淺層真空預壓技術在長蕩湖吹填淤泥地基加固現場的應用

高 揚，羅榮彪，王曉英，袁坤坤，孫 科

（1.江蘇東方生態清淤工程有限公司，江蘇 無錫 214125；2.中國船舶重工集團第七〇二研究所，江蘇 無錫 214082；3.無錫市濱湖區水利局，江蘇 無錫 214123）

長蕩湖屬過水型湖泊，具備調蓄功能，是太湖流域湖西區洮滆水系的重要組成部分，可有效緩解太湖湖西地區降水徑流對環太湖地區的防洪壓力，并在區域內調節江、湖、河之間的水源分配，因此其供水的水量和水質對滆湖、太湖至關重要[1]。但目前長蕩湖水質和底質污染嚴重，水體富營養和生態系統荒漠化問題突出。以減少內源污染負荷為目的的底泥生態疏浚，被認為是控制湖泊內源污染效果明顯的工程技術措施之一[2]。為改善長蕩湖的水生態環境，需要實施環保疏浚，并對疏浚泥漿進行處理。因為這類污泥含有較高有害污染成分，如果未經恰當處理，將對周邊的自然環境造成嚴重影響[3]。如何快速、有效地處理這些高含水率疏浚淤泥，對于減少空間占用、節約土地資源、節省工程成本等具有重要意義[4]。

真空預壓作為一種土體加固的方式，被廣泛應用于各種軟弱地基的加固之中[5]。近年來圍海造陸工程的規模越來越大，真空預壓技術也得到了長足發展，淺層真空預壓法等多種新型工法也應運而生[6]。文章對淺層真空預壓技術在長蕩湖吹填淤泥地基加固現場的應用過程及效果進行總結，分析了不同區塊地表沉降、真空度、地基極限承載力等監測、檢測數據，充分說明淺層真空預壓加固技術適用于長蕩湖吹填淤泥地基的加固且效果良好。

1 項目概況

該項目排泥場占地面積約為44.25萬m2，其中用于吹填部分占地面積約為39.64萬m2，排泥場內底高程在2.8～3.5m，吹填高度為7.5m，容泥量約為170萬m3，地基加固處理后承載力≥50kPa。

2 施工情況

該工程主要施工內容包括鋪設編織布、塑料排水板及水平濾管施工、土工布及密封膜施工、密封溝的開挖和回填、真空加載及卸載等。施工總體工藝流程見圖1。

2.1 施工區平面布置及分區

施工前首先對施工區域進行分區并鋪設便于施工人員作業的編織布，將排水板與泥面隔離，防止淤堵。施工區平面布置及分區見圖2。

圖1 施工總體工藝流程

2.2 鋪設編織布

圖2 施工區平面布置及分區圖

編織布鋪設時先將工區四周樁位準確定位后沿工區長度方向向前推進，人工攤鋪，布面須平整并適當留有變形余量。

2.3 塑料排水板及水平濾管施工

編織布鋪設完成且驗收合格后，采用預先制作好的插槍進行人工插板，插設時2人/組，將排水板的一端穿過槍頭位置處，折疊20cm左右，垂直插入淤泥中，平均間距為0.8m，插設深度為3～4.5m，外露0.2～0.4m。隨后人工鋪設水平真空濾管，并將排水板與濾管連接，連接后外裹土工布，避免淤泥中的土顆粒進入接觸面。

水平濾管采用φ40軟式波紋透水管，支管采用“雙板—單管”的布置形式，即間距為1.6m，主管按間距30m左右進行布置，部分區域增設幾道主管防止真空泵停機檢修對真空度造成影響。

2.4 土工布及密封膜施工

采用一布雙膜的形式以保證最佳的密封性，即先鋪一層土工布（200g/m2），然后再在其上鋪設2層HDPE（0.14mm）密封膜，鋪設采用順風向分層平鋪工藝，鋪設一層密封膜后，檢查無誤后再鋪設第二層密封膜。密封膜鋪設完畢后，四周預留量≥3m，方便進行壓膜溝密封施工。

2.5 密封溝的開挖和回填

開挖采用機械結合人工的方式進行，施工過程中開挖、鋪膜、回填的工作要求盡快完成并在埋好膜后的密封溝內覆水，以保證溝內閉氣的狀態。回填采用挖出的淤泥質黏土進行作業，并用反鏟斗夯實。

2.6 真空加載及卸載

當HDPE密封膜鋪設完成后，即可進行抽真空設備及管路的連接與安裝。抽真空設備采用射流式真空泵，通過出膜器及吸水膠管與膜下水平濾管進行連接，單臺射流泵工作壓力≥96kPa，并按1000～1200m2/臺的范圍布置。真空加載采用逐級真空提升的方式進行，第一階段為真空加載提升階段，使土體得到初步固結，當膜下真空度穩定達到80kPa后進入第二階段—真空恒載階段，直至土體滿足設計承載力要求。

地基承載力檢測方式的制約致使其必須等真空預壓完成后才能進行，且由于吹填淤泥性質軟弱，其承載力要求遠小于一般軟土地基，故連續穩定沉降時間參照《港口工程地基規范》（JTJ 250—1998）中的下限值，即實測地面沉降速率連續5d平均沉降量≤2mm/d，同時各測點的固結度達到或接近85%作為停泵卸載標準[7]。

3 施工監測及地基加固效果分析

3.1 施工監測及檢測內容

施工監測內容包括地表沉降、真空度。地表沉降：地表沉降采用水準測量，在處理區域布設5個測點，測量精度不低于三等。真空度：觀測探頭位置埋設在土工布以下10～20cm，用以觀測膜下真空壓力在施工期間隨時間的變化情況。檢測內容為地基極限承載力。地基極限承載力依據淺層平板載荷試驗有關條款進行[8]。

3.2 典型區塊地基加固效果分析

根據排泥場地塊的分區，選擇典型區塊分析地基加固效果，分別選取一處吹填口（1-2區塊），一處中游段（1-6區塊），一處退水口（1-10區塊）。

圖3 各區塊累計沉降量隨時間變化散點圖

圖4 各區塊沉降速率曲線

（1）沉降監測與固結度計算。抽真空90d后，1-2區塊累計平均沉降984mm，1-6區塊累計平均沉降1037mm，1-10區塊累計平均沉降1407mm。各區塊測點的沉降量隨時間變化的散點圖及沉降速率圖見圖3～圖4。由圖3可看出，沉降量在吹填口較小、中游次之、泄水口較大，其原因可能是泥漿在吹填過程中存在圍堰內置隔埂迫使泥漿流徑增長，并造成泥漿中的粗細顆粒在沉積過程中隨流向呈級配分布，導致不同區域沉積物的表面積和孔隙率存在差異。距離吹填口較近的1-2區塊粗顆粒物較多，沉淀區域可形成壓縮沉淀，比重較大的顆粒間可形成骨架密實結構，相互接觸、相互支撐。沉積物中的間隙水也會在重力作用下被擠出，從而使淤泥得到進一步壓縮，這是導致沉降量變小的主要原因；而泄水口的淤泥沉積物顆粒較細，其孔隙率較大、壓縮性較大、水分不易排出等特點是導致沉降量較大的主要原因。由圖4可看出，真空加載提升階段（0～30d）沉降較大，沉降速率較快；真空恒載階段（30～90d）沉降速率明顯減緩，60～90d沉降趨于平緩，特別是從第82d開始沉降趨于穩定，85～90d連續5d平均沉降數值均＜2mm/d。抽真空第90d根據現場實測沉降數值利用指數曲線法推求最終沉降量，并以此計算固結度，各區塊固結度推算表結果見表1[9]。結果顯示各測點固結度達到85%以上，沉降數值符合停泵卸載標準。

表1 各區塊最終沉降量與固結度

（2）真空度監測。各區塊膜下真空度隨時間變化的散點圖見圖5。從數據顯示來看各區塊的差異不明顯，真空加載階段（0～30d）前15d真空度提升較快，直至70kPa；15～30d時真空度總體穩定提升，但有上下細微波動的情況出現。真空恒載階段（30～90d）真空度基本在80kPa以上并保持穩定。分析其原因，0～15d真空度提升快的原因可能是膜下空氣被不斷抽出，負壓場逐步形成且強度不斷提升；15～30d抽出的是土工膜與淤泥表層之間的浮水及淤泥層中的間隙水，該階段也是濾水通道逐步形成且逐漸穩固的過程，是導致真空度提升緩慢且出現上下浮動的主要原因。30～90d進入真空恒載階段，真空度相對穩定，顯示負壓場及濾水通道已形成，土體強度得到不斷提高。

圖5 各區塊膜下真空度隨時間變化散點圖

（3）淺層平板載荷試驗。試驗采用堆載法，試驗加載方式為慢速維持荷載法，最大堆重為100kN，承壓板面積為1m2，加載用手動油壓千斤頂，測力用壓力表，依據率定曲線確定各級荷載值的大小，測沉降用百分表。荷載與沉降P-S曲線圖見圖6。

圖6 荷載與沉降P-S曲線

結果顯示：①1-2區塊P-S曲線平緩，無明顯拐點，沉降10mm處對應值為63kPa，大于最大加載值的一半，取50kPa作為此處地基承載力的特征值。②1-6區塊P-S曲線在51kPa出現拐點，取最大加載值的一半50kPa作為此處地基承載力的特征值。③1-10區塊P-S曲線平緩，沉降10mm處對應值為56kPa，取最大加載值的一半50kPa作為此處地基承載力的特征值。上述區塊地基承載力特征值均＞50kPa，滿足設計要求。

4 結論

（1）淺層真空預壓施工技術適用于長蕩湖吹填淤泥地基的加固處理且效果良好。

（2）淺層真空預壓施工技術無須設置砂墊層，與常規真空預壓相比，縮短了施工工期并降低了施工成本。

（3）施工過程中累計沉降數值在吹填口較小、中游次之、泄水口較大。各區塊真空度的提升則無明顯差異。

（4）實測地面沉降速率連續5d平均沉降量＜2mm/d且區塊固結度＞85%可作為停泵卸載標準，卸載后各區塊地基承載力特征值顯示＞50kPa，滿足設計要求。