真空预压软基处理法在深基坑支护工程中的应用

吴大鹏

(广东省重工建筑设计院有限公司，广东 广州 510034)

真空预压加固地基方法［1］最早由瑞典皇家地质学院杰尔曼(W.Kjellman)于1952年提出，研究发展至今已有60余年，该方法是以大气压力作为预压载荷，通过在软土地基表面铺设一层透水砂垫层，再在其上覆盖一层不透气的密封膜，四周用密封墙密封，使之与大气隔绝，在砂垫层和土体中埋设排水通道，然后与真空泵连通进行抽真空，在砂垫层和土体中的排水通道内形成负压，将土中的孔隙水和空气逐渐吸出，从而使土体固结、强度提高的一种软土地基加固方法。图1给出了真空预压剖面图。

图1 真空预压剖面图

目前国内对于真空预压软基处理法在深基坑支护工程中的应用研究很少，林志强等［2］研究了真空预压复合土钉支护在软土基坑中的运用，取得一定的工程经验;朱占卿等［3］通过数值模拟计算，指出真空预压法在深基坑开挖支护中的应用是可行的;朱志明［4］通过实验区验证了真空作用重力式基坑支护结构是有效的。本文以中山港口某项目深基坑支护工程实例为背景，论述了真空预压软基处理方法的施工工艺、处理效果以及施工注意事项，其在深基坑支护工程中的成功运用可供类似工程参考。

1 真空预压法地基处理方案设计

1.1 工程概况及周边环境

该拟建项目位于广东省中山市港口镇港口大道以东，世纪东路以北，项目用地面积5.3万m2，设置一层地下室，基坑开挖深度约3.85～4.35 m。场地内地质条件较差，各地质钻孔均揭露有深厚的淤泥质土层。项目东南侧距本项目地下室边约11.6 m为已施工高层住宅地下室，深约3 m，预制管桩基础;南侧为市政路，地下室距路边线约12 m，道路下有已建排水管线;其余为空地。

1.2 地质条件

本项目地处珠江三角洲的冲洪积平原区，场地微地貌条件为平地和小河涌，地面平坦，为一级冲洪积阶地。根据野外钻探揭露情况，本场地自上而下分别为填土层、淤泥、淤泥质土、粉质黏土层、冲洪积粉细砂层、砾砂层及基岩。

场地内人工填土层平均厚度2.12 m。淤泥呈深灰至灰黑色，流塑状态，淤积形成，味腥，含3%～10%的贝壳碎片，有机质较多，夹粉细砂薄层，局部与粉细砂互层(含砂量50%)，平均厚度8.18 m。淤泥质土层呈深灰色、灰黑色等，流塑状态，淤积形成，味腥，夹薄层粉细砂(局部砂含量10% ～30%)，含有机质，局部可见贝壳碎片，平均厚度23.19 m。粉质黏土层呈灰色、灰黄色等，大多为软塑至可塑状态，平均厚度6.29 m。

1.3 真空预压方案

基坑开挖深度为3.85～4.35 m，在该深度范围内，地层主要为人工填土层，下部为深厚淤泥层，地质条件较差。考虑到基坑、承台的开挖安全以及预应力管桩施工条件和总体的经济性，故先采用真空预压进行软基处理，软基处理后进行预应力管桩施工，再开挖土方至基坑底施工承台及地下室结构。采用此施工顺序既为工程桩的施工创造了有利的工作面，同时也降低了基坑支护成本以及开挖的安全风险。

真空预压平面如图2所示，软基处理边界由地下室边线外扩10 m，以便加固基坑支护体的土质。场地四周设双排黏土搅拌桩密封墙，于密封墙内设围堰。为减低软基处理沉降后对周边构筑物及已建工程的影响，在地块南侧和东侧设置2排桩长10 m的水泥搅拌桩，同时将南侧和东侧的排水板间距调整为1.5 m。考虑到抽真空的效果，将长条形的地块分为南北2个独立的区。软基处理后预估沉降量0.8～1.0 m，当软基处理后场地平均沉降量不小于0.8 m时停泵。

图2 真空预压平面布置图

施工顺序为场地清平→施工南侧和东南侧的搅拌桩→铺砂垫层→打设排水板、黏土搅拌桩→铺设排水管路→铺土工布→铺密封膜、布泵→抽真空(蓄水)→达到要求后卸载。

考虑到真空预压与堆载预压的效果可以叠加，本工程抽真空过程中在密封膜外侧填筑覆水围堰，覆水0.5～1 m。覆水可避免密封膜在阳光的长时间照射下出现老化，使之不易产生破裂;加固区内的微小孔隙由于水的渗入得到充灌，加固区的密封性得以进一步加强。水的重量加大了预压荷载，可加快施工的进度［5］。

2 真空预压施工监测数据分析

2.1 建筑物沉降观测

在项目东南侧已建地下室范围内布置6个沉降观测点，累计最大沉降值为-2.18 mm;最小沉降值为-1.74 mm，各监测点沉降速率趋于一致。图3给出了建筑物累计沉降随时间变化曲线。

图3 建筑物累计沉降随时间变化曲线

2.2 基坑周边管线沉降观测

在距离基坑南侧30 m的道路下有已建排水管线，在排水管线处布置了16个沉降观测点，测得累计最大沉降值为-11.17 mm，最小沉降值为-1.30 mm。图4给出了管线累计沉降随时间变化曲线。

图4 管线累计沉降随时间变化曲线

2.3 预压区外侧水平、竖向位移观测

在密封沟外侧4 m处分别布置了20个水平位移与沉降观测点，累计最大水平位移为468.2 mm，最小水平位移为55.4 mm，累计最大沉降值为225.50 mm，最小沉降值为15.64 mm。可见真空预压对周边土体的影响很大。这主要是由于抽真空开始后，引起加固区外地下水位不同程度下降，其下降值随距加固区距离的增加而衰减，这也是造成加固区外地基的非均匀沉降的原因之一，同时还可使加固区外的土体发生固结［6］。

2.4 预压区表层沉降观测

南北预压区共布置32个表层沉降观测盘。测得南区最大沉降值为1 074 mm，最小沉降值为647 mm。最大沉降速率为66 mm/d，最小沉降速率为2 mm/d，平均沉降速率为17 mm/d。图5给出了预压区南区表层沉降随时间变化曲线。

图5 预压区南区表层沉降随时间变化曲线

北区最大沉降值为1 311 mm，最小沉降值为938 mm。最大沉降速率为142 mm/d，最小沉降速率为1 mm/d，平均沉降速率为18 mm/d。从南北区沉降数据分析来看，沉降速率差异较小，但绝对沉降量北区大于南区，这主要是由于北区抽真空时长比南区多15 d。图6给出了预压区北区表层沉降随时间变化曲线。

图6 预压区北区表层沉降随时间变化曲线

3 软基处理前后软土力学参数对比

为了了解真空预压地基处理效果，地基处理后在施工现场进行土工试验及土样室内试验，并与地基处理前各土层的物理力学参数(原地勘有关物理力学参数)进行对比分析。

从现场取样来看，淤泥由流塑状变成软塑状，固结度较高，可以判断原淤泥层已经固结为软塑状淤泥质土。基坑开挖过程中，原淤泥层能够直立，钩机齿印明显。表1和表2给出了淤泥加固前后主要物理力学参数的变化情况，可以看出淤泥固结后，其力学参数有了很大提高。

根据现场原位测试结果及室内土工试验数据，表3给出了处理后场地内各土层力学参数建议值。

表1 淤泥加固前后的主要物理力学参数表Ⅰ

表2 淤泥加固前后的主要物理力学参数表Ⅱ

表3 加固后各土层力学参数建议值

软土经加固处理后，其物理力学性能指标有显著提高，软基处理加固效果明显。

4 基坑支护设计

在软基处理之前，场地内的地质条件非常差，人员和轻型机械都无法直接行走，4 m多深的基坑需采用刚性支护进行开挖，而且开挖之后的基底是流塑状的淤泥，基底没有工作面，需要对基底1 m范围内的淤泥进行砖渣挤淤换填，其支护成本及基底处理费用非常高。同时，核心筒位置的坑中坑支护成本很高，风险也相当大。因此，在基坑开挖前对软基进行地基处理，处理后先行施工桩基，再进行基坑施工和开挖是非常必要的。

图7 软基处理与基坑支护关系图

图8 基坑支护及桩基施工过程图

本项目将软基处理的范围从地下室侧壁外扩10 m，使被动区的土质以及基坑支护体相关范围内的软弱土层得到有效加固，基坑的稳定性得到有效加强。软基处理后本工程采用“大放坡+喷层护面”的支护方案，支护成本大大降低。

图7给出了软基处理与基坑支护的关系图。场地经地基处理固结沉降后，原填土层及砂垫层也往下沉降，再经锤击桩基机械行走碾压后，填土层自然形成基坑底面，同时起到加固基底被动区土层的作用。基坑及承台开挖时，淤泥已变成淤泥质黏性土，挖铲过程显示淤泥质黏土稳定且分层可直立开挖，齿印明显。图8展示了基坑支护、承台开挖及垫层施工过程，可看到基坑采用大放坡形式，承台采用小型挖机开挖，工人可在淤泥质黏性土上行走、作业。

5 结论

1)真空预压软基处理方法能有效改善软弱地基承载力及各项力学性能，建议抽真空过程中在密封膜外侧填筑覆水围堰，覆水0.5～1 m;真空预压的处理深度有限，从本项目开挖情况来看，5 m以内最佳。

2)真空预压软基处理可与深基坑支护及土方工程相结合，但软基处理的范围必须加大，建议以地下室侧壁外扩L m，L为2倍基坑深度。基坑深度宜在5 m及以内范围，笔者不建议在这种软弱地质的场地建多层地下室。

3)建议先软基处理，再施工桩基，最后才是基坑支护及土方开挖。该施工顺序能有效节约成本，且总体工期不受影响，甚至能加快工期。基坑开挖应尽量避开雨季，若无法避免，基坑内外的截、排水系统应加强并完善，以免坑内积水发生滑坡，推断、推歪桩基。

4)真空预压软基处理对周边地基环境的影响较大且很难避免，密封墙外搅拌桩帷幕对周边环境沉降的改善效果不理想，应引起重视并采取必要措施减少周边地基环境的沉降和位移。

［1］龚晓南，芩仰润.真空预压加固软土地基机理探讨［J］.哈尔滨建筑大学学报，2002，35(2):7-10.

［2］林志强，姜彦彬，庞井龙，等.真空预压复合土钉支护在软土基坑中的运用研究［J］.工程勘察，2014(5):10-15.

［3］朱占卿，黄文广，邓涛.真空预压法在深基坑开挖支护中的应用研究［J］.路基工程，2010(1):133-135.

［4］刘志明.真空作用在软土基坑支护上的应用试验［J］.铁道建筑技术，2013(6):76-78.

［5］邓龙照，柯朝晖.大面积真空预压在南沙一期工程中的成功应用［J］.水运工程，2004(3):115-120.

［6］王劲，陈晓平.真空预压法对周边地基变形影响的研究［J］.岩石力学与工程学报，2005(增刊2):5490-5494.