軟土地基堆載吹填淤泥并同步真空預壓加固技術探討

李惠新

(中城投集團第八工程局有限公司，福建 廈門 361024)

1 工程概況

某項目陸域由吹填淤泥形成，針對一期用地進行地基處理，總占地面積721.5畝(1畝≈666.67 m2)，北側和東側為園區規劃道路，寬36 m。實際地基處理面積691畝，該場地共劃分為隔堤區和非隔堤區。隔堤區采用強夯法加固處理；非隔堤區共劃分為12個區，采用真空堆載聯合預壓加固處理。本場地地基處理的主要目的是消除沉降和滿足地基承載力一般場地要求。智能化倉庫，對應于Z-2區，長期使用載荷120 kPa，其他區長期使用載荷70 kPa。該載荷工況下，工后沉降不大于20 cm，0～2.5 m承載力≥100 kPa，2.5～5.0承載力≥75 kPa，5.0 m以下承載力≥65 kPa。處理的對象主要是吹填淤泥、吹填砂、下臥原始淤泥以及素填土，處理深度15 m左右，具體見施工圖。本設計采用80西安坐標系，中央子午線：120度帶，高程基準面為56年黃海高程。

施工總體安排：真空堆載聯合預壓區域場地清理整平，鋪設二層≥400 g/m2編織土工布，中間夾一層竹筋；鋪設1 m中粗砂墊層；打設塑料排水板、施工密封帷幕；鋪設真空濾管、埋設真空探頭、監測設備，鋪設一層≥200 g安裝真空設備；場地清理，開挖密封溝，鋪設土工布、密封膜；試抽真空5～7天；再鋪設二層土工布，進行二級堆載；膜下真空度在80 kPa以上連續抽90天，真空加載并觀測地面沉降；預壓至地面沉降符合設計要求。

2 加固原理

真空預壓法主要是指在不施加外力的條件下使得土壤表面以及塑料排水中的空隙壓力降低，在土體內部和土體表面產生一定的壓力水頭差，達到滲流需要的水利梯度，從而使得土壤中的孔隙水能夠排出來，通過自身的重力作用加固土體。

龔曉南等提出真空滲流場理論,認為真空預壓加固地基的機理由兩方面作用組成:一是由于真空滲流作用導致的土壤固結，二是由于地下水位的變化引起的自身重力作用使得土壤固結。這兩種方式都是土壤加固的主要措施，在真空預壓加固新進吹填淤泥的過程中，土壤內部會形成真空滲流場并且隨著土體水位的下降發生下沉。高志義認為真空預壓法加固軟土地基時,土體中的滲流與固結并非因果關系,固結必然伴隨著滲流,滲流并非必然導致固結,而滲流是否會導致固結，主要在于是否引起了土體內水量減少,進而使孔隙水壓力降低。吹填淤泥和四周圍堰、上下邊界共同構成了一個較為獨立的系統,如圖1所示。對于新近吹填淤泥,土體內水位面與土體表面齊平。在抽真空開始后,孔隙水在真空負壓作用下產生滲流并被排出土體,由于沒有其他外部水源的補充，抽真空所引起的滲流作用能夠使得單元土體發生流經和流出的水量不等，使得土體表面發生沉降作用，空隙水壓明顯降低，土壤必然發生固結作用。

3 施工工藝流程

軟土地基堆載吹填淤泥并同步真空預壓加固技術的施工工藝主要分為兩個步驟，一是軟土地基的加固，二是淤泥的吹填和加固。這兩個步驟的銜接期是影響工程質量的關鍵所在，在施工過程中需要注意。施工工藝流程見圖2。

圖2 真空預壓施工工藝流程圖

3.1 地基處理方法

根據場地地質條件及建(構)筑物使用要求，將場區劃分為隔堤區域和非隔堤區域。對隔堤區域采用強夯法加固，滿夯后的地表加一遍機械碾壓。非隔堤區域，采用真空堆載聯合預壓方法處理；真空堆載聯合預壓相鄰加固區之間的密封溝位置處采用水泥土攪拌樁處理；然后將真空堆載聯合預壓加固區和密封溝整平至5.6 m進行滿夯。滿夯后的地表加一遍機械碾壓。

3.2 鋪設硬化層

土工布拼接采用手提工業縫紉機縫合，縫合尼龍線強度≥150 kN，采用包縫方式。在預壓區場地上將土工布縫接成滿足需要大小的大幅土工布，按選定方向依次平鋪，土工布縫接寬度不小于5 cm。土工合成材料參照現行《水運工程土工織物應用技術規程》(JTJ/T 239)要求進行抽檢和現場試驗；土工布攤鋪時，應拉直平順，緊貼下承層，不得出現扭曲、折皺、重疊。竹筋鋪設在兩層土工布中間，采用人工鋪設方法鋪設竹筋。竹筋鋪設按網格布置，交接處用鐵絲綁扎牢固。竹筋與竹筋必須錯位搭接，以保證竹筋的整體性。竹筋鋪設時必須把竹筋放置平順，以防止竹筋頂破土工布。

3.3 砂墊層

鋪設砂墊層厚度為1 m，采用吹砂船通過管道經分流器鋪設砂墊層。砂墊層填砂由海上運砂船運至施工區域的西面海域停靠的吹砂船料斗里，再由吹砂船吹至先前布置在中間隔堤上的管線里先由Z-5、Z-7、Z-9、Z-11區塊往東面區塊吹填，等中間隔堤東面區塊吹填到一定的標高再由Z-2、Z-3區塊往西側吹填，砂墊層鋪設時，經分流器降低管道流速，人工調整吹砂口，同時進行高程的監測，進行砂墊層的鋪設，最后超過標高的砂由履帶式堆土機進行推平、整平。

3.4 塑料排水板打設

熟悉規范、施工圖紙等各種技術文件，并勘查現場了解施工條件。根據各區已驗收場地的施工基線、水準點等資料，用RTK(GPS)放出40 m控制方格網，并插紅色小旗及打木樁并標明區域控制點編號。

本工程采用B型整體排水板，在塑料排水板進場前，需檢查其廠家產品合格證及質量檢測報告，并按相關規范規定，同批次產品每20萬延m(少于此數額也應抽驗1組)抽樣一組送質檢單位進行質量檢驗。待檢驗合格并報業主審批同意后，訂貨并組織運往施工現場。

3.5 淤泥攪拌樁施工

場地整平：清除地上和地下一切障礙物。

對濱海白首烏及其近緣種藥用植物的54個樣品的ITS2 序列分析發現，所有實驗樣本的PCR擴增及測序成功率均為100%，序列獲得率（有效序列比例）亦為100%，經1.0%瓊脂糖凝膠電泳得到PCR擴增電泳圖（圖1），擴增效果較好，條帶較亮，沒有拖尾現象，ITS2序列均在500 bp左右。

測量定位：根據測量控制點，沿區域邊線外側，放出密封溝開挖尺寸控制線。

密封溝開挖深度不小于1.5 m；攪拌機就位。

樁位放樣：沿密封溝外側進行樁位放樣，樁位點每隔50 cm間距測放一點，樁位放樣點用細竹釬(竹尖涂有紅油漆)作為樁位標志。

為了保證樁位準確，消除累計誤差，要求每隔25 m設置一個樁位控制點。

制備泥漿。

本工程施工機械采用SJB-1型深層攪拌樁機，該機型屬雙攪拌頭，兩根直徑為0.7 m的攪拌軸，一次制樁2根，采用中心輸漿方式，制成的樁外形呈“8”字形。為保證成樁質量均勻，易穿透砂層，擬采用“四噴四攪”施工工藝，及施工在攪拌頭兩次下沉和提升時均噴漿。

3.6 抽真空堆載聯合預壓

3.6.1 施工準備

土工布、濾管、密封膜進場。

本工程膜下采用無紡土工布，膜上二層土工布從下向上分別采用長絲機織布和編織土工布。土工布進場時需檢查其廠家產品合格證及質量檢測報告，每10 000 m2檢測1組。密封膜材料采用三層聚乙烯真空預壓密封膜，密封膜進場時需檢查其廠家產品合格證及質量檢測報告，每分區1組(1組3個)。濾管采用波紋管，每分區檢測5根；安排管理人員及真空設備進場；安排設備堆放場地。

3.6.2 安裝真空泵

真空泵為7.5 kW，能形成96 kPa真空度的能力，即泵出口真空度為96 kPa，按每臺泵控制1 000 m2計算真空泵套數。同時準備備用真空泵。將真空泵水平放置在密封帷幕外側，真空泵進水口和出膜口保持同一平面，以保證真空泵能發揮到最大功效。

3.6.3 真空預壓預抽氣

為了防止開始階段的真空預壓對于加固周圍土體的瞬間破壞作用，必須要嚴格地控制預壓閥的抽真空速率，待檢查沒有漏氣現象發生之后，才能夠開啟所有的泵，將膜下真空度提高到80 kPa。此時可開始滿載計時。等到所有的真空泵連續運行24 h之后，不能中途停泵，當出現意外情況造成停電的時候，必須要啟用備用電機，確保沒有長時間的停泵。

3.6.4 堆載砂堆載預壓

堆載砂的施工順序根據排水板的施工順序進行，堆載砂采用外購海砂，由自帶皮帶輸送機的砂船水運至現場。用裝載機配合自卸車進行二次倒運，推土機及人工配合整平。堆載砂填筑應根據地基監測結果，合理控制填筑進度，根據抗滑穩定分析計算結果，在砂墊層達到設計高程后，每級填砂厚度控制在1.5 m左右，每級荷載的填筑時間為30天左右，加載方案應根據現場監測結果決定，并由監測單位提出具體方案，經設計認可后實施。

3.6.5 卸載標準

根據資料分析，當真空泵預壓期滿的時候，沉降高度能夠滿足設計要求即可卸載，卸載應該將場地進行平整。

3.7 堆載預壓

土工布鋪設在淤泥層頂面處，以利填筑砂墊層及打設塑料排水板。砂墊層采用中粗砂填料。

在砂墊層上，按正方形布設塑料排水板，間距為0.8 m。塑料排水板寬度為100 mm，要求打穿淤泥質土進入黏土層0.5 m，上端伸出排水砂墊層30 cm。

堆載砂的施工順序根據排水板的施工順序進行，堆載砂采用外購海砂，由自帶皮帶輸送機的砂船水運至現場。用裝載機配合自卸車進行二次倒運，推土機及人工配合整平。

堆載砂填筑應根據地基監測結果，合理控制填筑進度，根據抗滑穩定分析計算結果，在砂墊層達到設計高程后，每級填砂厚度控制在1.5 m左右，每級荷載的填筑時間為30天左右，加載方案應根據現場監測結果決定，并由監測單位提出具體方案，經設計認可后實施。

3.8 水泥土攪拌樁

先將深層攪拌機用鋼絲繩吊掛在起重機上，用輸漿膠管將貯料罐輸送泵與深層攪拌機接通，開動電動機，以0.38～0.75 m/min的速度沉至要求的加固深度；再以0.3～0.5 m/min的均勻速度提起攪拌機，與此同時開動輸送泵，將水泥漿從攪拌機中心管不斷壓入土中，由攪拌葉片將水泥漿與深層處的軟土攪拌，邊攪拌邊噴漿直到提至地面(靠近地面開挖部位可不噴漿，便于挖土)，即完成一次攪拌過程。用同法再一次重復攪拌下沉和重復攪拌噴漿上升，即完成一根柱狀加固體。

3.9 強夯施工

隔堤區在真空卸載以及水泥土攪拌墻施工完成后，整平場地至5.6 m高程，采用低能級強夯進行兩遍滿夯。第一遍單擊夯擊能為800 kN·m，第二遍單擊夯擊能為1 000 kN·m。每遍滿夯單點夯擊數為4擊。夯擊過程中出現嚴重彈簧時，應立刻停止夯擊。兩遍夯擊時間間隔不少于7天。夯錘直徑在2～2.5 m，滿夯搭接1/4錘直徑。滿夯結束后，視夯沉情況補方或卸方，整平場地至標高5.3 m，采用35 t振動壓路機碾壓全場地。交工面為5.2±0.1 m。

隔堤區將處理范圍內上部覆蓋淤泥層挖除直至隔堤素填土，隔堤整平至6.0 m高程，作為起夯面。強夯工序采用兩遍點夯和一遍滿夯。夯點間距3.5 m，兩遍夯擊點之間采用跳打方式分布，具體見施工圖。點夯單擊夯擊能量為3 000 kN·m，滿夯1 000 kN·m。單遍點夯擊數為8擊，當最后兩擊夯沉量平均值小于5 cm時可以停夯。夯錘直徑在2～2.5 m，錘重20 t。滿夯搭接1/4錘直徑，單點夯擊擊數為4擊。滿夯結束后，視夯沉情況補方或卸方，整平場地至標高5.3 m，采用35 t振動壓路機碾壓全場地。交工面為5.2±0.1 m。

4 結 語

本文提出了軟土地基堆載吹填淤泥并同步真空預壓加固技術,將吹填淤泥加固及軟土地基加固兩階段施工整合到一個真空預壓周期內進行,無須對吹填淤泥進行晾曬或先期處理,大幅縮短了造陸工期。實驗結果表明，軟土地基承載能力明顯增強，加固效果明顯。

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