真空预压技术在大面积地坪施工中的应用——以上海浦东国际机场西货运区3#货运站为例

上海建工集团股份有限公司总承包部 上海 200080

1 场地特征及设计要求

本场地地基土分布总体比较稳定，仅在局部第⑦1层层面埋深有一些变化。自地表以下50.39 m深度范围内均属第四系河口、滨海、浅海、沼泽、溺谷、湖沼相沉积层，主要由饱和黏性土、粉性土、砂土组成。按其沉积时代、成因类型及其物理力学性质的差异可划分为7 个主要层次。拟建场地浅部地下水属潜水类型，受大气降水及地表迳流补给。所测得的地下水静止水位埋深一般在0.98～2.70 m之间，其相应标高一般在2.98～1.29 m之间。

真空预压地基处理设计要求：

（a）处理后总沉降量不少于0.34 m；

（b）控制工后地面不均匀沉降量≤0.2%；

（c）处理后表层承载力特征值≥120 kPa；

（d）处理范围内交工时平均固结度≥85%。

2 真空预压场地分块

本工程处理区块较为规则，成长条形，根据以往工程经验，处理区块越接近正方形，其真空预压处理效果越好，因此将真空预压区域分为3 个近似正方形的处理区块，设置2 条内部密封墙，从而保证真空预压效果。3 个区块的划分应尽量相等，同时内部墙密封应尽量避开工程桩位置，避免后期桩基打设困难。经综合考虑，区块按212.5 m（长）×141.55 m（宽），239.40 m（长）×141.55 m（宽）、210.50 m（长）×141.55 m（宽）划分。

3 真空预压排水系统[1-4]

3.1 竖向排水系统

本工程需要处理的软土层深度小于20 m，根据相关规范及工程经验，采用SPB100-B型塑料排水板可满足工程处理深度要求且成本较小。

排水板的间距根据土的固结特性及工期要求，并考虑到施工影响因素同步计算确定，其最大间距采用井径比n控制，根据工程经验，排水板间距通常为1.2～1.5 m，多采用正三角形布置。打设深度以沉降控制为主，以满足目标沉降值要求。

经综合对比分析，排水板打设深度超过13 m时即能满足沉降量不小于34 cm的要求，因此排水板打设深度设计为13 m。间距主要影响其抽真空时间，本工程选择间距1.4 m能满足工期要求，因此排水板布置按照间距1.4 m采用正三角形布置（图1）。

3.2 水平排水系统

真空预压水平排水系统包括主管、滤管及砂垫层，在真空预压加固地基过程中起水平排水和传递真空度的双重作用。

图1 排水板间距及插打深度示意

砂垫层一方面为竖向排水和水平排水管路创造联络通道保持排水通畅，另一方面保护水平排水管路不外露、不拉裂，考虑本工程水平排水管路布置间距较紧密，同时选用的波纹管自身具有一定柔韧度，同时本工程目标沉降量较小（340 mm），因此砂垫层厚度采用较小值，另外结合我公司在上海地区工程经验，综合考虑后确定预压法处理地基在地表均匀铺设厚35 cm的中、粗砂作为水平垫层。

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主管及滤管：行业标准中规定水平排水管路宜采用Φ60～Φ70 mm的铁管或硬塑料管。采用直径较大的波纹管一方面具有较强的变形能力，另一方面又有足够的孔隙供地下水排出，结合工程实际需要，本工程主管采用波纹管，外径为75 mm，滤管采用打孔波纹管，外径为63 mm，按主管间距12 m和滤管间距6 m布置。

4 真空预压密封系统[5-7]

4.1 密封墙

密封墙主要作用为切断处理区域与外界的大气联系，保证真空预压施工区域的气密性，常规可选择水泥搅拌桩和泥浆搅拌桩。水泥搅拌桩由于掺入一定比例的水泥，其桩体刚度较好，多用于桩体建筑物基础位置的情况，但在刚度提高的同时，其脆性也会增强，由于真空预压期间土体会产生内聚效应，若密封墙刚度过大，极易出现裂缝，破坏施工区域密封性，因此本工程根据其密封墙位置的不同采用不同形式的搅拌桩作为密封墙（图2）。外围密封墙采用2 排双轴泥浆搅拌桩，搅拌桩Φ700 mm，搭接宽度200 mm，泥浆相对密度为1.20～1.35，成桩后渗透系数不大于1×10-6mm/s。内部密封墙采用双排双轴水泥搅拌桩，搅拌桩Φ700 mm，搭接宽度200 mm，水灰比为1.95，采用P.C 32.5水泥，成桩后渗透系数不大于1×10-6mm/s。本工程真空预压边界已沿建筑物基础外边线外扩4～5 m，搅拌桩不会对建筑基础施工造成影响，因此可将真空预压边界线作为外围密封墙中心线。

根据地质勘测报告，场地主要透水层为第②3层砂质粉土，密封墙的插打须穿过②3层，其层底标高为－1.64～－3.96 m，密封墙桩顶标高为+3.60 m，则桩长最小应为7.56 m，经综合考虑，本工程密封墙桩长为9 m。

4.2 密封沟

图2 搅拌桩搭接示意

根据工程需要，密封沟设计深度为1.5 m，上宽为2.1 m，下宽为1.2 m。开挖密封沟时需挖至搅拌桩顶面以下0.5 m，保证密封膜跟水泥黏土搅拌桩紧密结合，防止漏气。密封膜应紧贴密封沟的内壁铺设，并将膜放至沟底，然后分层回填黏土压实。

图3 外围密封沟大样

图4 内部密封沟横断面示意

4.3 土工布

在砂垫层里完成水平排水管路的铺设后，铺设真空膜之前必须在砂垫层上先铺设1 层无纺土工布，避免真空膜因直接接触砂垫层或其他尖锐状物而受损，起保护真空膜的作用，本工程采用250 g/m2无纺土工布。完成土工布的铺设后，在其上铺设2 层厚0.14 mm的真空膜以保证真空预压的密封。

5 真空预压抽真空系统

真空预压法主要采用真空泵作为抽真空的设备，一般来说在真空度相对较小时，膜下真空度随着真空泵台数的增加（即抽真空能量的增大）而明显提高；当真空度达到较大值，膜下砂垫层中的气体已相当稀薄，真空泵台数的增加相对难以改变真空度的大小。真空度越高，每增加1 kPa所需要的真空能量越大，因此根据规范规定，真空预压所需真空设备的数量可根据处理面积的大小确定。一般按1 套设备可抽真空的面积1 000～1 500 m2计算确定。根据计算，本次工程真空泵数量为94 台。

6 预压值

根据《真空预压加固软土地基技术规程》的规定，膜下真空度应大于87 kPa。通过沉降量与固结度计算，在目标沉降量和固结度同时满足要求的前提下确定预压荷载值。

根据上述原则，分别对沉降量和固结度进行试算，确定真空预压荷载、塑料排水板深度及间距的关系如表1。

7 停泵标准

表1 真空预压荷载、塑料排水板深度、间距与目标沉降值的关系

根据设计院要求，本工程真空预压目标沉降值不小于34 cm，且处理范围内平均固结度不小于85%。真空预压主要目的在于提高土体固结度，但由于固结度无法直接测量，只能通过计算获得，不能作为表相的判别指标，由于固结度越高，沉降速率越小，为便于从直观上判断工程质量，采用沉降稳定作为停泵标准，同时在总沉降值上需满足设计院目标沉降值要求。本工程具体停泵标准如下：

（a）各区块地表沉降观测点沉降值平均值不小于34 cm；

（b）各区块地表沉降观测点连续5 d实测沉降平均速率小于3 mm/d。

沉降观测点沉降值均从真空膜铺设完成开始起算。由于中间采用了密封墙分割，真空预压区域为3 个独立的处理区块，各区块间不会互相影响，因此各区块可作为独立区域考察，在达到停泵标准后即可停泵。

8 结语

本项目中的真空预压自2012年9月开始施工，到2012年11月全部完成，历时3 个月，3个区块分别沉降342 mm、344 mm、341 mm；固结度分别为87%、89.4%、86.4%；地基承载力均大于240 kPa，完满地完成了设计要求。说明原先设定的各项参数均确实可行，并为上海地区大面积地坪的地基处理提供了一种可供选择的方法。