深層真空預壓法在軟土地基中的應用

張志剛 ZHANG Zhi-gang

（山東信誠建設管理有限公司，東營 257091）

0 引言

在軟土地基施工中真空預壓法有如下優點：①不需要大量堆載，可省去加載和卸載工序，節省大量材料、能源和運輸能力，縮短預壓時間；②真空預壓法所產生的負壓使地基土的孔隙水加速排出，可縮短固結時間；同時由于孔隙水排出，滲流速度增大，地下水位降低，由滲流力和降低水位引起的附加應力也隨之增大，提高了加固效果。東營港東營港區一突堤碼頭項目陸域出入場道路路基由于吹填時間短，地質狀況復雜，針對軟土地基處理各種方法優缺點的對比及綜合考慮確定使用深層真空預壓法。

1 工程地質狀況

吹填土的物質是粘土和粉土、粉砂，在吹填管口處，沉積的土顆粒較粗，遠離管口方向逐漸變細，反映出水力分選作用的特點。有時在吹填過程中，由于泥砂的來源有所變化，造成填土在縱橫方向上的不均勻性。

典型地質情況如圖1 所示。

圖1 東營港東營港區一突堤集裝箱碼頭項目典型地質圖

2 施工準備

①測量準備：施工進場后根據基準點為引測基點進行引測，將引測資料上報監理單位審核通過后以此作為本工程的測量基點，并定期校核檢測。

②材料準備：將所需的材料運往場地便利的地方堆放并用防水布蓋好、確保材料質量的安全。（圖2）

圖2 真空處理斷面圖

3 主要施工流程及質量控制

真空預壓主要包括：施工便道搭設、排水系統施工以及抽真空施工。

①施工臨時便道搭設：按施工處理面積及區塊劃分原則，利用臨時施工便道進行處理區塊劃分，亦為吹填泥面開展施工提供前提條件。施工便道采用“毛竹架+泡沫板”方式搭設。泡沫板規格為1m×2m。

②鋪設工作墊層：本工程工作墊層材料選用200g/m2聚丙烯編織布，鋪設形式以滿足安全施工為標準。具體施工方法如下：

1）選用200g/m2編織布，進場前預加工成50m*20m 塊狀，卷好并扎緊，利用泡沫板作為臨時路運到指定位置。施工人員借助泡沫板用竹竿向前推進鋪設，泡沫板隨著編織布的鋪設向前移動，編織布邊緣處需用雙線縫合，縫合邊緣不小于10cm。從處理區臨近周邊道路一側或臨時搭設的施工便道，沿處理分區某一方向向前推進方式進行人工攤鋪，編織布的拼接采用手提工業縫紉機縫合，包縫或丁縫，搭接寬度≥200mm，縫合尼龍線強度≥150N。鋪設完畢的編織布強度不低于編織布本身抗拉強度。為確保編制布鋪設的連續性，在加固區四周相應向外延伸1m，并用砂袋或泥袋固定。

2）待編織布鋪設完成后鋪設竹籬笆。竹籬笆采用單片面積不小于3 平方米，錯縫鋪設。鋪設完成并滿足施工人員行走無阻礙。竹籬笆鋪設完成后進行竹排綁扎，竹排用竹竿搭成井字形，竹竿間距暫定50cm*30cm，根據場地內鋪沙情況需要調整，竹竿搭接不小于1m，交錯點用鐵絲綁扎，每根竹竿上綁扎點不小于4 個，確保穩定不移動，根據鋪砂進度和方向，竹排上再鋪設編織布一層。

3）在第二層編織布上鋪設砂子，砂子鋪設40cm 厚，攤開鋪平后為便于運輸砂子車輛通行，加鋪12mm 厚鋼板，鋼板并排鋪設4 張，作為小型運砂車的臨時道路。砂子鋪設完成后可進行后續施工。

③打設塑料排水板：采用真空預壓法進行流泥固化，豎向排水板按設計要求選用合適的塑料排水板類型。采用輕型插板機打設排水板，排水板直接與濾管連接，需保證連接的密封性。排水板深度10m（底部達到-5.0m 高程），間距為0.7m，正方形布置。

④真空管網鋪設及連接：真空管網鋪設、連接各區主管布設間距不宜大于30m。 串接濾管、連接“二通”“三通”“四通”: 必須選高強度整體“二通”“三通”“四通”進行連接施工，其強度須高于真空濾管的管體強度。“二通”“三通”“四通”與濾管的連接要充分密實，必須綁扎牢固，防止抽真空時濾管斷開破壞排水通道。

1）出膜裝置安裝：射流真空泵及檢測設備的出膜裝置表面應清理干凈，然后用塑料薄膜包裹后安裝。射流真空泵出膜裝置應設置在各單元區周邊的主濾管上，距離邊線距離不少于5m。真空壓力測頭安放在距離真空泵不少于15m 的單元區四角及中間，周邊濾管的最遠點，且不得與濾管溝通及靠近。

2）密封溝設置及密封膜鋪設：密封膜埋入不透水土層深度不應小于0.8m，相鄰密封膜預留間距（即密封溝范圍）宜為50～100cm，以確保密封溝密閉性，必要時用粘土回填密封溝。壓膜施工時應注意保護密封溝附近排水板與濾管的鏈接。

3）真空泵的布設：根據規范《真空預壓加固軟土地基技術規程》的要求采用四周型布置，真空度測頭根據設計進行，距加固區邊線6～7m，真空泵及真空測頭與密封膜連接處應采取措施保證密封性。

4）開泵試驗：安裝射流泵，連接抽真空設備，試抽氣，仔細檢查各區膜下密封情況，膜下真空度達到80kPa 以前，膜上不宜覆水。

5）抽氣預壓：地基處理的真空泵布設參照規范執行。真空預壓前期應控制開泵率，并輪換開泵，逐漸增加開泵率，以防止土顆粒在高真空壓力下積聚形成土柱，后期開泵率不得低于80%。預壓期間應采取有效管理措施，確保有效開泵率和泵機的正常工作狀態，未經設計、監理同意不得停泵。在確保真空度的情況下，可適當覆水以提高真空預壓效果。覆水高度根據現場實際情況確定，一般不高于80cm。

4 卸載

總的抽真空時間不小于90 天，原則上固結度大于90%，連續5 天平均沉降小于1.5mm/d 時可逐步減壓直至停抽。按照設計要求，以書面報告的形式提出停泵要求，經業主單位同意，停止抽真空。

①施工質量要求：抽真空設備宜采用射流泵，其單機功率≥7.5kW，安裝好真空泵系統，空載調試真空射流泵，當真空射流泵上真空度達到96kPa 以上，試抽真空。在膜面上、壓膜溝處仔細檢查有無漏氣情況，發現后及時補好。抽真空時應嚴格控制真空度加載速率，開始時可先開啟少數真空泵，并交替開泵。當真空度達到50-60kPa、經檢查無漏氣現象后，開始膜面蓄水，使吹填土形成一定的固結度，再逐漸增開真空泵，膜下真空度應穩定地維持80kPa以上。真空泵布置密度原則上900～1100m2/臺，施工后期抽真空設備開啟數量應超過總數的80%。在滿足真空度要求的條件下經業主驗收，方可停泵卸載，驗收指標，真空預壓后，0～1.5m 深度處理深度范圍內地基承載力特征值fak≧30kPa。

②注意事項：真空系統運行時，應保證負壓真空的連續性，正常出水規律為“先大后小，先渾后清”。在運行過程中應經常觀察，如出現不出水等異常情況，應立即檢查管路是否漏氣、真空管是否堵塞，發現情況后及時糾正，若情況嚴重時要求重新埋設。真空管口應有保護措施，防止雜物掉入管內。為防止濾網損壞，在水平向真空體管線放入前，應認真檢查，以保證濾網完好。埋設時確保管道的順直、并有一定的松施度，按設計要求將真空排水體埋設到準備位置。

5 試驗監測

根據設計圖紙要求，深層區域處理時主要進行孔隙水壓力、深層分層沉降、表層沉降、水位監測、真空度監測及現場原位取土、十字板試驗。

①孔隙水壓力：根據設計圖紙，設置5 個測點，抽真空初期一天測一次，預壓滿10 天后2 天測一次，30 天后5天一次,60 天后10 天一次。

②深層分層沉降監測：根據設計圖紙，設置1 組，抽真空初期一天測一次，預壓滿10 天后2 天測一次，30 天后5天一次，60 天后10 天一次。

③表層沉降觀測：在插塑料排水板之前埋設，并記錄原始表高。觀測誤差不大于2mm，抽真空初期一天測一次，預壓滿10 天后2 天測一次，60 天后10 天一次。

④真空度監測：在插板后敷設真空膜前埋設5 個真空度測頭傳感器，抽真空初期一天測一次，預壓滿10 天后2天測一次，60 天后10 天一次。

⑤為驗證試驗段預處理效果，增加現場原位測試。加固后鉆探取土3 個孔，深度12m，進行室內土工試驗，測定天然含水率、孔隙比、重度、飽和度、固結系數、壓縮系數、快剪強度等指標。加固后現場做十字板剪切試驗3 個點，深度4m，每隔一米試驗一次，測定剪切強度。

6 試驗檢測及結果計算

自2023年4月16 日至8月10 日，檢測結果如下：

真空預壓區平均標高：3.36m；連續五日平均沉降1.95mm/d。

沉降量推算及固結度計算：依據《真空預壓加固軟土地基技術規程》JTS 147-2-2009 附錄B 及實際沉降資料可得：現場實測沉降資料推算最終沉降量及固結度。

α、β 值確定示意圖式中依據《真空預壓加固軟土地基技術規程》。（圖3、圖4）

圖3 α 、 β 確定示意圖

圖4 東營港東營港區一凸堤集裝箱碼頭項目α、β 確定示意圖

St——滿載時間的實測沉降量（m）；

S0——滿載開始時的實測沉降量（m）；

t—— 滿載預壓時間（s），從滿載時刻算起；

S∞——最終沉降量（m）；

ɑ、β——待定系數，可根據實測資料確定。

由實際觀測點沉降資料可得：根據滿載開始時的實測沉降量S0=0.521m，實測沉降量St=1.42m。

擬合求出β=0.981，由現場實測沉降資料推算最終沉降量S∞=1.54m。

由現場實測沉降資料推算固結度U=1.42/1.54×100%=92.21%。

7 結論

沉降-時間曲線達到收斂，實測地面沉降速率連續5d～10d 平均沉降量小于或等于2mm/d；真空預壓固結度為92.21%。通過對吹填區深層真空預壓的處理，試驗檢測結果滿足地基處理的規范要求。