新型直排式無砂墊層節能真空聯合堆載預壓加固技術

摘 要：對珠海市烽火科技項目用地基礎處理工程采用新型直排式無砂墊層節能真空聯合堆載預壓加固技術進行軟基處理施工進行了論述，再分析軟基處理區域沉降、孔隙水壓力、真空度、十字板剪切強度、鉆孔取芯及地基承載力試驗等監測數據，結果都達到了設計指標值，證明新型直排式無砂墊層節能真空聯合堆載預壓加固技術可靠、有效，并能夠取得理想的加固效果和經濟效益。

關鍵詞：新工藝；真空聯合堆載預壓；高效節能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.079

1 引言

真空聯合堆載預壓加固技術[1]作為一種近年來興起的軟基處理手段，已成為排水固結法中的重要組成，其適用范圍日益擴大，并由此產生了直排式真空預壓法、無砂墊層真空預壓法、真空聯合堆載等各種技術方法。

新型直排式無砂墊層節能真空聯合堆載預壓加固技術無需膜下砂墊層，將相鄰兩個塑料排水板端頭采用定制的蝶形接頭連接，再將蝶形接頭用真空支管串聯接入真空主、干管形成暢通的水平和垂直排水管網，不使用傳統的真空射流泵，采用節能抽真空系統將排水管網中的水排出來的施工技術。既節約資源、能源又保護了環境，同時順利的完成施工任務，達到設計加固效果，創造了經濟效益，具有極大的推廣意義。

2 工程概況

2.1 工程背景

珠海市烽火科技項目用地基礎處理工程位于珠海市高欄港經濟區，施工場地表層主要為人工吹填的淤泥，平均標高約2.50m，采用新型直排式無砂墊層節能真空聯合堆載預壓加固技術進行加固處理。本文所研究的工程實例為A區（1A、2A區）和B區（1B、2B區），真空堆載預壓處理面積共計15.7014萬m2。

2.2 設計主要軟基加固技術指標

（1）塑料排水板（SPB-C型）打設深度為18-21m。

（2）膜下真空壓力值不小于80KPa，抽真空時間不少于4個月。

（3）采用沉降曲線推算的固結度不小于90%，沉降速率最后10天，不大于2mm/d，工后沉降不大于20cm作為真空卸載標準。

（4）鉆孔取樣處理后的含水量平均值不大于55%。

（5）十字板原狀土抗剪強度標準值不低于25kPa。

（6）地基處理1A、1B區地基承載力特征值不小于80kPa，地基處理2A、2B區地基承載力特征值不小于120kPa。

3 施工工藝及技術措施

3.1 施工工藝

主要施工工藝包括：施工前準備→塑料排水板施工→蝶形接頭安裝及布設真空管→鋪設二層土工布→鋪設真空膜三層及壓膜→真空管路系統與節能型抽真空泵連接→抽真空及堆載。

3.2 關鍵施工階段及技術措施

相比《真空預壓加固軟土地基技術規程》的常規真空堆載預壓，新型直排式無砂墊層節能真空聯合堆載預壓加固技術需要從以下幾個施工階段進行關鍵技術的控制。

3.2.1 施工前準備

首先進行場地的清表，排除積水，測量人員進行放線，按照審批過的施工組織設計及施工方案做好施工前的各項準備工作。

3.2.2 塑料排水板施工

①施工機械采用履帶式插板機，同時配備一臺挖機鋪墊鋼板輔助施工。

②排水板采用正方形布置，板中心距均為0.9m。

③排水板施工平面位置偏差不大于±10cm，施工垂直度偏差不大于±1.5%。

④排水板外露長度不小于60cm，相臨兩根塑料排水板采用蝶形接頭連接。排水板控制回帶長度不得超過50cm。

3.2.3 蝶形接頭安裝及布設真空管

①將相臨兩根塑料排水板采用定制的十字形蝶形接頭連接并用不銹鋼螺絲釘固定，另外連接真空支管的兩側用不銹鋼絲綁扎牢固，排水板內部與真空支管內部形成暢通的排水通路。

②蝶型接頭與鋼絲軟管支管接好后，采用三通、四通將φ25mm支管與φ32mm干管進行連接，干管沿場地短向布設，沿長向間距約30米左右布設一條干管，鋼絲軟管與三通、四通連接時需用不銹鋼鐵絲扎緊，多余鐵絲頭需剪除并打平以不掛手為準。

③鋼絲軟管支管、干管與鋼絲軟管主管連接。鋼絲軟管干管按照每1000m2連接一條主管（出膜管），φ32mm鋼絲軟管干管與φ50mm鋼絲軟管主管（出膜管）通過三通管接頭進行連接。

④鋼絲軟管主管（出膜管）按約1000m2一個進行布置，出膜裝置通過φ50mmPVC管連接至水氣分離罐，水氣分離罐與節能真空泵相連，按約10000m2一個水氣分離罐，每80000～120000m2一個節能真空泵進行布置。

⑤出膜鋼絲軟管主管（出膜管）、水氣分離罐、真空泵的連接。將10條φ50mm鋼絲軟管主管在膜下引致壓膜溝邊緣位置后與水氣分離罐連接，每個水氣分離罐罐頂通過φ100mm的PVC管與真空泵相連接。在φ50mm的出膜鋼絲軟管主管（出膜管）上設置出膜裝置，尤其注意出膜管與密封膜的綁扎要牢固，避免出現漏氣現象。

3.2.4 鋪設二層土工布

①采用不少于300g/m2的土工布，材料規格及性能滿足設計要求；

②土工布采用手提縫紉機縫接，縫接寬度不小于5cm；

③鋪設密封膜上下層土工布時應拉直平順，緊貼密封膜，不得出現扭曲、褶皺或重疊。

3.2.5 鋪設密封膜及壓膜

① 抽真空密封膜采用聚氯乙稀薄膜，鋪設三層，單層薄膜厚度為≥0.14mm，其技術參數需滿足如下要求：

抗拉強度：橫向≥16.0MPa，縱向≥18.0MPa

直角撕裂強度：≥60（kN/m）；斷裂伸長率：≥220%

② 真空膜應選在無風或風力較小的天氣時鋪設，各預壓分區單元實際鋪設長度應每邊增加約3m，考慮實際施工情況，現場由4塊密封膜拼接而成，搭接的5米區域用強力膠水粘接牢固。endprint

③ 真空膜在各預壓分區單元邊界應壓入密封溝內，采用素粘土，分層回填，表層覆水養護防止粘土密封墻開裂。

3.2.6 真空管路系統與節能型抽真空系統連接

①本工程A區、B區相對獨立抽真空，各采用1臺真空泵（55kW/臺），8個水氣分離罐，按約10000m2布置一個水氣分離罐[2]，每個水氣分離灌連接10個出膜管裝置。A區真空泵及真空管連接圖見圖1 ，B區同樣按照A區布置。

3.2.7 抽真空及堆載

①真空泵空載抽真空壓力不小于85～90kPa，真空預壓荷載為80kPa，一次加載到位。

②因沒有膜下砂墊層，在進行第一層膜上中粗砂施工時難以控制抽真空質量，采用傳統的汽車運輸及裝載車傾倒等方式易造成砂堆荷載集中，對密封膜及真空管路系統造成剪切破壞，針對此情況，新型直排式無砂墊層節能真空聯合堆載預壓加固技術采取吹填膜上中粗砂施工的工藝，有效避免了直排式無砂墊層真空堆載預壓施工時進行膜上中粗砂施工損壞真空系統的情況。

③真空預壓滿載30天后，膜上砂及上層土方堆載施工按照設計圖紙要求分級、分層進行，填土（包括膜上砂層）總厚度約3.0m。

④本工程A區抽真空時間從2016年6月25日開始正式抽真空，持續抽真空189天，B區抽真空時間從2016年7月5日開始正式抽真空，持續抽真空241天，抽真空過程中膜下真空壓力值均在80KPa以上，即使后因設計變更A、B區在滿載后延長了恒載抽真空時間90天，兩臺真空泵的真空壓力值及膜下真空壓力值仍然持續穩定。

4 施工過程監測及加固效果分析

4.1 施工過程監測及檢測

監測主要包括地表沉降監測、真空度及孔隙水壓力監測，檢測為鉆孔取芯、十字板剪切強度試驗及地基承載力檢測。

地表沉降監測在真空預壓區域按照設計布置16個沉降標，鉆孔取芯及十字板剪切試驗各取9點進行檢測，選取載荷試驗點12個，真空測頭在真空膜下布置16個，分別在分區的角點附近和中心點附近布置。

4.2 典型區監測及加固效果分析

本工程A區、B區中間設置一道壓膜溝，抽真空系統相對獨立，兩個場地采用同種技術施工，故選取A區抽真空區域為例對其監測情況及加固效果進行分析[3]。

4.2.1 真空度觀測

A區（含1A、2A）77359m2采用1臺真空泵，8塊膜下真空壓力表，8塊水氣分離罐真空壓力表，于2016年6月25日開始正式抽真空，直到2016年12月30日真空卸載，持續抽真空189天，以8塊膜下真空壓力表的平均值和8塊水氣分離罐真空壓力表讀數的平均值繪制真空度曲線為例，如圖2，可以看出水氣分離罐和膜下真空壓力表保持的真空壓力值分別在85KPa及80KPa以上，符合設計要求，B區也能滿足設計要求。

4.2.2 沉降觀測

A區、B區現場各布置了8個沉降標，A、B區測點平均沉降量隨時間及填土的厚度增加而加大。根據第三方監測機構出具的卸載報告得知，A區共填土厚度3.087m，累計沉降量為1.943m。B區共填土厚度3.016m，累計沉降量為2.013m。A區、B區采用沉降曲線推算的固結度為91.3%～93.2%，大于設計要求的90%，滿足設計要求。

4.2.3 十字板剪切試驗

十字板剪切試驗是采用電阻應變式十字板頭，利用靜力觸探儀貫入裝置將十字板頭壓入到不同的試驗深度，借助齒輪扭力裝置旋轉十字板頭，用LMC-D310型靜探微機量測土的抵抗力矩，從而計算出土的抗剪強度值，數值越大反應土體強度越高。

根據第三方檢測機構出具的實驗報告得知，共進行了113次/9孔十字板剪切試驗，按豎向每1m間距進行讀數取值，試驗結果表明A、B區十字板原狀土抗剪強度范圍值28.30～90.80KPa，標準值Cu值為41.87KPa，，其經過處理后場地抗剪強度數值滿足設計要求，抗剪強度標準值Cu值大于原設計的25KPa。

4.2.4 地基承載力試驗

由于場地內2A、2B區域規劃是一條道路，設計要求軟土處理后對場地軟地基處理1A、1B區分層碾壓后填土的平板載荷試驗的地基承載力特征值不小于80kPa，2A、2B區分層碾壓后填土的平板載荷試驗的地基承載力特征值不小于120kPa。施工時對不同區域采用了不同的施工機械碾壓措施，根據珠海市金灣質檢站的地基承載力檢測報告所示，1A、1B區0-1.5m地基承載力特征值為92kPa，2A、2B區0-1.5m地基承載力特征值為128kPa，滿足設計要求。

4.2.5 鉆孔取樣試驗

軟土處理后對場地軟土層進行了鉆孔取樣試驗，取樣鉆孔按每2m間距取樣進行室內試驗，觀察處理后軟土的物理力學參數和含水率。根據試驗報告得知，共進行了9孔累計鉆探220米的鉆孔試驗，共采取了72件原狀土試樣，按照《土工試驗方法標準》（GB/T50123-1999）進行了土樣的室內試驗，處理層含水率低于設計值55%，滿足設計要求。見表1。

5 結論

（1）從第三方監測（檢測）機構的監測數據可以看出，采用新型直排式無砂墊層節能真空聯合堆載預壓加固技術進行軟基處理后，淤泥層土的含水率、十字板剪切強度值以及表層地基承載力特征值均滿足原設計的各項指標，加固效果明顯。

（2）該技術取消了膜下砂墊層，可以減少中粗砂的使用，避免因大量采集中粗砂而破壞江、河及海水底下的生態環境，而傳統做法是鋪0.6米厚中粗砂，面積16萬m2，約9.6萬立方米，無砂墊層可保護生態環境、節約工程造價。

（3）塑料排水板的連接采用新工藝，采用定制的蝶形接頭將相臨的兩根塑料排水板連接起來，安裝螺絲釘固定，再通過真空支管、三通管、四通管拼連起來接入真空干管，采用直排式工藝真空負壓傳遞效果要優于傳統的做法，從而保證真空堆載預壓加固的效果，而該應用項目塑料排水板最深達21米，加固效果仍然明顯。

（4）由于采用無砂墊層，早期場地承載力極弱，采取吹填膜上中粗砂的施工工藝，有效避免了無砂墊層真空堆載預壓在進行膜上中粗砂施工過程中損壞真空系統的情況，施工質量可控，而且吹填施工受天氣情況影響小。

（5）采用了節能泵抽真空系統，共采用了兩臺55kW的真空泵，外加16個水氣分離罐上安裝的7.5Kw的抽水泵，總功率230kW，而按照《真空預壓加固軟土地基技術規程JTS147-2-2009》傳統的做法平均1000m2/臺泵[4]，需要布置160臺7.5kW的真空射流泵，總功率達到1200kW，僅A區189天24h不間斷抽真空采用節能型真空泵經濟上可以節約電4399920KW.h。B區241天24h不間斷抽真空采用節能型真空泵經濟上可以節約電4981920KW.h。

（6）綜上所述，新型直排式無砂墊層節能真空聯合堆載預壓加固技術是一種基于真空堆載預壓技術原理，采用直排式與無砂墊層技術、節能真空泵于一體的真空堆載預壓技術，具備綠色環保、縮短工期并達到節約工程造價的目的，該應用實例取得了理想的技術加固效果和良好的經濟效益，證明了此技術的可行性和可推廣性。

參考文獻：

[1]雷鳴，王星華.真空—堆載聯合預壓法加固軟基機理及實踐[J].山西建筑，2005，31（10）：39-40.

[2]陳云，李強，張亮.新型節能高效抽真空設備在軟基加固工程中的應用[A].中國水運，2015，15（05）：335-336.

[3]吳興龍，張開偉，徐劍.無砂墊層真空預壓在吹填淤泥軟基處理中的效果分析[A]巖土工程技術，2013，27（06）：315-319.

[4]真空預壓加固軟土地基技術規程（JTS147-2-2009）[S].

作者簡介：龍輝（1988-），男，湖南衡陽人，學士，助理工程師，研究方向：地基與基礎。endprint