵、抽真空。只是在水下真空預壓的施工過程中，各施工工序有時是穿插進行的，具體施工程序如下：

放線——測量加固區地面高程——鋪設0.5m水平排水砂墊層（中粗砂）——測砂墊層面高程圖——加固前檢驗——打設塑料排水板——埋設監測儀器——測插板后砂面高程——鋪設真空濾管、埋膜下測頭——鋪設0.5m水平排水砂墊層（中粗砂）——測砂墊層面高程圖——鋪膜——安裝射流泵——水下真空預壓——地基加固監測——停泵、卸載——測加固后地面高程——加固效果檢驗——清理現場，退場，驗收。

其中測量放線、高程測量、水上拋砂墊層、水上打設塑料排水板以及加固前后的取土檢驗等技術目前都很成熟，不再贅述，這里僅就鋪設濾管、水下鋪膜和安裝射流泵的方法進行詳細的說明。

3.1 鋪設濾管

該項施工工序施工方法同陸上施工時有所不同，濾管應采用符合設計或規范要求的內夾鉛絲的塑料管，打眼加工后，包好土工織物濾水層，捆扎結實，并使濾水層只透水小透砂。濾管連接采用膠管，膠管套入濾管約lOcm,用鉛絲綁緊，鉛絲接頭嚴禁朝上，以免扎破濾膜。濾管相交叉處采用二通、三通或四通連接。濾管根據設計要求在陸上一次綁扎成型，并接好出膜裝置的膜卜部分，出膜裝置法蘭盤的高度應高出濾管平面0. 5m }出膜裝置的孔口用民木塞塞好，既防止二次拋砂時砂粒進入出膜裝置內，又便于拋砂后尋找出膜裝置的位置)。將綁扎好的濾管按照設計要求的位置整體放在砂墊層表面上，若濾管浮力太大，司墜一些重塊固定。膜卜真空度測頭司采用孔隙水壓力傳感器代替，在需要測量膜下真空度的位置處將孔隙水壓力傳感器埋入砂墊層中，并將儀器線從加固區外引出水面并固定好。通過觀測砂墊層中孔隙水壓力的人小來確定膜下真空度。

3.2 鋪膜

該項工序最為重要，也是影響水下真空預壓效果的主要因素。鋪膜時盡量選擇無風或風力小的天氣進行，鋪膜采用平鋪膜下藝，不需開挖壓膜溝。塑料膜的鋪設范圍超出加固區邊界不少于5m，塑料膜可采用0.3mm厚的聚氯乙烯薄膜粘接而成。該塑料膜比陸上常用的塑料膜強度高，且身也不易有裂縫。整個加固區需鋪設兩層塑料膜。鋪膜過程如下：

鋪膜前應先制作一臺水下鋪膜車鋪膜車的橫滾動桿和固定橫軸之間用軸承連接，將粘界接好的塑料膜卷在水下鋪膜車的橫滾動桿上并捆扎好，用船吊將水下鋪膜車安放在需要鋪膜的起始位置。在水下將塑料膜的捆扎物去掉，用三四個人拉住塑料膜的邊緣并貼在地面上，用船拉動水下鋪膜車緩緩向前，鋪膜人員可以拿著塑料管壓在塑料膜上向前滾動，以便使塑料膜緊貼在地面上，直至這一寬條塑料膜鋪設完畢。同時對加固區邊緣外的塑料膜用砂袋壓住，以防止塑料膜被海浪卷起。每次鋪膜的寬度為30m，其長度可根據設計要求而定，如加固區的寬度較寬，可采用多次鋪膜的方法鋪完全區，兩張膜之間的搭接寬度不得小于5m。

水下鋪膜時，如果密封膜因強度不足而產生撕裂，可采取下面的措施: 在向橫滾動桿上卷密封膜時，可在膜上加上一條土工布，將土工布一并卷在橫滾動桿上。在水下鋪膜時，同時拉住密封膜和土工布，當一條密封膜鋪完后，將土工布收起，鋪下一條密封膜時可繼續使用。

3.3 安裝射流泵

射流泵宜采用立式射流泵，射流泵的的潛水泵、射流器、射流箱、與出膜裝置的連接膠管、電纜等可在陸上先連接好，然后用船吊吊到指定位置，沉入水下，在水下將連接膠管與膜下的出膜裝置連接好，射流泵接好后，就可以開泵抽氣。

另外，還有一些其它的施工方法，例如采用袋裝砂袋沖砂方案和透水塑料板方案，這兩種方案都是將第二次鋪砂墊層、埋設濾管和鋪膜結合起來的方法。

袋裝砂袋沖砂方案。將濾管和抽真空裝置的膜下部分固定好，外包砂袋，同時將密封膜包裹在沙袋外面，在打設完塑料排水板后將砂袋下沉到指定位置，從充砂口向砂袋內充砂。砂層厚度達到設計要求后將沙袋周圍多余的密封膜向四周展開，用砂袋壓住。然后將射流泵的的潛水泵、射流器、射流箱、與出膜裝置的連接膠管、電纜等可在陸上連接好，用船吊吊到指定位置，沉入水下，在水下將連接膠管與膜下的出膜裝置連接好。就可以進行抽真空施工了。該方法適用于小面積的水下真空預壓工程。

透水塑料板方案。預制空心的透水塑料板，每塊尺寸為4mX4m，塊與塊之間象兒童拼圖一樣可以拼接，并且拼接好后剛好使得板中的通水管道拼接在一起。在有的透水塑料板中嵌入出膜裝置，并使出膜裝置和管道相連，出膜裝置的法蘭盤與透水塑料板的表面在同一平面上。

結論

水下真空預壓施工技術可以解決高樁碼頭岸坡位移造成碼頭后幾排樁、梁、板變形、開裂等問題，還可解決水下開挖穩定、縮小防波堤斷面尺寸并縮短加載周期等問題，同時水下真空預壓技術還是一種文明環保的新型軟基加固技術。對水下真空預壓技術進行研究，既是市場需要，也是真空預壓技術進一步深入發展的必然。

參考文獻

[1]高志義，真空頂壓法的機理分析，巖土工程學報，2004.

[2]天津大學編著，土力學與地基，北京:人民交通出版社，1986.