防洪堤軟基處理采用真空堆載預壓方法的效果

鄒如樑

(福建省水利水電工程建設公司，福州 350001)

防洪堤軟基處理采用真空堆載預壓方法的效果

鄒如樑

(福建省水利水電工程建設公司，福州 350001)

在對軟土進行處理時，真空堆載預壓法是一種常用的地基處理方法，文章以實際工程為例，對真空堆載預壓方法進行了介紹，對真空堆載預壓法的施工方法進行了探討。在采用真空堆載預壓法對軟基進行處理后取得了良好的加固效果，軟土地基的固結度達到了93%，地基承載力達到了設計要求。

防洪堤；軟基處理；真空堆載預壓；軟土地基固結強度

1 工程概況

羅源灣開發區松山片區大、小獲片防洪排澇工程(一期)位于羅源縣松山鎮，以福州臺商投資區大獲片、小獲片城市總體規劃為依據，新建堤防工程、排澇設施，為項目區提供防洪及排澇安全保障，工程防洪標準為50a一遇，排澇標準為20a一遇。

一期項目含堤防新建4686.15m，小獲閘站1座。其中小獲溪右岸防洪堤1+600-2+546及大獲溪左岸3+350-4+563采用真空堆載預壓軟基處理方法，處理面積11萬m2，劃分4個區域進行施工，分區面積一般在2.0萬-3.0萬m2。

2 真空堆載預壓法介紹

真空堆載預壓法主要由加壓系統和固結排水系統組成。在使用真空堆載預壓法對軟土地基進行加固處理時，首先要使用真空泵抽出砂墊層中的空氣，使土體的內部形成壓力差。受壓力作用的影響，軟土地基會逐步固結。

與此同時，在進行抽真空作業的同時還進行了堆載預壓，受外部荷載的影響，土體中孔隙水壓力會進一步變大，在壓力的作用下，孔隙水會經由排水通道排出，從而使土體充分壓縮固結。如圖1所示。

圖1 真空度的傳遞及滲流路徑示意圖

1)在抽真空過程中，會產生向內的收縮變形，由于真空堆載是一次性施加完成的，因此不需要擔心因土體堆載荷載過大出現失穩破壞的情況。

2)在對土體進行聯合堆載時，受真空荷載的影響土體會產生向內的收縮變形，可以將堆載過程中出現的側向擠出變形抵消掉，提升加載速度。

3)在進行真空聯合堆載時，①可以提升土體孔隙水壓力，②真空預壓會排出孔隙水，降低孔隙水壓力，因為土體固結比較快，土體強度增長比較快。

3 真空預壓方案的設計

3.1 排水設計

排水系統主要由豎向排水和橫向排水兩個部分構成，其中豎向排水主要是利用塑料排水板從豎直方向上將土體中的水排出，埋設深度一般要大于軟土層的厚度，橫向排水主要是采用通過鋪設砂墊層來達到排水目的，另外，此水平排水可以還具有傳遞真空度的目的。根據本工程的具體情況，設計塑料排水板的打設深度為20-25m。在對排水板的間隔距離進行確定時，需要綜合考慮施工工期、土體的滲透性以及加固效果[2]。結合本工程的情況，設計選用B型塑料排水板，適合處理深度為15-25m的軟土基，排水板間距為1m，按照正方形布置。排水板的性能指標如表1所示。

表1 B型塑料排水板的性能指標

3.2 真空預壓方案設計

在對真空預壓方案進行設計時，需要重點從真空抽氣過程、密封系統、膜下真空度幾個方面進行設計。一般來說可以將膜下真空度保持在80kPa。如果膜下真空度過小，則無法達到預期的設計要求，如果膜下真空度過大，會導致設備運行成本增加，結合本工程的具體情況，綜合考慮經濟效益和施工要求施工過程中膜下真空度要超過80kPa。為了保證真空預壓效果，需要合理的設計密封系統。一般來說密封系統主要由密封膜和密封溝兩部分組成。密封膜選用人工敷設的方式進行施工，為了防止密封膜后期堆載施工時被破壞，需要使用土工布鋪設在兩層密封膜之間，且第一層土方不得含有機質、石塊、或尖角狀物質等。本工程使用兩層聚氯乙烯薄膜作為密封膜。其性能指標如表2所示。密封溝主要是用于隔斷透水夾層而采取的一種密封措施，一般來說要求密封溝開挖到原狀淤泥層下≥50cm即可。

表2 密封膜技術指標

3.3 堆載預壓方案設計

一般來堆載預壓是在真空預壓加固10-15d后進行的，在施工時首先會使用寬幅聚酯長絲無紡針刺類型的土工布鋪到密封膜上。進行堆載施工時，第一層使用人工攤鋪的方法進行施工，攤鋪厚度保持在30cm左右。在進行加載時要將加載速率控制好，水平位移要控制在<5mm/d，豎向沉降要保持在<30mm/d。后續堆載施工作業可以使用機械化作業的方式進行施工。在進行堆載施工之前要注意測量沉降，并將沉降觀測標桿保護好，以便用于后期的加固分析。

4 堆載預壓各個工序的施工要點

4.1 平整場地

考慮到軟土地基在使用真空堆載預壓法進行處理后，會呈現出四周沉降量小、中間沉降量大的鍋底狀，所以在平整施工場地時，要求場地的兩側低、中間位置高。同時要將場地的塊石、浮漿、雜草等清理干凈。

4.2 鋪設砂墊層

在平整好場地后，為了便于施工機械的施工行走，需要先鋪設一層砂墊層，鋪設厚度為30cm。打設好塑料排水板后，需要再鋪設一層砂墊層作為濾管和塑料排水板的過渡層。①可以保證地下水通過塑料排水板抵達砂墊層，然后從砂墊層流至主管，最后從真空泵中排出。②真空度可以通過塑料排水板傳遞，砂墊層的鋪設厚度為60cm。

4.3 分區隔堤布設黏土密封墻

黏土密封墻主要是用于隔斷軟基處治范圍以外的氣和水，是保證膜下真空度達到設計要求的一項重要措施。如果密封墻施工質量不達標，很容易導致加固區域內側向邊界產生漏氣，耗損真空預壓能量，對膜下真空度的穩定性造成影響，繼而對軟基的加固效果產生影響[3]。在進行黏土密封墻施工時，首先要保證拌和深度可以達到要求，然后認真檢查鉆頭的直徑，保證拌和墻的寬度可以達到要求。在施工過程中遇到塊石時，為了保證樁之間的搭接質量，要根據情況移動60cm。

4.4 打設塑料排水板

在進行塑料排水板的打設施工時，要按照規范要求檢驗排水板質量，確保施工過程中使用的排水板質量均達到設計要求。為了避免排水板長期在空氣中暴露出現老化的情況，要覆蓋好排水板盤帶。在地基中打入排水板時，要保證板材不會產生扭曲，同時要防止損壞透水膜。為了防止抽出保護套管時帶出排水板，需要在板的底部進行錨固處理。搭設排水板時，要求導管的的傾斜度控制在1.0%內。

4.5 布設抽真空裝置

本工程在施工過程中，按照一臺抽真空裝置控制800-1200m2面積的原則進行布置。一般來說，在加固場地的一側布置抽真空裝置，而不能布置到兩側。這樣可以有效避免出現“奪氣”的情況。另外，在進行抽真空裝置的布設時，要預留一定數量的真空泵作為備用泵[4]。抽真空設備安裝時，高程不宜過高，循環水箱的安裝高度要和膜保持在同一平面，如此一來可以節省膜下抽水時的能耗。

4.6 鋪設第二層土工布和第一層土方

一般來說，在軟黏土當膜下真空度大于80kPa后，即可鋪設第二層土工布。在10d以后就可以進堆載預壓。當加載強度過大或者填土過高時，可以使用分級施壓的方式進行施工，并對分級施壓級數進行合理的計算[5]。一般來說可以根據沉降速率控制加載速度。實際施工時，需要注意下述幾個方面：

1)在鋪設第一層土方時，不允許破壞密封膜，宜選擇輕型運輸工具或者人工運輸的方法進行施工。

2)一邊進行堆載一邊進行檢測，保證真空度可以達到設計要求。為了保證地基的穩定性，需要將側向位移速率和沉降速率控制好。

5 加固效果分析

5.1 固結度分析

通過對軟土地基采用真空堆載預壓法處理后的沉降情況進行分析可以將土基的固結度推測出來，進而將地基的加固效果反映出來。一般來說地表沉降可以分為預壓荷載作用下產生的沉降和打設塑料排水板期間產生的沉降。在軟土地基沒有經過處理之前屬于欠固結土層，在搭設豎向排水層時，受自重和外界擠壓的影響，土體會產生沉降，使土體的固結度和壓實度提升[6]。通過對地表沉降固結度進行分析后得出的分析結果如表3所示。從表3可以看出，使用真空堆載預壓法對地基進行處理后，地表沉降量為1593-1729mm，固結度為93%，取得了良好的加固效果。軟土地基殘余沉降量為133mm，低于150mm達到了規范要求。

表3 地表沉降固結度分析

5.2 土質變化情況

軟土地基在采用真空堆載預壓法進行加固處理后，顯著降低了淤泥類土質的含水率，土層的黏聚力和壓縮模量也顯著增加。加固前土層強度范圍為12.4-32.1kPa，在使用真空聯合堆載預壓法對軟基進行加固后，土層強度范圍升高至30.4-41.5kPa，基本上所有的深度層強度都顯著增大。

6 結 論

綜上所述，本防洪堤軟基在使用真空堆載預壓法進行處理后，顯著提升了軟土地基的強度，經過預壓處理后，軟土地基的固結強度達到了93%，并且地基的承載力也顯著提升，取得了良好的加固效果，值得大力推廣和應用。

[1]王若愚.軟土地基工程特性與地基處理方法適用性討論[J].天津城市建設學院學報，2009，9(03):195-198.

[2]吳瑞卿，李定中，黃可華.塑料排水板堆載預壓法在大面積軟基處理中的應用[J].廣州建筑，2002(04):27-30.

[3]王林攀，王雷.大面積軟基處理中的排水固結法施工技術[J].公路與汽運，2007(05):107-109.

[4]夏振興.塑料排水板聯合堆載預壓法處理軟土路堤淺析[J].交通科技，2011(02):80-81.

[5]黃宗煜.低位真空預壓法在溫州圍涂造地項目工程中的應用研究[D].杭州：浙江工業大學，2011.

[6]石崢.真空預壓法在天津南港軟基處理中的應用和加固效果分析[D].天津：天津大學，2015.

1007-7596(2017)06-0082-03

2017-05-16

鄒如樑(1977-)，男，福建福州人，工程師，從事水利水電工程工作。

TV871.1

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