真空预压技术在天津港软基处理中的应用

王洪余

天津港是建造在淤泥质海岸上的人工港口。该地区的地质结构是海相和陆相交错形成的,该地区压缩性高、含水量大、天然抗剪强度低的软土层(淤泥、淤泥质黏土、淤泥质亚黏土等)厚度一般在20 m左右,个别地区达25 m,因而,如何处理软基对港口建设的发展有着十分重要的作用。近年来,随着天津港围海造陆和围埝工程的兴起,塑料排水板结合真空预压加固软基技术在港口工程中得到了广泛应用,此方法具有造价低、工期短、节省土方、加固效果有保证的优点。因此,特别是对地面设计荷载比较高的港口工程具有堆载预压和其他加固方法无法比拟的优势。

1 施工工艺及方法

1.1 挖密封沟

密封沟就是在加固区四周挖一定深度的沟槽用于埋设密封膜,深度一般以进入不透水层顶面以下1 m为宜。密封沟工作量虽不大,但它直接关系到密封效果的好坏,因此要认真、细致、严格地去做好这一工作。密封沟施工采用液压反铲、人工配合开挖,在铺设密封膜以后,用淤泥或黏土回填密实。

1.2 埋设管路及膜下测头

真空滤管采用φ76 mm硬质透水管(硬聚氯乙烯或聚丙烯管),壁厚2.9 mm,打孔加工后包土工织物滤水管层,并捆扎结实,滤水层应只透水汽不透砂。对于真空滤管采用胶管连接的,胶管套入滤管长约100 mm,并用铅丝绑扎,绑扎要紧,同时绑扎铅丝结头严禁朝上,以免扎破滤膜。滤管相交叉处采用二通、三通或四通连接。在加固区的中间部位,管与管之间用四通管连接,旁边管用三通管连接,四个角管与管之间用二通管连接,为防止有较大的不均匀沉降,二通、三通、四通与滤管之间以及滤管与滤管之间采用橡胶波纹管连接,胶管套入滤管长约10 cm。滤管接好后埋入砂中20 cm左右,埋好后再用砂覆盖好,覆盖密实度与砂层一样。膜下真空度测头分别布置在角点和加固区中心,角点膜下真空度测头距加固区边线5 m,与真空滤管的距离不小于3 m,严禁真空度测头与滤管直接连接。

1.3 铺设密封膜、出膜

在上述工作完成后,应先捡除砂垫层表面杂物,并人工细平砂垫层。待埋完真空表测头及其他观测仪器后,人工铺设密封膜。密封膜采用三层聚乙烯或聚氯乙烯薄膜,密封膜质量必须符合设计要求,密封膜要求在工厂热合一次成型,若现场粘结,搭接宽度不得小于2 m。真空膜分层铺放在整个真空预压区域,注意四周加固,密封膜应留有足够的超宽余量(3 m～5 m),然后将膜体周边埋入密封沟内,用淤泥、黏土回填密封沟并压实。铺密封膜是本工程的关键工序,质量好坏直接影响加固效果,防止密封膜的损坏。出膜:滤管出膜端采用出膜器予以处理。真空主管通过出膜器及吸水管与真空泵连接,出膜器的连接必须牢固,密封可靠。出膜器采用φ5 cm无缝钢管制成,伸出膜外30 cm,出膜口留有可伸缩扎紧的富余膜,所有的膜操作人员必须穿软底鞋或光脚进行操作。

1.4 安装射流泵、安放地表沉降标

1)本工程射流泵采用3BA-9型,额定功率为7.5 k W,能形成不小于0.096 k Pa的真空压力。2)安装时按射流泵布设图进行,必须保证位置准确,连接处要密封,安装后进行调试,检查质量,做好抽气准备。3)沉降标底板放置在密封膜之上,随沉降的发展,沉降标随之下沉,用水准仪定期观测,埋设完毕后,立即测量杆顶初始高程。4)接通抽真空设备。

1.5 抽真空及真空维持

1)试抽气。调整各种仪器的初读数,进行开泵抽气,检查膜上是否有漏洞,如有,要采取措施修补好,修补好后,可向膜上覆水,抽真空,膜下真空度达到650 mmHg(85 k Pa)。2)正式抽气。要求膜下真空度大于650 mmHg(85 k Pa),恒载72 h后开始正式计时。真空满载计时后,确保达到设计要求的开泵率。真空预压满载抽气时间90 d。3)抽气过程。在抽气过程中,要维持射流泵的正常运转,射流箱内循环水要不断补充,水泵、电机要定期维修保养,并各有一定数量的备用水泵、电机。4)真空恒载后。抽气过程中保证设计真空压力,确保达到设计要求的开泵率。5)排水。真空预压过程中,采取集中、有序的排水方式,避免对周围其他工程施工区域造成负面影响,保持现场环境的井然有序。6)恒载阶段的沉降观测。真空恒载后,依据高程控制网在施工中应及时做好现场的沉降观测工作,要求施工前期每隔1 d测读一次,施工后期每3 d测读一次,泵上及膜下真空度每4 h测读一次,并做好记录。7)施工记录。每天按要求时间对真空度予以记录,对于设备运转情况,供电情况及其他与真空预压有关的施工情况均要进行严格详细记录。

1.6 真空预压卸荷验收

当真空预压加固区在膜下真空度达85 kPa的条件下连续抽真空3个月,或已经满足设计要求的固结度时,即可以停机卸荷,交工验收。

2 真空预压加固效果分析

2.1 分层沉降分析

图1是天津港滚装码头堆场加固工程2区真空预压的分层沉降曲线,可以较客观地反映出真空预压的沉降趋势。

根据分层沉降的监测数据,各加固区沉降量为892 mm～1 334 mm,卸载时根据分层沉降推算的固结度为90.0%～91.1%,且卸载时各加固区连续10 d实测地表平均沉降速率不大于2.0 mm/d,满足设计要求。

2.2 孔隙水压力分析

在抽真空过程中,由于真空度向下传递,引起土体孔隙水压力降低,从图2中2区的监测数据可以看出,真空预压过程中孔隙水压力向深度方向传递明显,孔隙水压力消散情况良好。

2.3 其他监测及结论

1)根据施工单位提供的地表沉降数据进行分析可知,地基在施工过程中发生了较大的沉降,实测地表总沉降在1 165 mm～2 288 mm之间,且连续10 d的沉降速率不大于2.0 mm/d,满足设计要求。2)根据实测分层沉降的监测结果,真空预压期间土体的总压缩量为892 mm～1 334 mm,卸载时利用分层沉降推算的地基综合固结度为90.0%～91.1%,且连续10 d的沉降速率不大于2.0 mm/d,满足设计要求。3)根据孔隙水压力的监测结果,加固过程中地基充分排水固结,卸载时根据孔隙水压力消散情况推算的地基综合固结度为85.7%～90.4%。4)根据加固前后的取土试验结果进行对比分析可知,加固过程中地基土的物理力学指标均得到了有效改善,主要加固土层土性指标改善明显,起到了较好的加固效果。5)通过加固前后现场十字板剪切试验可以看出,各加固土层的抗剪强度均有较大的提高,主要加固土层的十字板抗剪强度增长十分显著。

3 结语

根据以上分析,真空预压对于大面积深厚软基的处理具有工期短、造价低、施工简便、效果好的优势。在将真空预压应用到港区大面积软基加固中时,对于真空预压的分块、吹填泥面的处理、加固区的密封、真空度恒载及地基中砂性土的分析等是技术处理的关键,根据实际情况增加覆水深度将使真空预压取得更大的成效。

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