章立华
(厦门象屿工程咨询管理有限公司,福建 厦门 361012)
真空预压是在加固区的软土地基内打设排水板作为竖向排水通道、铺设水平管网作为水平排水通道,然后表面铺设密封膜,边界采用淤泥搅拌桩密封墙与外界隔水、隔气,形成一个密封的排水系统;通过真空泵将膜内气体和水抽出,形成真空负压,该负压通过真空管道及垂直排水通道逐渐向深度方向延伸,并向四周土体扩散;在真空负压作用下,土体中的孔隙水排出,随着时间的增长,土体中的孔压力逐渐降低,降低的孔压转变为土体的有效应力,从而达到加固软基的目的。真空预压工艺适用于淤泥、淤泥质土和其他能够排水固结且能形成负超静水压力边界条件的软基处理。
厦门翔安欧厝吹填造地工程主要是利用现有滩涂条件进行吹填,并采用真空预压处理软基形成造地。工程地质条件为新近吹填淤泥层、海相沉积淤泥层、粘土或砂层下卧层,其中部分新近吹填淤泥含砂量较大;需处理的新近吹填淤泥层、海相沉积淤泥层总体深度为7-10 m,局部深度12 m;土体性能表现为:含水量大、压缩性高、渗透性差、触变性强、抗剪强度低。根据设计文件:采用真空预压工艺,要求膜下真空度不小于80kpa的恒压时间120 d以上,施工完成后要求场地工后沉降小于30cm,地基承载力不小于60kpa。
1、砂垫层施工:
砂垫层施工采用人工分层铺设、平整,由于预压区为新近吹填淤泥,晾晒时间较短(30 d-45d),强度低,因此现场砂垫层施工采用了在承载力较低的淤泥层上铺设加筋材料(加铺竹片篱笆和350 g/m2短纤针刺非织造土工布)的做法,土工布与竹片篱笆采用细铁丝绑扎连接。
2、塑料排水板和泥浆搅拌桩施工:
塑料排水板型号为SPB-B型,采用了门架式震动插板机进行施打,自动记录仪记录深度,排水板按正三角形梅花布置,间距1.0 m,施打深度至持力层以下0-0.5 m。
泥浆搅拌桩施工主要是通过在加固区周边施打一定深度和厚度的相互搭接的泥浆桩而形成一道分隔帷幕,切断透水、透气层,保证加固区的气密性。因为加固场地临近海边,考虑到潮汐水位的冲刷作用,淤泥搅拌桩设计成双排,直径为700mm,相邻搅拌桩相叠宽度为200mm(即桩距为500mm),泥浆搅拌机型号为SJB-2型,采用的泥浆比重≥1.35 t/m3,掺入比指标≥20%,搅拌机四喷四搅方式进行施工,通过观察设备电流表读数变化(在下卧层与淤泥层交界处电流表读数会有明显变化)并结合设计桩长、现场地质情况等控制桩长。
3、水平管网及真空膜的铺设:
水平管网采用主管、支管相连,网格形布置的方式,主管间距为25~30m,支管间距为5~6m。管路间连接应用硬质胶管套接,主管采用直径为60 mm的PVC硬塑管制作,支管采用直径为60 mm的渗水型PVC波纹软管外包一层90g/m2的无纺土工布形成滤管,按设计尺寸将管路连接好,接头用铁丝绑扎牢固,埋入砂垫层管沟中。
真空膜铺设采用"两膜一布"的方式,密封膜为聚氯乙烯薄膜,在工厂加工热合成型;铺膜前,先铺设一层土工布以免密封膜被刺破;铺膜过程中,随铺随压膜,随后进行密封沟踩膜,将密封膜周边踩入搅拌墙淤泥深度超过1m,并紧贴加固区内侧壁。
4、真空设备安装及真空抽气:
根据工程地质条件及抽真空设备能力,选用真空射流泵,其功率应不小于7.5kw,可形成96kPa真空度的能力,每台真空泵的有效处理范围为800m2左右,各区应配置备用泵2-3套,安装完毕后应检查真空设备及各连接口,确保气密性。然后空载调试真空泵,当真空度达到98kPa以上,试抽真空,试抽阶段应进行地毯式的巡查,对破膜处及时粘补,作业时逐渐增加工作台数。当真空度达到80kPa以上后,维持120 d的连续抽真空;并派专人每日按时对真空度、设备运转状况、供电情况及其他真空预压施工情况均要进行详细记录。
5、施工监测
施工监测系统包括真空度监测(膜下、竖向排水体及淤泥中)、孔隙水压力监测、地面沉降观测、深层沉降和水平位移监测等。而真空度、沉降监测是真空预压工程监测的重要内容,可为工程的过程分析和施工指导提供第一手的资料,施工监测的图形见附图(附图2-1,附图2-2,附图2-3)。
现场监测结果表明:加固区累计抽真空历时130 d,膜下真空度维持在80kPa以上的时间超过120 d。抽真空期间实测地表沉降量平均值达85cm,实测地面沉降量连续10 d不大于2 mm/d,根据实测沉降推求最终沉降量平均值为109cm,沉降速率渐趋稳定,实测沉降曲线推算的地基固结度大于80%,,在现有荷载作用下,工后沉降小于30cm,静荷载试验达到设计要求。
1、施工过程中膜下真空度均稳定地达到设计要求的80 kPa,事实表明,采用含泥量小于5%、1 m厚的中粗砂垫层,可以保证真空度顺利传递到水平及竖向排水体系;采用2层厚度大于0.12 mm的聚氯乙烯密封膜,在周边打设双排泥浆搅拌桩,并辅以人工踩膜(深度超过1 m)的真空预压施工工艺(包括相应的施工机械)能够很好地保证密封效果,提高膜下真空度。
2、砂垫层施工过程中加筋材料的采用,能有效地扩散上部荷载,提高吹填淤泥的地基承载力,满足后续塑料排水板、泥浆搅拌桩施工机具的安全作业要求,是一种对晾晒时间不够的吹填淤泥表面进行处理的有效措施。
3、真空预压的实际效果主要取决于加固区的密封程度,而泥浆搅拌桩的施工质量关系重大,在实际施工过程中一分区曾出现真空预压一个多月时,膜下真空度由维持在80Kpa突然下降至50Kpa的现象;开启备用泵一周后真空度仍无法回升、出水量持续加大,排除密封膜漏气(重新检查)、踩膜深度不够(重新踩膜)的原因,经分析可能是由于分区吹填淤泥中含砂量较大,搅拌过程中泥浆与砂混合所形成的桩体在真空负压的作用下,泥浆逐渐干结,砂粒之间产生孔隙形成透水通道所致,随后在补打过程中,调整了泥浆稠度、加大了出浆量,在原有四喷四搅的基础上再按二喷二搅重新施打后,真空预压顺利实施。由此可见吹填泥中含砂量的多少对泥浆搅拌墙的密封性有一定影响,可以通过对泥浆性能、搅拌速率、搅拌次数,搅拌桩宽度等要素的调整提高密封效果。
4、真空预压的实际效果还取决于真空泵的工作性能,目前真空设备的实际工作性能可达到80-90kPa左右,难以继续提高,施工中根据吹填泥中含砂量情况,按800 m2/台、1000m2/台、1200 m2/台对布泵台数进行了分区实验,结果表明,对于全淤泥质加固区,按800-1000 m2/台布置真空泵,对于含砂量较大的淤泥加固区,按1000-1100 m2/台布置真空泵,可达到预定的真空预压效果。
4、在真空作业前期(0-20d)时,膜下真空度随着真空泵台数的增加明显提高;在真空作业中后期(20-100d),膜下真空度已较为稳定,真空泵台数的增加相对难以改变真空度的大小。但是从渗流的角度来考虑,维持足够的真空泵,可继续排除孔隙水,加强加固效果;在真空作业末期(100-120d),适当减少真空泵台数(不少于泵体总数的80%),对真空预压的效果影响不大。目前,在施工过程中,真空泵的增减具有随意性,因此在真空预压的前期和中后期,维持90%-100%左右的开泵数对真空预压十分关键,在真空预压末期,适当减少真空泵台数,维持80%左右的开泵数也可保持真空预压的效果,并可节省部分施工费用。
5、真空度在向地基深部传递的过程中,随着深度的增加,在排水板和淤泥中均呈现递减趋势,且真空度传递在排水板和淤泥中所受到的阻力不同,在塑料排水板中所受的阻力小,真空度相对较容易传递,真空能量损失较小;在淤泥中所受的阻力大,随着抽气时间的增加土层发生固结,真空度的传递能力有所下降,真空能量损失较大;淤泥处真空度变化较之排水板处真空度变化有一个相对滞后的过程。
6、在真空预压地基中,孔隙水压力的量测主要是为了了解真空度在淤泥中的传递情况。抽真空开始后,各区的超静孔压随着时间缓慢下降,最大值达到-60 KPa~-80 KPa。超静孔压的升降与真空度有良好的对应关系。
7、本工程塑料排水板施打深度大部分为9-10m,局部达到12m,真空度的影响深度基本可达到竖向排水体末端,同深度淤泥层中也都有真空度。但是在深度9-10m的地方基本真空度已经很小了,真空预压的效果较为明显区域的大致在淤泥面以下深度0-7m范围,本工程的加固效果表明单纯的真空排水预压处理深度10m左右的浅层地基,效果较为明显。
8、为提高软土的整体固结的效果,可加大排水板的埋深、采用高渗透性、高排水能力的竖向排水体以减小真空度的损失,也可以采用真空联合堆载的方式。
真空预压在翔安欧厝造地工程的应用表明,相对于常规的堆载预压,真空预压加荷速度快,无需堆载材料、加荷中不会出现地基失稳现象,且预压效果明显;解决了工期要求紧、堆载材料缺乏和卸载后堆载材料的处理问题,对于浅层地基处理是较为理想的方式;但是,真空预压软基处理工艺影响因素多,比较复杂,施工技术要求较高,对每一工序进行严格控制是预压处理成功的保障,如此才能获得理想的软土地基处理效果。
[1]鲍凤霞,李宗锋.真空预压施工技术.山西建筑,2007年34期.
附图2-1:
附图2-2
附图2-3