對真空聯(lián)合堆載預壓施工技術(shù)的研究
——以迎賓路東延線道路工程為例

李璞LI Pu；劉東LIU Dong；戴光壽DAI Guang-shou

（①東莞濱海灣新區(qū)管理委員會，東莞 523861；②東莞理工學院生態(tài)環(huán)境與建筑工程學院，東莞 523808）

0 引言

在珠三角沿海分布著大范圍的海陸交互相軟土地層，軟土地層具有含水量高、孔隙比大、壓縮性強、排水固結(jié)速度極慢等特點，其流變時效明顯，在恒載下將產(chǎn)生較大差異沉降和工后沉降，如不對其處理而將其直接作為工程地基，工程地基的次固結(jié)和流變沉降將持續(xù)十數(shù)年，甚至幾十年，從而導致地基失穩(wěn)和土體結(jié)構(gòu)強度破壞，影響工程的安全性及使用壽命。[1]因此，一般軟土地層不適合直接作為重大建（構(gòu)）筑物和道路的持力層，需要對其進行處理，在達到地基承載力和變形要求之后，方可進行后續(xù)施工。

1 工程概況

本項目位于東莞市濱海灣新區(qū)，為新建迎賓路東延線道路，道路標準紅線寬為30m，全長約0.665km。擬建場地地貌類型為珠江三角洲沖積平原區(qū)，經(jīng)鉆探揭露，場地內(nèi)地層自上而下為：第四系全新統(tǒng)人工填層（Q4ml）、第四系沖洪積層（Qal+pl）、第四系殘積層（Qel）。勘察期間測得地下水初見水位為0.50-1.00m，絕對標高1.65-3.83m，地下水混合靜止位埋深為0.50-2.10m，絕對標高在1.65-2.93m。本次勘察期間屬雨季，水位屬于偏高，旱季時則水位下降，線路區(qū)地下水位隨地形變化，平原區(qū)及山間洼地水位較淺，地下水位的變化與地下水的賦存、補給及排泄關(guān)系密切，地下水動態(tài)變化具季節(jié)性，年變化幅度在3.0m 左右。根據(jù)工程現(xiàn)場情況及地基處理要求，經(jīng)研究決定，對場地采用真空聯(lián)合堆載預壓施工技術(shù)進行地基處理。

2 真空聯(lián)合堆載預壓施工技術(shù)的原理

真空預壓法是排水固結(jié)法的一種，真空預壓系統(tǒng)由抽真空系統(tǒng)和排水排氣系統(tǒng)兩部分組成。先在待加固區(qū)施工咬合式水泥攪拌樁密封墻，阻斷透水性強土層的地下水源；接著在原地基表面鋪墊一定厚度的砂墊層，作為水平排水體；然后在土體中施打塑料排水板作為豎向排水體；再在砂墊層中埋設(shè)排水濾管，在砂墊層上鋪設(shè)密封塑料薄膜，薄膜四周須埋入土中，利用鋼絲橡膠軟管將排水濾管與真空泵連接；最后通過真空泵將密封塑料薄膜下的空氣抽出。持續(xù)抽真空，使塑料薄膜內(nèi)部形成負氣壓。由于排水板和砂墊層的滲透性較大，該負氣壓能使土體中的孔隙水產(chǎn)生滲流，進而流入排水板，通過排水板、排水濾管將土體中的孔隙水排出塑料薄膜外，從而使土體持續(xù)固結(jié)密實。真空聯(lián)合堆載預壓施工技術(shù)就是在真空預壓施工的基礎(chǔ)上，在塑料薄膜內(nèi)真空度達到設(shè)計要求并穩(wěn)定后，再在密封塑料薄膜表面覆土或覆水堆載，通過覆土或覆水的重力及內(nèi)部負壓的聯(lián)合作用，使軟土地基固結(jié)密實。真空聯(lián)合堆載預壓施工技術(shù)的原理如圖1 所示。當土體固結(jié)度、沉降速率等滿足設(shè)計要求時，即可卸除負壓和覆土或覆水荷載。真空聯(lián)合堆載預壓施工技術(shù)處理本工程軟土地基橫截面如圖2 所示。

圖1 真空聯(lián)合堆載預壓施工技術(shù)的原理

圖2 真空聯(lián)合堆載預壓施工技術(shù)處理本工程軟土地基橫截面

3 真空聯(lián)合堆載預壓施工技術(shù)流程及質(zhì)量控制要點

真空聯(lián)合堆載預壓施工技術(shù)流程如圖3 所示。

圖3 真空聯(lián)合堆載預壓施工技術(shù)流程

3.1 平整場地

一般真空聯(lián)合堆載預壓的場地范圍比較大，為避免覆水堆載時因場地高差太大而導致部分較低區(qū)域超載，造成不必要的浪費，實際施工時需重點控制場平標高。可將整個場地劃分為若干個10*10m 的小場地，在小場地四個角分別設(shè)置標高控制樁，土方工程施工機械在平整場地時，施工人員隨時拉線檢查場地的平整度及標高情況。

3.2 密封墻施工

密封墻是真空聯(lián)合堆載預壓施工技術(shù)的第一道工序。密封墻的主要作用是對周邊密封，一般布置在待預壓區(qū)域的四周，以確保待預壓區(qū)域的密封效果。密封墻一般采用咬合式水泥攪拌樁。其施工質(zhì)量若不好，將導致預壓區(qū)域真空度難以達到設(shè)計要求，且真空度不穩(wěn)定。所以施工過程須嚴格進行樁長及攪拌噴漿質(zhì)量控制。其質(zhì)量控制要點如下。①本工程采用雙排水泥攪拌樁密封墻，樁徑0.55m，樁距0.35m，咬合寬度0.2m，進入淤泥不透水層不小于1.5m，滲透系數(shù)不大于10-6cm/s。②施工采用“四噴四攪”施工工藝，下沉度0.5-0.8m/min，提升速度0.7-1.0m/min，下沉時噴裝壓力0.25-0.40MPa。③水泥選用42.5 級以上的普通硅酸鹽水泥，水泥摻量宜為15%-20%，水灰比為0.45-0.55，水泥用量暫定為90kg/m。④攪拌樁90 天無側(cè)限抗壓強度不小于1.3MPa；單樁承載力特征值大于100kN，復合地基承載力大于120kPa。⑤確保施工過程中設(shè)備不發(fā)生傾斜和移動，機架和鉆桿的垂直度偏差不大于1%，施工中采用吊錘觀測鉆桿的垂直度。如發(fā)現(xiàn)偏差過大，必須及時予以調(diào)整。⑥為了確保攬拌的均勻性，施工時要嚴格掌握好鉆機的提升速度、攬拌葉的旋轉(zhuǎn)速度，并采用“四噴四攪”施工工藝，以確保固結(jié)體的連續(xù)性，避免斷樁現(xiàn)象，并確保樁徑不小于550mm。當樁頂接近設(shè)計標高時，攪拌機自地面以下1m 噴漿攪拌。

3.3 鋪設(shè)砂墊層

鋪設(shè)作為水平排水體的砂墊層之前，應先將待加固區(qū)的雜物、雜草、地表積水清理干凈和再次修平場地，然后鋪設(shè)一層土工布，在土工布上鋪設(shè)50cm 厚的砂墊層。砂墊層采用中、粗砂，其泥土雜質(zhì)含量小于3%，嚴禁砂中混有貝殼、尖石等尖利硬物。

3.4 施打塑料排水板

在采用真空聯(lián)合堆載預壓技術(shù)加固軟土地基的過程中，塑料排水板起著排水與傳遞真空度的作用。[2]施打塑料排水板，優(yōu)先選用液壓插板機。但在填土較厚或填石地段，施工困難時，則采用振動插板機或引孔后再施打排水板。插板機就位后，通過振動錘驅(qū)動套管，套管對準插孔位下沉，塑料排水板從套管內(nèi)穿過，與端頭的錨靴相連，套管頂住錨靴，將排水板插到設(shè)計入土深度。拔起套管后，錨靴連同排水板一起留在土中，然后人工剪斷連續(xù)的排水板，即完成一個排水孔施打操作。然后，插板機移位到下一個排水孔繼續(xù)施打。[3]其質(zhì)量控制要點如下。①板材控制。塑料排水板的質(zhì)量和檢測應符合《塑料排水板質(zhì)量檢驗標準》（JTJ/T 257-96）中的規(guī)定，塑料排水板的施打須嚴格按照《水運工程塑料排水板應用技術(shù)規(guī)程》（JTS 206-1-2009）執(zhí)行。②板位控制。塑料排水板施工前應分區(qū)測量，定出板位，并作出標記，平面定位誤差控制在±30mm 范圍內(nèi)。③插板機施工作業(yè)時，插板機的樁靴落地定位誤差控制在±70mm 范圍內(nèi)。④施打排水板時應嚴格控制排水板的垂直度，垂直度偏差不得大于±1.5%。⑤上拔樁管至高出表層50cm，并防止排水板回帶，若回帶長度超過50cm，則在板位旁30cm 處補打一根。⑥人工剪斷連續(xù)的排水板時，要保證其在砂墊層表面露出50cm 以上的預留段。⑦振動施打排水板和引孔后留下的孔洞，務(wù)必用中粗砂及時回填密實，以防止泥土等雜物掉入孔內(nèi)而導致抽真空時密封膜破損。⑧做好施工原始記錄，記錄每根排水板的長度、孔深和施打過程中遇到的障礙及補打等情況。

3.5 埋設(shè)真空管網(wǎng)、監(jiān)測儀器

施打塑料排水板完畢，即在砂墊層中埋設(shè)真空管網(wǎng)、監(jiān)測儀器。真空管網(wǎng)分為排水濾管主管和排水濾管支管，利用鴨嘴將塑料排水板與支管連接好，支管再通過直通、三通接頭與主管相連，主管外端則通過出膜器及吸水膠管與射流式真空泵連接。塑料排水板、真空管網(wǎng)、射流式真空泵共同組成排水、排氣系統(tǒng)。其質(zhì)量控制要點如下。①主管采用DN75 毫米硬質(zhì)PVC 管，壁厚不小于4.0mm，環(huán)剛度大于20kN/m2。②支管采用DN25 毫米PVC 鋼絲螺旋增強軟管，壁厚不小于3.5mm。③出膜器的連接必須牢固、密封性可靠。④濾管應不透砂。濾管距泥面、砂墊層頂面的距離均應大于50mm。濾管周圍必須用砂填實，嚴禁架空、漏填。⑤濾管的接長，均采用一段不小于400mm 長鋼絲軟管過渡連接，濾管的接頭處設(shè)與之匹配的三通或直通接頭，鋼絲軟管套入三通或直通接頭、濾管的長度不小于100mm，接頭采用喉箍扎緊牢固。⑥主管的連接沿長度方向每30m 左右設(shè)一鋼絲軟管接頭，軟管長度不少于50cm。⑦按照2 倍塑料排水板間距布置支管，主管布置間距為30m。⑧管位布置偏差小于100mm。

3.6 密封溝、土工布、密封膜施工

真空管網(wǎng)、監(jiān)測儀器埋設(shè)好后，即開挖密封溝、覆蓋土工布、鋪設(shè)密封膜。

①密封溝緊貼密封墻開挖，深度不小于1.5m。溝中回填的軟粘土要密實且不夾雜砂石。密封溝內(nèi)側(cè)溝壁須平順。

②為了保護密封膜不被扎漏，在密封膜下鋪設(shè)二層土工布。覆蓋土工布前，要填平施打塑料排水板時留下的孔洞，并將這些孔洞搗實；清理砂墊層，撿出其中的貝殼、石子、雜物等尖銳硬物；修平砂墊層。土工布的面積大于加固區(qū)相應邊長2.0m，其搭接寬度不少于20cm，每條搭接至少縫制2 道，且要鋪得平順。

③鋪設(shè)密封膜前，將土工布上的雜物清除干凈，從加固區(qū)的一側(cè)開始，一層一層向加固區(qū)另一側(cè)鋪設(shè)。將密封膜順密封溝壁內(nèi)側(cè)鋪放入溝中。要緊貼溝的內(nèi)壁，而將密封膜放至溝底，再沿密封溝內(nèi)壁將膜邊插入溝底土中10cm 以上，然后以軟粘性土分層回填壓實，以免密封膜遭到破壞。軟粘性土須回填至周邊密封墻墻頂以下50cm 左右，作為密封溝覆水之用。[4]密封墻加密封溝內(nèi)覆水，這樣既保證了整個待預壓區(qū)的密封性，又減緩了密封膜的老化。[4]

3.7 抽真空系統(tǒng)施工

抽真空系統(tǒng)的安裝可在密封溝施工完成后進行。其質(zhì)量控制要點如下。①射流式真空泵的單機功率不小于7.5kW，在進氣孔封閉狀態(tài)下，其真空壓力不小于96kPa。②每個真空處理區(qū)配備二臺備用真空泵和一臺柴油發(fā)電機，以確保施工過程中有足夠的真空泵有效工作和充足的備用電源。③真空泵與外圍濾管主管通過鋼絲軟管連接，并設(shè)止回閥和閘閥；停泵時，應關(guān)閉閘閥。④出膜口處理的好壞將直接影響到整個密封系統(tǒng)的密封性。⑤密封膜下真空度測頭須均勻布置在周圍角點和加固區(qū)中心區(qū)域的砂墊層內(nèi)，觀測點和觀測斷面按設(shè)計要求的數(shù)量、位置埋設(shè)，距離濾管不小于2m，周圍角點膜下真空度測頭距加固區(qū)邊線6～7m。嚴禁真空度測頭與排水濾管相接。[4]

3.8 抽真空

密封系統(tǒng)及抽真空系統(tǒng)施工完成，并經(jīng)檢查驗收合格后，方可進行試抽真空。在正式抽真空之前，必須試抽真空，并須在膜面上、壓膜溝處仔細檢查有無漏氣處，發(fā)現(xiàn)后則及時補好，以免影響真空效果。其質(zhì)量控制要點如下。①抽真空時，現(xiàn)場要有專人記錄真空度和沿線巡查，如出現(xiàn)地表裂縫、密封膜被拉破等不正常情況，則應及時采取處理措施。②正式抽氣后膜下真空度應保持85kPa 以上。膜下真空度如達不到設(shè)計要求，除了檢查有否漏氣外，應考慮在多出的出膜器上加泵，以提高真空度，保證預壓效果。③若中途突然斷電停泵，應迅速關(guān)閉止回閥和截門，防止空氣倒吸入真空區(qū)內(nèi)，并立即接通備用柴油發(fā)電機，繼續(xù)進行真空預壓。④在真空預壓過程中，因加固區(qū)土體發(fā)生收縮變形，若加固區(qū)外四周地表產(chǎn)生平行于加固區(qū)邊界的環(huán)形裂縫，其向深處延伸而可能影響真空預壓施工的密封性。在這種情況下，可拌制一定稠度的淤泥漿倒灌于裂縫中，泥漿會在重力和真空吸力的作用下向裂縫深處滲入，起到一定的封閉作用。同時在加固區(qū)邊界外側(cè)挖一條平行于其的土溝，即應力釋放溝，用來釋放真空預壓所導致的對于加固區(qū)外土體的應力，從而大大減少加固區(qū)外土體的水平位移和附加沉降，進而緩解其對周圍建（構(gòu)）筑物的不利影響。

3.9 堆載

真空度達到設(shè)計要求且穩(wěn)定后，經(jīng)驗收合格，即可進行膜上堆載。堆載可采用土方或水進行。在水源充足地區(qū)一般采用覆水堆載，這樣既可保證堆載荷載的均勻性，還可省去土方挖、運的費用。本工程采用覆水堆載。覆水堆載高度根據(jù)設(shè)計要求確定。如場地高差較大時，應以標高較高處的覆水深度為準。本工程真空聯(lián)合堆載預壓加載控制指標應符合下列要求。①地基向加固區(qū)外的側(cè)移速率不應大于5mm/d。②地基豎向變形速率不應大于10mm/d。③孔隙水壓力增長值與堆載荷載增長值之比不大于0.6。

3.10 停止抽真空及卸載

根據(jù)廣東省《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》DBJ/T 15-38-2019 中6.2.18 條規(guī)定，預壓天數(shù)一般不少于90 天，加固區(qū)地基固結(jié)度不小于80%，具體以設(shè)計圖紙及監(jiān)測數(shù)據(jù)中的沉降值及固結(jié)度為準。本工程在膜下真空度穩(wěn)定地維持在85kPa 以上的條件下，持續(xù)抽氣，根據(jù)實測沉降曲線推算的地基平均固結(jié)度達到90%、地基承載力特征值不小于120kPa、連續(xù)5-10d 的平均沉降速率不大于2mm/d、地基土殘余沉降量不大于30cm 時，即可停泵卸載。

4 對真空聯(lián)合堆載預壓施工的監(jiān)測

本項目采用真空聯(lián)合堆載預壓進行地基處理。因此，本項目與一般公路軟基相比，其施工監(jiān)測就顯得更為重要。其目的和意義如下。①為地基處理的質(zhì)量評價問題提供依據(jù)，包括對工后沉降的分析和缷載時間的把握。②通過對真空預壓段施工過程中的參數(shù)（如沉降板和孔隙水壓力）的跟蹤監(jiān)測，分析安全穩(wěn)定性，指導現(xiàn)場施工，確定和優(yōu)化施工參數(shù)，進行信息化施工，并據(jù)此調(diào)整施工進度，確保工程安全、順利實施。③根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，及時發(fā)現(xiàn)危險的先兆，分析原因，判斷工程的安全性，以便采取必要的工程措施，防止發(fā)生工程破壞事故和環(huán)境事故。④對荷載進行實時監(jiān)控，確保荷載量值穩(wěn)定。⑤評價工程的技術(shù)狀況，檢驗設(shè)計參數(shù)和設(shè)計理論的正確性。⑥對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行反分析，推算淤泥的壓縮固結(jié)系數(shù)，并結(jié)合室內(nèi)試驗參數(shù)進行綜合分析，據(jù)此對設(shè)計方案進行優(yōu)化。⑦通過對沉降、孔壓等實測數(shù)據(jù)的分析，提出缷載時間。本項目監(jiān)測工作內(nèi)容包括分層沉降、孔隙水壓力、靜力觸探、沉降板、測斜、地下水位、膜下真空度監(jiān)測。

5 對真空聯(lián)合堆載預壓加固效果的檢測

為檢測加固效果，在采用真空聯(lián)合堆載預壓施工技術(shù)對本工程軟土地基進行處理前后，施工單位對其進行了取樣檢測。本工程的施工檢測有十字板剪切試驗、載荷板實驗、標貫試驗、鉆孔取土試驗等。

5.1 土體含水率變化

本工程軟土地基加固前后土體含水率變化如表1 所示。由表1 可知，相較于軟土地基加固前，各深度土樣含水率均有明顯下降。

表1 軟土地基加固前后土體含水率變化

5.2 土體孔隙比變化

軟土地基加固前后土體孔隙比變化如表2 所示。由表2 可知，相較于軟土地基加固前，不同深度的土體孔隙比均有明顯降低，而土體孔隙比的降低會導致土體滲透性減弱，進而加快土體固結(jié)速度，促使軟土地基得到加固。[2]

表2 軟土地基加固前后土體孔隙比變化

5.3 本工程軟土地基處理完成后的建設(shè)場地狀況

本工程軟土地基處理完成后的建設(shè)場地狀況如表3所示。由表3 可知，本工程軟土地基處理完成后的建設(shè)場地狀況達到設(shè)計要求。

表3 軟土地基處理完成后的建設(shè)場地狀況

綜上，本工程采用真空聯(lián)合堆載預壓施工技術(shù)對軟土地基進行處理，土體性狀得到明顯改善，加固效果良好。

6 結(jié)束語

該工程實踐表明，作為一種新型的軟土地基加固技術(shù)，真空聯(lián)合堆載預壓施工技術(shù)在沿海軟土地層處理中技術(shù)效果顯著，值得在工程實踐中繼續(xù)改進、推廣。