軟土地基的真空預(yù)壓＋水載法處理施工技術(shù)

曾昭勇 伍柏權(quán) 孔德輔

廣西建工集團第一建筑工程有限責(zé)任公司 廣西 南寧 530001

場地下臥淤泥層和淤泥質(zhì)黏土層屬于欠固結(jié)軟土，其自然沉降固結(jié)時間長，同時會產(chǎn)生不均勻沉降，影響建筑物使用和安全[1-2]。真空預(yù)壓法通過抽真空，使土體中的孔隙水通過塑料排水板排出，達(dá)到土體固結(jié)的目的；水載法是通過堆載，將孔隙壓力消散，從而提高土體強度。真空預(yù)壓＋水載法聯(lián)合作用，加快土體固結(jié)，效果更佳，更經(jīng)濟[3]。真空預(yù)壓＋水載法是真空預(yù)壓與堆載預(yù)壓的疊加，其施工技術(shù)值得研究。

1 工程概況

橫琴國際商務(wù)中心（二期）位于珠海市橫琴新區(qū)橫琴口岸北側(cè)，屬于欠固結(jié)軟土區(qū)域，場地下臥淤泥層，土質(zhì)較差，承載力低，需要進(jìn)行軟土地基處理。工程豎向塑料排水板埋設(shè)采用梅花形布置，板間距1.0 m，總處理長度約2 798 000 m，處理面積約148 000 m2。采用B型塑料排水板，打設(shè)深度為13～15 m，打設(shè)根數(shù)為28 000根，真空處理面積26 548.8 m2。工程采用四周水泥攪拌樁密封墻與真空預(yù)壓＋水載法軟土地基處理施工技術(shù)，通過在需處理的軟土地基四周施設(shè)水泥土攪拌樁，形成密封墻，從而對處理區(qū)域周邊建（構(gòu)）筑物不產(chǎn)生影響。四周設(shè)置圍堰，在所需處理的地基中，水平方向設(shè)置排水通道，豎直方向設(shè)置塑料排水板，通過覆水加載，排出土體中孔隙水，使得土體緩慢固結(jié)，從而提高地基承載力，達(dá)到軟土地基處理的目的。

2 施工中的重點、難點分析

真空度沿著塑料排水板向下傳遞及向土體中擴展，導(dǎo)致土體發(fā)生收縮變形，在真空預(yù)壓下不會發(fā)生側(cè)向擠出破壞，一次完成真空預(yù)壓，而不用分級進(jìn)行；在真空預(yù)壓＋水載法雙重效應(yīng)下，軟土固結(jié)速度提高；加固區(qū)地基四周施設(shè)水泥土攪拌樁形成密封墻，有利于加固區(qū)內(nèi)土體密實度的提高和地基承載力的增加；采用機械埋設(shè)，加固區(qū)四周設(shè)圍堰，加固區(qū)覆水加載，提高施工效率，縮短地基加固周期。

3 工藝原理

真空預(yù)壓軟基加固是利用真空吸水加固軟土地基的一種施工方法，真空預(yù)壓＋水載法可以有效加快軟土地基固結(jié)。其工藝原理（圖1）是：在軟土地基表面的砂墊層上按要求鋪設(shè)不透氣的薄膜，通過埋設(shè)于土體中的排水板及砂墊層中的濾水管，將薄膜下土體間的水汽抽出，使其內(nèi)部形成一個真空的密封體，在真空負(fù)壓荷載的作用下，土體排水固結(jié)。

圖1 工藝原理示意

4 施工要點

4.1 場地整平

1）清除地表耕植土、舊路面、建筑物基礎(chǔ)等，耕植土厚度控制在30 cm左右。

2）清基后及時整平、壓實。整平面橫向坡度為2%～4%，平整度要求＜0.1%。

4.2 鋪設(shè)砂墊層

1）材料采用中粗砂，含泥量≤5%，可采用海砂，黏粒含量≤3%。砂中可混有少量碎石，碎石粒徑≤5 mm。砂墊層的干密度應(yīng)≥1.5 g/cm3，其滲透系數(shù)應(yīng)≥0.01 cm/s。砂中不得含有其他有機質(zhì)和雜物，不得有針狀雜物，以免刺破真空膜。

2）采用人工或輕型機械分層鋪填，鋪設(shè)厚度為50 cm；砂墊層鋪填后，其干容重應(yīng)≥16.5 kN/m3。

4.3 打設(shè)排水插板

1）采用SPB100-B型塑料排水板，套管式打設(shè)法，套管下端設(shè)置管靴，其材料可選用鋼板；每臺插板機必須配備插板施工記錄儀，記錄下每條排水板的實際打設(shè)長度。

2）打入地基的塑料排水板宜為整板，當(dāng)塑料排水板需要接長時，芯體應(yīng)對插搭接（搭接長度不小于200 mm），并將濾膜包好、裹緊后，用細(xì)鐵絲或塑料繩穿孔固定牢固。每根“接長板”接頭不超過1個，接長板應(yīng)分散使用，且相鄰排水板無接頭；接長體的使用總量不超過總打設(shè)根數(shù)的10%。

3）插板頭露出砂墊層的長度不小于0.2 m。

4）一個區(qū)段的塑料排水板施工完成后，采用砂料填滿孔洞并將塑料排水板埋置于砂墊層中。

4.4 鋪設(shè)土工織物

土工織物使用前應(yīng)按規(guī)范要求抽樣檢測合格后方可使用。土工織物可采用縫接或搭接，縫接寬度≥5 cm，縫合尼龍線強度應(yīng)＞150 N，應(yīng)采用包縫方式，搭接接頭長度需≥80 cm。土工織物鋪設(shè)時應(yīng)松鋪，松鋪率宜在1.1左右。

4.5 濾管鋪設(shè)施工

1）管材分為真空支濾管和主管2種類型。真空支濾管采用φ50 mm軟式透水管。主管采用φ75 mm的PVC管，壁厚≥4 mm。濾管應(yīng)均勻交錯打孔，間距為100 mm，孔徑為6 mm。濾管外包土工織物，防止堵孔。主管不打孔。

2）真空支濾管之間及真空支濾管與主管之間的接頭要密封牢固。真空主管軟接頭的間距應(yīng)小于25 m。

3）管路均埋設(shè)在砂墊層中間，主管兩頭連接真空泵。真空泵應(yīng)盡量布置在加固區(qū)域四周，平均每800～1 000 m2范圍布置1臺真空泵。

4）膜下真空度測頭埋設(shè)在2根濾管中間的砂墊層內(nèi)（禁止埋設(shè)在濾管內(nèi)），且應(yīng)保證測頭上下兩側(cè)的砂墊層厚度不小于25 cm。

5）每塊真空預(yù)壓場地內(nèi)均勻埋設(shè)2組排水板內(nèi)真空度測頭，深度方向間隔3 m布置1個測頭（排水板底部應(yīng)布置1個測頭）。測頭安裝在排水板濾膜內(nèi)，與排水板一起下入孔內(nèi)，其真空傳遞管內(nèi)徑不小于8 mm。

4.6 設(shè)置密封系統(tǒng)

4.6.1 施工水泥攪拌樁墻

1）場地填土整平后，上部填土層較厚，采用水泥攪拌樁及密封溝沿各抽真空邊界設(shè)置，每個分區(qū)均需成一連續(xù)的密封體。

2）水泥攪拌樁采用泥漿作為膠結(jié)材料，同時摻入5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）的水泥，采用P.O 42.5水泥。攪拌樁墻的滲透系數(shù)應(yīng)＜1×10-6cm/s，同時應(yīng)滿足泥漿摻入比＞35%，相對密度＞1.35。黏土摻入比大于20%，黏土摻量不小于160 kg/m。

3）密封水泥土攪拌樁直徑為700 mm，樁間縱向排距和橫向間距均為600 mm（均搭接200 mm），施工深度至嵌入淤泥層內(nèi)不少于2.0 m。

4）攪拌樁采用四噴四攪工藝，傾斜度≤1%，位置偏差≤50 mm。攪拌樁下鉆攪拌速度≤1.2 m/min，提升攪拌速度≤0.8 m/min。

4.6.2 密封膜鋪設(shè)

1）密封膜采用三層聚氯乙稀薄膜，其厚度為0.14 mm±0.02 mm，縱、橫向拉伸強度分別≥18.0、≥16.0 MPa，斷裂伸長率≥220%，刺破強度≥50 N，滲透系數(shù)≤5×10-11cm/s，耐靜水壓≥0.2 MPa。

2）真空預(yù)壓區(qū)密封膜鋪設(shè)長度應(yīng)每邊增加約5 m，鋪設(shè)好的密封膜應(yīng)松弛不緊繃，應(yīng)預(yù)留伸縮余量，防止沉降變形拉裂密封膜。黏縫強度不能低于膜本身抗拉強度的60%。

3）在施工區(qū)域邊界，真空膜應(yīng)壓入密封溝，壓入深度應(yīng)＞1.0 m，然后分層回填、壓實。密封溝回填土料中不得有塊石等尖利雜物，每層膜鋪好后應(yīng)認(rèn)真檢查、及時補洞。

4.7 抽真空

1）采用的真空泵單機抽真空壓力≥96 kPa；真空泵安裝后需進(jìn)行試抽氣，查找膜上的漏洞并修補。確認(rèn)無漏氣后方可鋪設(shè)上層土工織物及厚40 cm砂墊層，分級填筑路堤至設(shè)計高程；真空聯(lián)合堆載滿載預(yù)壓不少于120 d。

2）真空泵每800～1 000 m2范圍布置1臺，在加固區(qū)域四周均勻布置。

3）開始抽真空后，密封膜內(nèi)的真空壓力應(yīng)≥85 kPa。

4）抽真空應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，不得間斷，并隨時觀測和記錄真空度。

4.8 真空預(yù)壓監(jiān)測

按圖紙布設(shè)施工觀測用的沉降標(biāo)。沿路堤軸線每100 m 布置1 個沉降觀測斷面，且每個軟土路基處置分區(qū)內(nèi)不得少于2 個觀測斷面。沉降標(biāo)在路肩和路堤中心，墊好無紡?fù)凉た椢锖螅胖迷诿芊饽ど希苊獯疗泼芊饽ぁ３两禈?biāo)底板應(yīng)用砂袋疊壓穩(wěn)固。

4.9 軟土地基施工監(jiān)測及驗收

4.9.1 監(jiān)測內(nèi)容

監(jiān)測內(nèi)容包括表層沉降、膜下真空度、孔隙水壓力、深層水平位移以及周邊道路和管線沉降。開始抽真空期間和蓄水加載期間，監(jiān)測頻率及要求如表1 所示。

表1 監(jiān)測頻率及要求

4.9.2 埋設(shè)要求

1）密封膜施工完成后開始布置沉降板，沉降板設(shè)置在密封膜上。

2）真空測頭在密封膜下布置。

3）在打設(shè)插板施工后開始安裝孔壓測頭，采用鉆孔法埋設(shè)，單頭單孔安裝，每組孔壓測頭5個，均勻布置在淤泥層中。

4）測斜管在打設(shè)插板后埋設(shè)，孔深需打穿淤泥層進(jìn)入下臥層不小于2 m，以保證測斜管根部穩(wěn)定不變位。

5）周邊道路和管線處布置沉降標(biāo)。

4.9.3 加固效果檢驗

真空預(yù)壓處理完成后，在場地內(nèi)已有鉆孔的附近位置選取取樣孔并進(jìn)行原位十字板試驗，將試驗結(jié)果與處理前進(jìn)行對比，判別加固效果。

4.9.4 軟土地基卸載及驗收

根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，推算工后沉降并計算地基的平均固結(jié)度。停泵卸載標(biāo)準(zhǔn)如下：

1）真空荷載和水荷載以及真空聯(lián)合堆載預(yù)壓作用下滿載不少于90 d。

2）連續(xù)5～10 d沉降速度≤2 mm/d，固結(jié)度≥90%。原位十字板剪切平均強度≥22 kPa。

3）在停泵之后，應(yīng)按要求鉆孔取樣送檢，確定土的工程性質(zhì)指標(biāo)。要求經(jīng)過預(yù)壓處理后軟土的含水率＜55%，軟土地基處理深度范圍內(nèi)十字板抗剪強度應(yīng)＞30 kPa。

5 質(zhì)量控制

1）塑料排水板的型號、規(guī)格及材質(zhì)應(yīng)符合設(shè)計要求，材料進(jìn)場后應(yīng)碼放整齊，避免雨淋日曬，防止損壞濾膜。

2）塑料排水板埋設(shè)的數(shù)量、排列間距、形式、深度應(yīng)符合要求。要保持排水板入土的連續(xù)性，發(fā)現(xiàn)斷裂時應(yīng)重新施插。

3）施工過程中塑料排水板不得搭接，不能斷裂、扭結(jié)。

4）打設(shè)機定位時，管靴與板位標(biāo)記之間的偏差應(yīng)當(dāng)≤50 mm，垂直偏差≤1.5%。

5）塑料排水板打設(shè)完成后應(yīng)將排水板頭部及時埋入砂墊層。

6）濾管之間應(yīng)連接牢靠，防止地基變形不均勻時濾水管脫開，砂土進(jìn)入濾水管。

7）真空預(yù)壓達(dá)到相應(yīng)要求后，先在密封膜表面鋪設(shè)1層合格的土工織物，以保護(hù)密封膜。密封膜應(yīng)完整地埋入密封墻中。

8）真空預(yù)壓期間應(yīng)保證密封膜上始終有水膜覆蓋。

6 結(jié)語

針對場地下臥淤泥層和淤泥質(zhì)黏土層的軟土地基，研究出有效的地基處理施工技術(shù)對于提升工程質(zhì)量和施工效率有著非常重要的意義。通過在具體工程中的實踐，得出以下結(jié)論：

1）采用四周水泥攪拌樁密封墻與真空預(yù)壓＋水載法進(jìn)行軟土地基處理，可取得良好的社會效益和經(jīng)濟效益，具有較高的應(yīng)用推廣價值。

2）通過對真空預(yù)壓＋水載法施工技術(shù)的研究，一次完成真空預(yù)壓，而不用分級進(jìn)行，提高施工效率，縮短地基加固周期。

3）加固區(qū)地基四周施設(shè)水泥土攪拌樁形成密封墻，對確保加固區(qū)內(nèi)土體密實度和地基承載力起到了關(guān)鍵作用。