真空預(yù)壓法軟基處理工程的施工技術(shù)和管理研究

韓彥豐 寇磊

摘 要：該文基于筆者多年從事真空預(yù)壓軟基工程項目的管理經(jīng)驗，以天津某項目為工程背景，詳細探討了施工準備、施工質(zhì)量控制、施工管理的思路方法，全文是筆者長期工作實踐基礎(chǔ)上的理論升華，相信對從事相關(guān)工作的同行能有所裨益。

關(guān)鍵詞：真空預(yù)壓 軟基處理 施工技術(shù) 管理

中圖分類號：TU471 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（a）-0-01

1 工程概況

1.1 地理位置

本項目位于天津某工業(yè)區(qū)內(nèi)，主要施工工藝采用“淺層抽水固結(jié)與深層真空預(yù)壓聯(lián)合處理”，淺層直排式真空預(yù)壓：膜下真空度不小于60 kPa，豎向排水通道采用塑料排水板，插入淤泥4.5 m，間距0.8 m，露出地表0.6 m，正方形布置；深層直排式真空預(yù)壓：膜下真空度不小于85 kPa，加固場地區(qū)域吹黑砂墊層，豎向排水通道采用塑料排水板，打設(shè)底標高-14.5 m，露出地表0.6 m，間距0.8 m，正方形布置。

1.2 工程地質(zhì)、水文條件

根據(jù)地質(zhì)勘察資料，施工區(qū)內(nèi)土層分布較有規(guī)律，原狀灘面以上為新吹填土層，原狀灘面自上而下主要分為四大層：第一層為海相沉積的淤泥質(zhì)粉土和淤泥質(zhì)粘土；第二層為海陸交互沉積的粉質(zhì)粘土混貝殼和粉質(zhì)粘土；第三層為河口三角洲相沉積的粉質(zhì)粘土；第四層為河口三角洲相沉積的粉沙。現(xiàn)對原狀土體各相土層按自上而下的順序描述。

2 施工準備

在施工準備階段，通過對現(xiàn)場和圖紙的仔細察看，我們對主要的工藝流程進行分析，找出對施工質(zhì)量起關(guān)鍵作用的流程—土工布、砂墊層、塑料排水板，確定作為重點管理對象。同時落實機械、設(shè)備材料的進場計劃。根據(jù)各工序特點對進場人員進行調(diào)配。加固區(qū)地表以下有約19 m 厚的淤泥和淤泥質(zhì)土，其上覆新近港池航道疏浚時吹填的淤泥質(zhì)土，呈流塑狀，是典型的深厚軟土地基。要作為堆場地基或道路路基必須進行加固處理。

3 工程技術(shù)要點

3.1 加固機理

本工程采用用直排式真空預(yù)壓法加固軟土地基，本工法遵循常規(guī)真空預(yù)壓法的加固機理，在地基上施加的不是實際重物，而是把大氣壓作為荷載。膜下架構(gòu)層中形成的真空度通過垂直排水通道逐漸向下延伸，同時真空度又由垂直排水通道向其四周的土體傳遞與擴展，引起土體中孔隙水壓力下降，形成負的超孔隙水壓力。從而使土體中孔隙中的氣體和水向垂直排水通道滲流，最后由排水通道匯集至地表被真空泵抽出。直排式真空預(yù)壓法引起土體中發(fā)生滲流是在不施加外荷載的前提下，以降低排水通道中的孔隙水壓力，使之小于土體中原有孔隙水壓力，形成滲流所需的水力梯度。

分布

從太沙基的有效應(yīng)力原理來看，直排式真空預(yù)壓法的加固過程中是在總應(yīng)力沒有增加，即（）的情況下發(fā)生的。加固過程中降低的孔隙水壓力就等于增加的有效應(yīng)力，土體就是在該有效應(yīng)力的作用下得到加固的。

從以上分析可以看出，垂直排水通道在直排式真空預(yù)壓法中，不僅起著排水通道、減少排水距離，加速土體固結(jié)的作用，而且起著傳遞真空度的作用。“預(yù)壓荷載”在這里是通過垂直排水通道向土體施加的，垂直排水通道在這里起著雙重作用。

3.2 關(guān)于側(cè)向變形

對直排式真空預(yù)壓法來說，被加固土體中A、B、C、D四點各點在加固前都處于k0應(yīng)力狀態(tài)，位于k0線上。加固過程中產(chǎn)生的附加有效應(yīng)力，也即，它們的有效應(yīng)力路徑是一條平行于軸的平行線，都位于k0線下方，說明土體加固過程中發(fā)生了側(cè)向收縮變形，沒有側(cè)向擠出的變形。因而，加固區(qū)周圍出現(xiàn)收縮裂縫，地面沒有隆起現(xiàn)象。

3.3 直排式真空預(yù)壓法的特點

（1）直排式真空預(yù)壓法與傳統(tǒng)真空預(yù)壓法相比，因其不再需要黃砂墊層，可以大量減少砂用量。這是該法與傳統(tǒng)真空預(yù)壓法相比最為突出的特點。

（2）由于直排式真空預(yù)壓法加固土體的過程中，作用于土體的總應(yīng)力并沒有增加，降低的僅僅是土體中的孔隙水壓力，而孔隙水壓力是中性應(yīng)力，是球壓力。所以不會發(fā)生剪切變形，發(fā)生的是側(cè)向收縮變形，不會產(chǎn)生側(cè)向擠出情況，僅是側(cè)向收縮。

（3）直排式真空預(yù)壓法在加固土體的過程中，在真空吸力的作用下可以使土體中的封閉氣泡排出，從而使土體的滲透性提高，加快固結(jié)速度。

4 施工質(zhì)量控制與管理

除深厚淤泥、淤泥質(zhì)土層外，場地西側(cè)還有原三期圍埝，北側(cè)有四期圍埝，均為拋石埝體，真空預(yù)壓施工周邊的邊界條件較差，施工難度較大。加強管理不只是物質(zhì)設(shè)備的合理調(diào)配，更主要是從業(yè)人員應(yīng)具備較好的技術(shù)素質(zhì)，為此我們組織參加地基處理的施工人員進行了復(fù)雜地質(zhì)與工況條件下的詳細技術(shù)交底，班前培訓(xùn)，使施工人員明確到要高質(zhì)量、高標準地完成地基處理工作，必須因地制宜，有針對性地制定相應(yīng)措施，把握好以下幾個關(guān)鍵施工工序，同時要具有高度負責的精神，投入到工作中。現(xiàn)分述如下：

4.1 加強施工管理嚴把塑料排水板打設(shè)深度關(guān)

采用塑料排水板加固地基，排水板在這里起排水通道作用，塑料排水板的設(shè)計打設(shè)深度通常要穿透軟土層，以便在真空預(yù)壓作用下軟土中的水能通過排水板排出地面，達到地基處理的目的。但該區(qū)西側(cè)及北側(cè)一定埋深有圍埝拋石體，如果塑料排水板在圍埝范圍內(nèi)打穿軟土層直接與圍埝體相連，則整個真空預(yù)壓施工將遭到致命失敗。為此，需詳細探摸，探明圍埝準確位置范圍、頂標高和坡角范圍，其具體做法如下。

（1）制定詳細的探摸方案，探摸圍埝的范圍；（2）組織施工人員進行技術(shù)交底，熟悉、掌握打設(shè)塑料排水板（尤其是圍埝范圍）的重要性；（3）根據(jù)不同板長，組織測量人員對加固區(qū)進行詳細的小區(qū)劃分，并做好明顯標識。

結(jié)果表明，打設(shè)高程符合設(shè)計要求的占99.5%，因不合格而補打的占0.5%。通過嚴格的質(zhì)量控制，優(yōu)質(zhì)高效地完成打設(shè)任務(wù)。

4.2 塑料排水板打設(shè)間距的控制

塑料排水板的排水效果與排水間距的平方成正比，排水板間距大小是根據(jù)要求的地基加固時間、固結(jié)度及工程造價等方面綜合考慮確定的，間距偏差超過允許范圍，同一區(qū)域地基的加固效果不一樣，會產(chǎn)生均勻沉降。必須嚴格控制間距偏差。

4.3 真空預(yù)壓工作中的密封質(zhì)量控制

設(shè)計要求80～90 kPa的真空壓力，必須在密封條件下才能達到。因此必須做好以下工序的質(zhì)量控制：

4.3.1 密封膜

采用聚乙烯或聚氯乙烯塑料膜，厚0.12～0.14 mm，場地整平后，選擇在無風天氣鋪膜，每鋪一層檢查是否有破損或漏洞，若發(fā)現(xiàn)問題，及時進行人工粘補，謹防漏氣。

4.3.2 密封溝（壓膜溝）

密封溝的開挖應(yīng)沿加固區(qū)邊界進行，其深度應(yīng)切斷透水層，內(nèi)外坡應(yīng)平滑無砂料存在。溝底寬應(yīng)在0.4 m以上，以保證密封膜與溝底粘土充分接觸，滿足密封要求。密封溝回填料應(yīng)為純粘土，不含雜質(zhì)，回填時應(yīng)避免回填料直接撞擊密封膜，以免擊破

漏氣。

4.3.3 加固區(qū)內(nèi)覆水

此舉有利于增加加固區(qū)密封性能，微小孔隙在負壓作用下，因水的滲入而得到充灌，使膜下密封性進一步增強。因此，在鋪膜完成后，在加固區(qū)四周填筑覆水圍埝。施工時要專人負責，防止施工過程中硬物將膜刺破。至此，加固區(qū)密封問題已經(jīng)解決，通過加壓后濾管內(nèi)的氣體連同水排出地面，膜下產(chǎn)生負壓，使膜上、下形成壓力差，同時排出的水又做為一種荷載加到密封膜上，使膜下真空度得到保障。

4.4 真空預(yù)壓施工質(zhì)量控制及效果分析

通過以上真空預(yù)壓關(guān)鍵工序的嚴格控制，施工工藝的合理利用，使地基處理取得了滿意的加固效果，工期得到了有力的保證。

4.4.1 施工工期和真空壓力

試抽真空同時仔細檢查每臺射流泵的運轉(zhuǎn)情況及薄膜的密封性，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。試抽氣時要求先分3批循環(huán)開啟真空泵，每批只開啟1/3的泵數(shù)量，每批持續(xù)時間為3 d。開啟全部真空泵，然后實施深層真空預(yù)壓處理（膜下真空壓力不小于85 kPa）的抽真空有效時間為115 d。并在滿載預(yù)壓施工期間膜下真空壓力始終保持在90 kPa以上。工期提前7 d完成，真空壓力超出設(shè)計要求5～10 kPa 以上。

4.4.2 加固效果分析

為了監(jiān)測和檢驗地基的加固效果，加固區(qū)布置了表層沉降盤、深層分層沉降儀、側(cè)斜儀、孔隙水壓力儀、水位儀、加固前后原狀土試驗、原位十字板測試等多種測試儀器和手段。從效果檢驗結(jié)論可知，地基加固效果明顯，土的物理力學(xué)性質(zhì)均有較大程度的改善。通過現(xiàn)場十字板剪切試驗，軟土的抗剪強度從25.4 kPa增長到29.5 kPa。根據(jù)十字板強度推算的地基承載力標準值為92.6 kPa，超過了設(shè)計要求的80 kPa。真空預(yù)壓各項指標均滿足并超過設(shè)計要求值，取得了滿意的加固效果。

5 結(jié)語

（1）對于深厚的超軟土地基，采用淺層抽水固結(jié)與深層真空預(yù)壓聯(lián)合處理的工藝進行加固處理是最佳選擇，可獲得事半功倍的效果。（2）本工程由于嚴格的施工管理，強化了科學(xué)技術(shù)意識，把握了關(guān)鍵工序的施工質(zhì)量，達到了加固效果優(yōu)良可靠，縮短工期和節(jié)省成本的目的。（3）本工程開創(chuàng)了在真空預(yù)壓施工區(qū)內(nèi)鋪設(shè)臨時道路作為施工便道的先河，事實證明這種方法是可行的。（4）在地下存在石壩或其他透氣性較強地層時，只要加強施工科學(xué)管理，采取必要的施工措施，也可采用真空預(yù)壓法進行軟基加固的方法處理。

參考文獻

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