真空預壓法在軟土地基加固中的應用

華茂明

【關鍵詞】真空預壓，軟基處理，吹填淤泥

1 概述

真空預壓加固軟土地基處理技術在水運工程中取得了廣泛應用，對緩解我國港口陸域用地緊缺，實現資源合理利用起到了重要作用。一般來說真空預壓法適用于粘性土為主的軟土地基，土體一般塑性指數不大于25，含水率不大于85%。

溫州甌飛圍墾區吹填及軟基處理工程中的道路區，加固土體主要為新吹填的淤泥，含水率超過100%，呈流塑狀態，表層承載力幾乎為零，通過正常回填形成砂墊層工作層，難度很大；另外，加固土體含水量大，工期緊，對水平排水系統效率要求很高。針對工程施工上的難點、重點，對真空預壓施工工藝進行了改進，采用了鋪設“竹架”結合水力吹填形成砂墊層的方法。同時，在工期緊張的情況下，為加快土體固結速度，增加了短塑料排水板施工。實踐表明該種工藝能夠滿足施工需求，加固效果理想。

2 工程概況

2.1 設計要求

該工程場地為圍墾淤積形成，吹填淤泥層平均厚度約3.0m。設計采用真空預壓法對地基進行處理，要求處理后0～2.0m深度內地基承載力特征值fak≥80kPa，2.0～6.0m深度范圍內地基承載力特征值fak≥60kPa。

2.2 吹填淤泥特性

吹填淤泥主要物理力學性持指標如表1所示。加固前進行的雙橋靜力觸探試驗表明，0～1.5m深度范圍內錐尖阻力為0Mpa，1.5～3.0m深度范圍內錐尖阻力約0.01～0.05Mpa。與一般的軟土相比，該吹填淤泥的含水量高，孔隙比大，液性指數大。

3 施工工藝的改進

3.1 砂墊層施工工藝的改進

在真空預壓軟基加固施工過程中，砂墊層既是水平排水通道，又是為機械施工提供作業平臺。在本工程中，由于土層表層為平均厚度3m的淤泥層，基本沒有承載力，若采用直接回填的方法，回填的砂混入淤泥中，無法形成墊層，后續施工也將無法進行。為解決這一問題，通過對比類似項目研究分析結合現場實驗，采用鋪設紡織布結合“竹排”形成第一層持力層，然后水力吹填形成砂墊層的改進方法。

具體做法：在淤泥面上鋪設一層紡織布，再鋪一層竹架，最后在竹架上再鋪一層紡織布，利用紡織布的抗拉性和竹架的整體剛度在地表形成持力層。竹架用竹竿綁扎而成，竹竿直徑不小于4cm。如下圖所示，呈正方形鋪設，竹竿之間的距離為50cm，采用建筑專用的繃帶綁扎，形成網格狀的竹架。

3.2 增加插設短塑料排水板，加快固結速度

本工程中，排水板間距為0.9m，正方形布置，打設深度約7m。考慮到表層3m范圍內新吹填的淤泥含水率超過100%，含水量較大，為提高排水系統效率，加快土體固結速度，在該范圍內，在相鄰四根排水板中間位置補插一根短板，板長約3.5m，短板與相鄰濾管綁扎。水平排水通道布置成環形閉合回路。

4 施工過程控制

4.1 竹架施工過程控制

竹架施工質量直接關系到后續施工的成敗，對做好竹架施工的過程控制，應著重做好以下幾點：

（1）嚴格原材料的控制

竹竿宜采用已風干的竹子，不宜使用剛砍伐的青竹。使用前需除去竹子前部較細部分，保證直徑不小于4cm。竹子本身無裂痕。紡織布及扎帶應經過檢驗，滿足設計受力指標要求后方可使用。

（2）嚴格控制綁扎間距

相鄰竹竿間距不大于50cm，個別特別軟弱地區或施工設備集中處，可適當減小間距，提高承載力。

4.2 水力吹填砂墊層施工過程控制

竹架施工完成后，采用水力吹填鋪設砂墊層，為保證施工安全和施工質量，水力吹填過程中應做好以下幾點的控制：

（1）水力吹填功率不宜太大，宜采用小功率的泥漿泵分多個工作面同時進行，避免局部荷載過大，破壞竹架。

（2）吹砂時需頻繁擺動吹砂管，避免吹砂管長時間在同一位置作業，均勻鋪設。

（3）為防止砂粒流入相鄰地塊，在竹架上鋪設第二層紡織布時，紡織布周邊加寬0.5m，并用竹竿在道路區邊界將紡織布按一定間距支起，形成一道防護墻，既不影響砂墊層的泌水過程，也能防止砂粒流出道路區。

4.3 真空預壓施工過程控制

（1）試抽真空前，輪換開啟設備，檢查每臺設備的性能，抽真空設備是否有漏水漏氣現象，設備需要更換的及時更換。

（2）試抽真空期間，排查膜面是否存在漏氣處，特別是三通、四通以及設備連接處是否有破損與漏氣現象，發現問題及時修補處理。實踐表明，在抽真空的壓力上升階段最容易出現破膜漏氣現象，待真空度達到80kPa以上并持續一段時間后，經過前期的維護，后期抽真空期間出現的漏水漏氣現象會大大減少。

（3）抽真空期間，真空度達到80kPa以上并持續一段時間后開始膜面覆水，應配備人員24小時在現場值班，保證抽真空系統工作正常。

（4）抽真空期間，現場值班人員須經常觀察并記錄真空度變化情況，發現膜下真空度下降時，應檢查、發現并修補好漏洞，若泵上真空度明顯下降，則應對真空泵及水箱進行檢修。

5 加固效果分析

本工程0-2m深度范圍內地基承載力通過表層載荷板試驗進行檢測，2-6m嘗試范圍內地基承載力通過取土進行土工試驗參數換算地基承載力進行檢測。

5.1 土工試驗

該區取2組土樣，每組在同一孔內在深度2m-6m深度范圍內取土，每米取一個土樣，每孔取4個土樣。得到土工試驗參數后，計算地基承載力的方法有兩種，一種是根據土樣的含水率與塑性指數用查表法確定地基承載力；一種是根據土體的重試以及土體的強度指標利用理論公式計算確定。取兩種方法所得地基承載力的平均值作為該區2-6m深度范圍內的地基承載力特征值。

（1） 查表法確定地基承載力：

根據《港口工程地質勘查規范》，利用含水量和塑性指數查表計算可得加固后地基容許承載力，由各組土工試驗參數計算地基承載力的結果基本上介于80-90kPa之間，結果大于設計要求的60kPa。

（2）理論公式計算法確定地基承載力：

按照《工程地質手冊》中的臨塑壓力計算公式計算，承載力均超過60kPa，也達到了設計要求。

5.2 載荷板試驗

采用鋼板的尺寸為707mm×707mm，面積0.5m2，分10級加載，每級加載量20kPa，分5級卸載，每級卸載量40kPa。受檢的p-s曲線在加載至200kPa前，曲線基本平滑，受檢點總沉降量為12.12mm；卸載后，受檢點最大回彈量為2.59mm。同時，從該受檢點的s-lgt曲線上分析，加載至200kPa時，各級曲線基本平直，曲線間距基本呈微量增加態勢，但各級荷載作用下的沉降均能在較短時間內達到穩定。

6 結語

該工程中新吹填淤泥的含水量高，孔隙比大，液性指數大，淤泥呈流動狀，幾乎沒有承載力，經過真空預壓法進行處理，土體各項指標均達到設計要求，加固效果明顯。說明本工程采用的真空預壓地基處理的工藝能達到良好的效果，能在較短時間內形成較高的土體承載力，解決了本工程的施工難點，工藝可靠性強，可以廣泛推廣應用于同類工程。

參考文獻：

1、《工程地質手冊》，中國建筑工業出版社，2007；

2、《港口工程地質勘察規范》（JTJ240-97），人民交通出版社，1997；

3、《真空預壓加固軟土地基技術規程》（JTS147-2-2009），人民交通出版社，2009；

4、《地基處理加固新技術》，葉觀寶，機械工業出版社，2002。