淺析真空預壓聯合堆載處理深淤土地基

戴亞飛 邱兆軍

(江蘇鹽城水利建設有限公司 224002)

1 工程概況

連云港連云新城位于黃海海州灣內，利用潮間帶灘涂資源進行建設，規劃總面積為4888.31hm2，其中，灘涂面積3123.71hm2，圍海造地面積1764.60hm2。海濱大道位于連云新城的臨海側，其范圍均利用原潮間帶進行吹填增高形成陸域，吹填標高為+4.60m，淤泥底標高為－17.08～－10.10m。經設計比選，采用真空預壓聯合堆載的方法對地基進行加固，加固路基寬度為54m，總面積為34.428萬m2。

根據地質勘探資料，本工程淤泥土的主要物理力學指標為:含水量74.7% ～81.4%、天然密度1.54～1.58g/cm3、天然孔隙比2.03～2.251、塑性指數26～32.1、液性指數 1.98～1.59、壓縮系數為 1.66～2.96MPa－1、壓縮模量1.66 ～1.11MPa。

在海濱大道整個工程施工之前，先進行了300m的試驗段施工，主要目的是檢驗所采用的施工設備是否滿足要求，施工工藝是否合理，并且通過試驗段確定施工所需要的相關參數，為工程的全面開工提供依據，以指導全線工程的施工。

2 真空預壓加固原理

真空預壓聯合堆載是將真空預壓和堆載預壓有機結合起來處理軟基的一種方法，它主要廣泛應用于交通、水利、工民建、港口等工程的軟土地基加固，通過工程實踐，取得了較好的效果，積累了豐富的經驗，并使得這項技術日臻成熟完善。真空預壓的基本原理是將軟基處理區域作為一個密封體，通過真空泵負壓源將土體中的孔隙水和空氣抽排出加固體，從而使土體固結，提高地基承載力。

3 工藝流程

真空預壓聯合堆載法的工藝流程為:搭設浮橋→鋪設一層180g/m2的編織布→布設縱橫間距0.6m的竹排→鋪設0.5m中粗砂墊層→插打排水板→鋪設濾管→鋪設一層200g/m2的無紡土工布→鋪設三層密封膜→開始抽真空→10天后鋪設一層200g/m2的無紡土工布→填0.4m厚粉細砂→堆載1～2m厚開山土石→抽真空165天，固結度達85%后卸載。

4 材料要求

4.1 中粗砂墊層

中粗砂墊層是指陸上施打塑料排水板的排水墊層，厚度為50cm，含泥量小于5%，砂墊層干密度大于1.5t/m3，滲透系數大于5 ×10－3cm/s。

4.2 編織布

編織布為防止密封膜被破壞而設的保護層，規格為180g/m2。

4.3 塑料排水板

塑料排水板要求采用高性能材料，板芯采用全新料聚乙烯或聚丙烯制作，齒槽必須光滑挺直，以減小排水阻力和保證通水量。濾膜必須薄而緊密，孔徑分布合理穩定，不因外力拉伸而發生變化，既能起到良好的隔土性、反濾性，又有較好的滲透性，在長期浸水條件下，濾膜不易出現分解、強度降低、排水性能變差的現象。整個復合體必須柔軟且有一定的強度，以便在地基沉降引起排水板彎曲變形時仍能正常發揮排水作用。

4.4 密封膜技術指標

密封膜技術指標表

5 地基處理施工過程

5.1 搭設浮橋、鋪設編織布

本工程土質為吹填淤泥土，施工前用塊體泡沫搭設浮橋，再利用浮橋鋪設編織布。編織布用手提縫紉機現場縫合，順道路方向依次平鋪，縫接寬度不小于20cm(見圖1)。

圖1 鋪設編織布和竹排

5.2 鋪設竹排

竹架縱橫間距為0.6m，竹子大頭與小頭相接，搭接長度不得小于1.0m，交叉點采用鐵絲現場綁扎(見圖1)。

5.3 鋪設砂墊層

砂墊層采用小型翻斗車及人工配合鋪填整平，施工過程中防止對淤泥土的過大擾動而局部擠出隆起，以免造成砂墊層與淤泥土混合或砂墊層被切斷，影響墊層的連續性和整體排水效果。砂墊層密實厚度為50cm，平整度為±5cm。

5.4 塑料排水板施工

采用輕型插板機進行施工，插板機定位時，管靴與板位標記的偏差控制在70mm內，垂直度控制在±1.5%，回帶長度不超過500mm，根數不超過打設總根數的5%。在施打塑料排水板的過程中嚴禁出現扭結、斷裂、撕破濾膜等現象。

5.5 鋪設真空濾管

真空濾管采用φ76塑料波紋管，在管壁上每隔5～8cm鉆一直徑φ5～7的小孔，制成花管，在花管的外面纏繞尼龍繩作為支撐，再包一層90g/m2的土工布作為隔土層。濾管連接采用柔性接頭并使之牢固，防止地基沉降時將其拉斷，連接長度不小于100mm。在埋設濾管時要確保濾管上的濾膜不被破損，塑料波紋管必須具有一定的強度。濾管出膜處必須保證密封效果，確保排水通暢。濾管布設完畢后，將場地中的雜物、竹桿、碎石等清理干凈，并鋪設180g/m2的編織布防護刺破塑料密封膜(見圖2)。

5.6 壓膜密封溝

壓膜密封溝超過中粗砂墊層50cm，地表處溝寬度為2m，清除溝內的砂土和石塊，鋪膜后用素黏土將溝回填至與地表齊平。

5.7 鋪設無紡土工布

無紡土工布縱橫連接采用手工縫接，二道錦綸線，縫接寬度不小于0.5mm，針腳間距不大于5mm，不得采用搭接。已鋪好的無紡土工布注意保護，禁止踐踏，并防止泥水侵入。

圖2 布置真空濾管

5.8 密封膜施工

密封膜單層厚度為0.12～0.16mm，共鋪設三層，采用聚乙烯或聚氯乙烯薄膜，分單層壓入壓膜溝底50cm以上。密封膜在工廠一次成型，順道路方向采用現場粘接，搭接寬度不小于2m。密封膜鋪設前認真清理平整砂墊層，然后按區域先后順序分層鋪設與搭接，每層膜鋪設完成后派專人檢查膜是否完好，發現有破裂處，及時用清水清洗干凈，再用膠水貼膜補好，完成后進行下道鋪設膜工作。鋪膜過程中，隨鋪隨用砂袋進行壓膜，防止風將鋪好的膜卷走撕裂，在鋪膜完成的同時安裝少量的抽真空泵將膜吸住。

5.9 設置真空泵

真空泵功率不低于7.5kW，真空壓力不小于90kPa。真空泵按900～1100m2/臺布置，本工程試驗段共布置了16臺真空泵。真空泵布設完成后，即可開始抽真空，檢驗密封情況，膜下真空度應穩定在80kPa以上(見圖3)。

5.10 堆載開山土石

當膜下真空度穩定到80kPa以后，抽真空10天左右在上部開始上載，堆載前按要求先鋪一層200g/m2無紡土工布，再鋪設40cm的粉細砂作為保護層，其容重不小于17kN/m3。在保護層鋪設完畢后，采用機械進行有序合理的堆載作業，加載時機械下方保證有足夠厚度的填料，防止機械荷載震動損壞塑料膜，避免堆載料中摻入較大石塊、鋼筋等堅硬體，防止堆載料砸破或刺破密封膜。加載速率為1m/月，直至達到設計堆載厚度(見圖4)。

圖3 安裝真空泵

圖4 堆載開山土石

5.11 真空泵運行

在滿足真空度要求的前提下，連續抽真空時間維持在165天，真空泵在抽真空過程中開泵率必須超過總數的80%。

5.12 過程監測

5.12.1 沉降觀測

本試驗段布置沉降盤8個，沉降盤為面層沉降盤，沉降標豎管的垂直偏位不大于2%。沉降盤放置后，立即進行位置和標高的聯合檢測，觀測頻率為每天1次，中后期為2～4天觀測1次。并做好記錄，繪制變形—時間關系曲線。

5.12.2 膜下真空度的監測

本試驗段布設真空壓力測點4個，埋設于相鄰兩濾管之間的砂層中。抽真空初期每隔2h測讀一次，以便準確測出真空壓力的上升過程和有利于檢查密封情況，當真空壓力達到設計要求后，可每4～6h測讀1次，最后繪制成膜下真空的時間過程線。

5.12.3 孔隙水壓力觀測

在淤泥土層內各深度按設計要求布置孔隙水壓力儀傳感器，初期每天測1次，中后期2～4天觀測1次，根據孔隙水壓力的增長和消散過程，用以計算土體固結度、強度增長、分析地基的穩定性。

5.13 卸荷

經沉降觀測，在運行180天后，連續10天實測沉降速率均不大于2mm/天;同時根據實測沉降曲線，推算本試驗段的淤泥土固結度大于85%，滿足設計要求，停泵卸荷。

6 工后檢測

本工程預壓卸載后，經連云港市建設工程質量檢測中心有限公司檢測，對加固前后土層主要物理力學性質指標比較:含水量由80%降低為35%左右;孔隙比由2.2改變為1.1左右，壓縮系數由1.83～2.96改變為0.6～0.8，這表明通過真空—堆載聯合預壓法處理地基，土體的物理力學指標得到明顯改善，地基加固效果明顯。同時靜載荷試驗地基土承載力的特征值均達80kPa，十字板剪切試驗土體抗剪強度提高到10 ～20kPa。

通過現場實際觀測試驗數據和檢測成果，本工程試驗段的地基處理全面達到設計要求，為整個工程的全面開工提供了充分的依據和成功經驗，相關試驗數據將用以指導全線工程的施工。

7 施工成果及意義

a.真空度沿塑料排水板向下傳遞及向土體中擴展，排除土體中的水分和空氣，最終使土體發生收縮變形。同時真空預壓可以一次快速施加而無須分級加載，大大節省了時間，縮短了工期。

b.真空預壓法在土體加固過程中，在真空吸力的作用下使土中的封閉氣泡排出，從而使土的滲透性提高，固結過程加快。

c.真空預壓法加固軟基，由于地基周圍的土體是向著加固區移動的，這樣有利于加固區內土體密實度的提高和地基承載力的增加。

d.真空預壓聯合堆載應用于吹填淤泥土的處理方法效果是理想的，將填筑的路堤作為堆載加以利用，不僅具有很好的加固效果，而且大大縮短了施工工期，經濟效益明顯。

1 陳順益.潮間帶水下真空預壓聯合堆載預壓軟基處理施工工藝［J］.世界橋梁，2005(04).

2 王柏歡，尹志標，陸玉琳.海堤地基真空—堆載聯合預壓有限元計算研究［J］.水利與建筑工程學報，2011(03).