盲管连接自密封真空预压工艺及试验研究

李立新，尹自强，朱福明

（1.中交天津港湾工程研究院有限公司，港口岩土工程技术交通行业重点试验室，天津市港口岩土工程技术重点试验室，天津 300222；2.天津港建设公司，天津 300456）

0 引言

吹填地基表层含水率高，强度低，不能直接上人或施工机械，需要铺设荆笆、土工布和1 m甚至2 m的粉细砂作为工作垫层。这种传统工艺存在一些问题：①现阶段砂石材料匮乏且价格高昂；②排水板打设过程中翻浆冒泥。打板过程中将吹填土表层工作垫层打穿，下部流泥在工作砂垫层和机械荷载压力作用下从打板孔道涌出，造成翻浆冒泥，使加固区表面凹凸不平，且形成大大小小的淤泥汇集坑，后期施工困难，质量难以保证；③加固过程中排水板变形严重。吹填超软土[1]含水率、压缩性高，在真空压力作用下沉降大，使得排水板产生很大的压曲变形，导致排水板井阻加大和通水量变小，影响加固效果等。

本文根据传统工艺存在的问题开发了一种吹填超软土表层硬壳快速形成技术，盲管连接自密封真空预压工艺。

1 盲管连接自密封真空预压工艺及原理

1.1 主要工艺

进行吹填土地基加固设计，根据加固深度及加固面积裁截一定长度、一定数量的排水板，在排水板上安装排水板转接装置和连接尼龙软管；利用人工插板装置打设排水板，排水板间距40~60 cm；排水板转接装置随排水板插入泥下50 cm左右，排水板转接装置通过连接软管和鱼刺形接头连接，鱼刺形接头之间由塑料盲管、中间主管连接到射流泵上，开启射流泵进行真空预压加固，时间 20～60 d。

1.2 加固机理

该技术加固机理和普通真空预压加固机理相同[2]，不同的是以表层原位淤泥作为密封层，以塑料软管、鱼刺形接头、盲管和中间主管作为排水通道，真空负压通过排水通道和排水板向地基土传递，完成地基加固。

1.3 适用范围及特点

盲管连接自密封真空预压工艺是一种吹填超软土表层硬壳快速形成技术，适用于新近吹填的需要迅速加固浅层超软土地基。采用该技术可以使吹填超软土表层（深度3~5 m）迅速形成可以上人和机械的硬壳层，作为地基加固的工作垫层，并解决砂资源紧缺、翻浆冒泥和吹填土加固质量差等问题。

2 现场试验

本文结合现场试验对盲管连接自密封真空预压工艺实施、加固效果等进行详细介绍，分析新工艺的应用前景。

2.1 试验区土质

试验区位于天津临港产业区，加固面积600 m2，分为2个区D1区、D2区。该区域为新近吹填土，表层土基本为流泥，吹填土深度为4 m左右。方案设计前对试验区进行加固前原位取土和室内土工试验。采用薄壁取土器取土，取土样本为30个，取土深度最深为3.5 m，室内土样分析结果见表1。

表1 加固前试验区取土室内试验结果Table1 Indoor experiment resultsof soilsbefore reinforcement

加固区初始含水率均值大于85%，十字板强度均值2.0 kPa；黏粒含量均值为56%，属于典型的超软黏土[3]。

2.2 试验方案

D1区、D2区加固面积均为300 m2，塑料排水板采用B型，D1区排水板间距60 cm，D2区排水板间距40 cm，正方形布置，两区排水板打入泥下深度为3.5 m。排水板通过转接装置和鱼刺形接头连接，鱼刺形接头通过盲管、中间主管连接到射流泵上，两区共用1台射流泵。真空预压加固处理地基要求板内真空度稳定地保持80 kPa以上，抽真空时间为60 d。

D1区、D2区工艺断面图见图1，鱼刺形接头连接示意图见图2。

图1 盲管连接自密封真空预压工艺断面Fig.1 Section of self-sealing vacuum preloading technique

2.3 工艺实施

1） 铺设施工通道

试验区表层强度很低，不能直接上人，为确保施工人员行走和材料运输安全，需要在加固区表面铺设施工通道和工作界面。试验区施工通道采用建筑用竹胶板，在竹胶板的两端打眼，用绳子连接。

2） 安装转接装置

根据排水板的打设深度和转接装置压入泥下位置确定排水板裁截长度。在每根排水板上安装一个转接装置，转接装置见图3。把排水板插入转接装置中，用铆钉穿过转接装置的预留孔洞，固定排水板。为防止在抽真空过程中，土颗粒从排水板的插入位置进入转接装置造成排水堵塞，转接装置插口位置用滤布缠绕。转接装置出水口位置安装尼龙软管，作为排水板的排水通道。

图3 自密封装置及安装示意图（单位：mm）Fig.3 Section of self-sealing deviceand installation method（mm）

3） 排水板打设

排水板的打入端密封、弯折，然后利用人工插板装置，把排水板垂直压入泥下预定深度，排水板转接装置随排水板插入进入泥下50 cm左右。

4）鱼刺形连接头、盲管连接

鱼刺形连接头是连接排水板和盲管的中间接头，每个鱼刺形接头有12个小接头，这些小接头和排水板转接装置上的尼龙管相连，形成一个单元体，每个单元体连接着12根排水板。图4为排水板打设和鱼刺形接头安装。单元体之间通过盲管连接，最终和抽真空设备相连通。

图4 排水板打设和鱼刺形接头安装Fig.4 Installation of band drain and fishbone diagram jointer

盲管连接式自密封真空预压法施工中需要连接的接头众多，是施工的难点，每一个接头既要保证连接牢固，不会在负压加载、地基沉降过程中脱裂，又要保证密封性。为了满足上述要求，施工材料配套是关键因素之一，鱼刺形接头中小接头的尺寸和塑料软管的尺寸要满足要求，任何一种尺寸的过大或过小都能够造成连接不稳固或漏气，在施工技术保证的同时还需要富有经验和责任心的工人认真施工。在试抽气时，还要仔细排查，发现接头有漏气要及时修补。

5） 抽气加载

在抽真空设备安装完成后，进行试抽气，当压力达到80 kPa以上，满足设计要求，开始正式计时。

3 试验区监测、检测及加固效果分析

3.1 孔压观测

孔压仪均埋设在4根排水板中心位置。加固区孔压消散统计及根据孔压消散计算的应力固结度见表2。D1区排水板间距为60 cm，孔压消散值偏小，D2区孔压消散情况看起来更为符合一般真空预压加固土体孔压消散规律。

表2 孔压消散统计及应力固结度计算值Table 2 Statistics of pore water pressure dissipation and calculated values of stress consolidation degree

3.2 表层沉降及固结度计算

实测表层沉降及固结度推算值（双曲线法[4]）见表3。D1区、D2区因排水板间距不同，加固后固结度差别较大，分别为65.5%、78.8%。

表3 表层沉降统计及固结度推算值Table3 Surfacesettlement and consolidation degree

3.3 土质变化

加固前后含水率、湿密度变化均值见表4。

表4 加固前后含水率、湿密度对比Table 4 Comparison of moisture contents and wet densitiesbefore and after reinforcement

经过60 d的地基加固，试验区含水量大幅降低，D1区降低34.97%，D2区降低42.72%。D1区湿密度增加9.27%，D2区湿密度增加13.82%。

3.4 十字板检测

在加固前及加固20 d，40 d，60 d分别进行原位十字板检测，统计值见表5。

表5 十字板强度平均值统计Table 5 Average values of crossplate strength

根据表5，60 cm排水板间距的D1区在加固过程中十字板强度增长较为缓慢，60 d十字板强度为10.5 kPa；40 cm间距的D2区十字板强度增长迅速，60 d强度为20.5 kPa。

一般重型插板机械14 t左右，插板机压力通过枕木向地基土传播，根据通常情况下枕木接地面积计算，插板机静态接地压力为20 kPa左右，考虑动态打设排水板，接地压力增加，按静态压力1.5倍计算（通过现场实测“倍数”合理），接地压力为30 kPa。反算成地基十字板强度，表层十字板强度为9.5 kPa。

根据试验结果，采用60 cm排水板间距，60 d能够满足排水板打设要求，形成上插板机械的硬壳层。采用40 cm的排水板间距，20 d能够迅速形成上插板机械的硬壳层。

3.5 排水板间距对加固效果的影响

从加固后土质变化、土体强度增长、固结度变化等方面看，排水板间距40 cm的加固区加固效果远好于排水板间距60 cm的加固区。

排水板间距40 cm，60 cm远低于传统真空预压法中推荐的排水板间距（0.7～1.3 m）[4]，一般认为排水板打设过程中会造成涂抹效应[5]，排水板过密因涂抹作用存在使加固效果变差，并且不经济。新近吹填的超软土属于扰动土，没有形成明显的土骨架，排水板打设产生涂抹效应对加固效果的影响不明显。

4 应用前景分析

盲管连接自密封真空预压工艺适用于流塑状态的吹填土地基加固。既可以单独采用，也可以作为超软土地基的预处理。该工艺具有良好的应用前景。

对于临时道路、绿化带等对承载力和沉降要求不是特别高的地基，可以单独采用，既降低了工程造价，又具有明显的时间效益。

对于一些后期使用要求不明确的吹填造陆工程，在浅层形成具有一定的承载力工作垫层，满足后期人员和机械进场的要求，为后期施工搭建了平台，同时节省大量的砂石资源，提高了工程质量，环保、高效。

5 结语

本文通过现场试验研究，得到以下2点结论。

1）本文开发了一种新技术——盲管连接自密封真空预压加固超软土技术。该技术适合新近吹填的高含水率疏浚土，该技术以表层淤泥作为密封层，取消了用作施工垫层的土工布、黑砂垫层、水平排水砂垫层和密封膜。施工工艺更为简洁、环保。具有良好的应用前景。

2）根据现场实测十字板强度及插板机接地强度分析，采用60 cm排水板间距，60 d能够满足排水板打设要求，形成上插板机械的硬壳层。采用40 cm的排水板间距，20 d能够迅速形成上插板机械的硬壳层。

[1] 叶国良，郭述军，朱耀庭.超软土的工程性质分析[J].中国港湾建设，2010（5）：1-9.YE Guo-liang,GUO Shu-jun,ZHU Yao-ting.Analysis on engineering property of ultra soft soil[J].China Harbour Engineering,2010(5):1-9.

[2] 高志义.真空预压法的机理分析[J].岩土工程学报，1989，11（4）：45-56.GAOZhi-yi.Analysis on mechanics of vacuum preloading method[J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering,1989,11(4):45-56.

[3]JTS147-1—2010，港口工程地基规范[S].JTS147-1—2010,Codefor soil foundationsof port engineering[S].

[4]JTS147-2—2009，真空预压加固软土地基技术规程[S].JTS 147-2—2009,Technical specification for vacuum preloading techniquetoimprovesoft soils[S].

[5] 龚晓南.地基处理手册[M].2版.北京：中国建筑工业出版社，2000.GONG Xiao-nan.Foundation treatment manual[M].2nd ed.Beijing:China Building Industry Press,2000.