浅析真空预压联合堆载处理深淤土地基

戴亚飞 邱兆军

(江苏盐城水利建设有限公司 224002)

1 工程概况

连云港连云新城位于黄海海州湾内，利用潮间带滩涂资源进行建设，规划总面积为4888.31hm2，其中，滩涂面积3123.71hm2，围海造地面积1764.60hm2。海滨大道位于连云新城的临海侧，其范围均利用原潮间带进行吹填增高形成陆域，吹填标高为+4.60m，淤泥底标高为－17.08～－10.10m。经设计比选，采用真空预压联合堆载的方法对地基进行加固，加固路基宽度为54m，总面积为34.428万m2。

根据地质勘探资料，本工程淤泥土的主要物理力学指标为:含水量74.7% ～81.4%、天然密度1.54～1.58g/cm3、天然孔隙比2.03～2.251、塑性指数26～32.1、液性指数 1.98～1.59、压缩系数为 1.66～2.96MPa－1、压缩模量1.66 ～1.11MPa。

在海滨大道整个工程施工之前，先进行了300m的试验段施工，主要目的是检验所采用的施工设备是否满足要求，施工工艺是否合理，并且通过试验段确定施工所需要的相关参数，为工程的全面开工提供依据，以指导全线工程的施工。

2 真空预压加固原理

真空预压联合堆载是将真空预压和堆载预压有机结合起来处理软基的一种方法，它主要广泛应用于交通、水利、工民建、港口等工程的软土地基加固，通过工程实践，取得了较好的效果，积累了丰富的经验，并使得这项技术日臻成熟完善。真空预压的基本原理是将软基处理区域作为一个密封体，通过真空泵负压源将土体中的孔隙水和空气抽排出加固体，从而使土体固结，提高地基承载力。

3 工艺流程

真空预压联合堆载法的工艺流程为:搭设浮桥→铺设一层180g/m2的编织布→布设纵横间距0.6m的竹排→铺设0.5m中粗砂垫层→插打排水板→铺设滤管→铺设一层200g/m2的无纺土工布→铺设三层密封膜→开始抽真空→10天后铺设一层200g/m2的无纺土工布→填0.4m厚粉细砂→堆载1～2m厚开山土石→抽真空165天，固结度达85%后卸载。

4 材料要求

4.1 中粗砂垫层

中粗砂垫层是指陆上施打塑料排水板的排水垫层，厚度为50cm，含泥量小于5%，砂垫层干密度大于1.5t/m3，渗透系数大于5 ×10－3cm/s。

4.2 编织布

编织布为防止密封膜被破坏而设的保护层，规格为180g/m2。

4.3 塑料排水板

塑料排水板要求采用高性能材料，板芯采用全新料聚乙烯或聚丙烯制作，齿槽必须光滑挺直，以减小排水阻力和保证通水量。滤膜必须薄而紧密，孔径分布合理稳定，不因外力拉伸而发生变化，既能起到良好的隔土性、反滤性，又有较好的渗透性，在长期浸水条件下，滤膜不易出现分解、强度降低、排水性能变差的现象。整个复合体必须柔软且有一定的强度，以便在地基沉降引起排水板弯曲变形时仍能正常发挥排水作用。

4.4 密封膜技术指标

密封膜技术指标表

5 地基处理施工过程

5.1 搭设浮桥、铺设编织布

本工程土质为吹填淤泥土，施工前用块体泡沫搭设浮桥，再利用浮桥铺设编织布。编织布用手提缝纫机现场缝合，顺道路方向依次平铺，缝接宽度不小于20cm(见图1)。

图1 铺设编织布和竹排

5.2 铺设竹排

竹架纵横间距为0.6m，竹子大头与小头相接，搭接长度不得小于1.0m，交叉点采用铁丝现场绑扎(见图1)。

5.3 铺设砂垫层

砂垫层采用小型翻斗车及人工配合铺填整平，施工过程中防止对淤泥土的过大扰动而局部挤出隆起，以免造成砂垫层与淤泥土混合或砂垫层被切断，影响垫层的连续性和整体排水效果。砂垫层密实厚度为50cm，平整度为±5cm。

5.4 塑料排水板施工

采用轻型插板机进行施工，插板机定位时，管靴与板位标记的偏差控制在70mm内，垂直度控制在±1.5%，回带长度不超过500mm，根数不超过打设总根数的5%。在施打塑料排水板的过程中严禁出现扭结、断裂、撕破滤膜等现象。

5.5 铺设真空滤管

真空滤管采用φ76塑料波纹管，在管壁上每隔5～8cm钻一直径φ5～7的小孔，制成花管，在花管的外面缠绕尼龙绳作为支撑，再包一层90g/m2的土工布作为隔土层。滤管连接采用柔性接头并使之牢固，防止地基沉降时将其拉断，连接长度不小于100mm。在埋设滤管时要确保滤管上的滤膜不被破损，塑料波纹管必须具有一定的强度。滤管出膜处必须保证密封效果，确保排水通畅。滤管布设完毕后，将场地中的杂物、竹杆、碎石等清理干净，并铺设180g/m2的编织布防护刺破塑料密封膜(见图2)。

5.6 压膜密封沟

压膜密封沟超过中粗砂垫层50cm，地表处沟宽度为2m，清除沟内的砂土和石块，铺膜后用素黏土将沟回填至与地表齐平。

5.7 铺设无纺土工布

无纺土工布纵横连接采用手工缝接，二道锦纶线，缝接宽度不小于0.5mm，针脚间距不大于5mm，不得采用搭接。已铺好的无纺土工布注意保护，禁止践踏，并防止泥水侵入。

图2 布置真空滤管

5.8 密封膜施工

密封膜单层厚度为0.12～0.16mm，共铺设三层，采用聚乙烯或聚氯乙烯薄膜，分单层压入压膜沟底50cm以上。密封膜在工厂一次成型，顺道路方向采用现场粘接，搭接宽度不小于2m。密封膜铺设前认真清理平整砂垫层，然后按区域先后顺序分层铺设与搭接，每层膜铺设完成后派专人检查膜是否完好，发现有破裂处，及时用清水清洗干净，再用胶水贴膜补好，完成后进行下道铺设膜工作。铺膜过程中，随铺随用砂袋进行压膜，防止风将铺好的膜卷走撕裂，在铺膜完成的同时安装少量的抽真空泵将膜吸住。

5.9 设置真空泵

真空泵功率不低于7.5kW，真空压力不小于90kPa。真空泵按900～1100m2/台布置，本工程试验段共布置了16台真空泵。真空泵布设完成后，即可开始抽真空，检验密封情况，膜下真空度应稳定在80kPa以上(见图3)。

5.10 堆载开山土石

当膜下真空度稳定到80kPa以后，抽真空10天左右在上部开始上载，堆载前按要求先铺一层200g/m2无纺土工布，再铺设40cm的粉细砂作为保护层，其容重不小于17kN/m3。在保护层铺设完毕后，采用机械进行有序合理的堆载作业，加载时机械下方保证有足够厚度的填料，防止机械荷载震动损坏塑料膜，避免堆载料中掺入较大石块、钢筋等坚硬体，防止堆载料砸破或刺破密封膜。加载速率为1m/月，直至达到设计堆载厚度(见图4)。

图3 安装真空泵

图4 堆载开山土石

5.11 真空泵运行

在满足真空度要求的前提下，连续抽真空时间维持在165天，真空泵在抽真空过程中开泵率必须超过总数的80%。

5.12 过程监测

5.12.1 沉降观测

本试验段布置沉降盘8个，沉降盘为面层沉降盘，沉降标竖管的垂直偏位不大于2%。沉降盘放置后，立即进行位置和标高的联合检测，观测频率为每天1次，中后期为2～4天观测1次。并做好记录，绘制变形—时间关系曲线。

5.12.2 膜下真空度的监测

本试验段布设真空压力测点4个，埋设于相邻两滤管之间的砂层中。抽真空初期每隔2h测读一次，以便准确测出真空压力的上升过程和有利于检查密封情况，当真空压力达到设计要求后，可每4～6h测读1次，最后绘制成膜下真空的时间过程线。

5.12.3 孔隙水压力观测

在淤泥土层内各深度按设计要求布置孔隙水压力仪传感器，初期每天测1次，中后期2～4天观测1次，根据孔隙水压力的增长和消散过程，用以计算土体固结度、强度增长、分析地基的稳定性。

5.13 卸荷

经沉降观测，在运行180天后，连续10天实测沉降速率均不大于2mm/天;同时根据实测沉降曲线，推算本试验段的淤泥土固结度大于85%，满足设计要求，停泵卸荷。

6 工后检测

本工程预压卸载后，经连云港市建设工程质量检测中心有限公司检测，对加固前后土层主要物理力学性质指标比较:含水量由80%降低为35%左右;孔隙比由2.2改变为1.1左右，压缩系数由1.83～2.96改变为0.6～0.8，这表明通过真空—堆载联合预压法处理地基，土体的物理力学指标得到明显改善，地基加固效果明显。同时静载荷试验地基土承载力的特征值均达80kPa，十字板剪切试验土体抗剪强度提高到10 ～20kPa。

通过现场实际观测试验数据和检测成果，本工程试验段的地基处理全面达到设计要求，为整个工程的全面开工提供了充分的依据和成功经验，相关试验数据将用以指导全线工程的施工。

7 施工成果及意义

a.真空度沿塑料排水板向下传递及向土体中扩展，排除土体中的水分和空气，最终使土体发生收缩变形。同时真空预压可以一次快速施加而无须分级加载，大大节省了时间，缩短了工期。

b.真空预压法在土体加固过程中，在真空吸力的作用下使土中的封闭气泡排出，从而使土的渗透性提高，固结过程加快。

c.真空预压法加固软基，由于地基周围的土体是向着加固区移动的，这样有利于加固区内土体密实度的提高和地基承载力的增加。

d.真空预压联合堆载应用于吹填淤泥土的处理方法效果是理想的，将填筑的路堤作为堆载加以利用，不仅具有很好的加固效果，而且大大缩短了施工工期，经济效益明显。

1 陈顺益.潮间带水下真空预压联合堆载预压软基处理施工工艺［J］.世界桥梁，2005(04).

2 王柏欢，尹志标，陆玉琳.海堤地基真空—堆载联合预压有限元计算研究［J］.水利与建筑工程学报，2011(03).