浅层真空预压技术在长荡湖吹填淤泥地基加固现场的应用

高 扬，罗荣彪，王晓英，袁坤坤，孙 科

（1.江苏东方生态清淤工程有限公司，江苏 无锡 214125；2.中国船舶重工集团第七〇二研究所，江苏 无锡 214082；3.无锡市滨湖区水利局，江苏 无锡 214123）

长荡湖属过水型湖泊，具备调蓄功能，是太湖流域湖西区洮滆水系的重要组成部分，可有效缓解太湖湖西地区降水径流对环太湖地区的防洪压力，并在区域内调节江、湖、河之间的水源分配，因此其供水的水量和水质对滆湖、太湖至关重要[1]。但目前长荡湖水质和底质污染严重，水体富营养和生态系统荒漠化问题突出。以减少内源污染负荷为目的的底泥生态疏浚，被认为是控制湖泊内源污染效果明显的工程技术措施之一[2]。为改善长荡湖的水生态环境，需要实施环保疏浚，并对疏浚泥浆进行处理。因为这类污泥含有较高有害污染成分，如果未经恰当处理，将对周边的自然环境造成严重影响[3]。如何快速、有效地处理这些高含水率疏浚淤泥，对于减少空间占用、节约土地资源、节省工程成本等具有重要意义[4]。

真空预压作为一种土体加固的方式，被广泛应用于各种软弱地基的加固之中[5]。近年来围海造陆工程的规模越来越大，真空预压技术也得到了长足发展，浅层真空预压法等多种新型工法也应运而生[6]。文章对浅层真空预压技术在长荡湖吹填淤泥地基加固现场的应用过程及效果进行总结，分析了不同区块地表沉降、真空度、地基极限承载力等监测、检测数据，充分说明浅层真空预压加固技术适用于长荡湖吹填淤泥地基的加固且效果良好。

1 项目概况

该项目排泥场占地面积约为44.25万m2，其中用于吹填部分占地面积约为39.64万m2，排泥场内底高程在2.8～3.5m，吹填高度为7.5m，容泥量约为170万m3，地基加固处理后承载力≥50kPa。

2 施工情况

该工程主要施工内容包括铺设编织布、塑料排水板及水平滤管施工、土工布及密封膜施工、密封沟的开挖和回填、真空加载及卸载等。施工总体工艺流程见图1。

2.1 施工区平面布置及分区

施工前首先对施工区域进行分区并铺设便于施工人员作业的编织布，将排水板与泥面隔离，防止淤堵。施工区平面布置及分区见图2。

图1 施工总体工艺流程

2.2 铺设编织布

图2 施工区平面布置及分区图

编织布铺设时先将工区四周桩位准确定位后沿工区长度方向向前推进，人工摊铺，布面须平整并适当留有变形余量。

2.3 塑料排水板及水平滤管施工

编织布铺设完成且验收合格后，采用预先制作好的插枪进行人工插板，插设时2人/组，将排水板的一端穿过枪头位置处，折叠20cm左右，垂直插入淤泥中，平均间距为0.8m，插设深度为3～4.5m，外露0.2～0.4m。随后人工铺设水平真空滤管，并将排水板与滤管连接，连接后外裹土工布，避免淤泥中的土颗粒进入接触面。

水平滤管采用φ40软式波纹透水管，支管采用“双板—单管”的布置形式，即间距为1.6m，主管按间距30m左右进行布置，部分区域增设几道主管防止真空泵停机检修对真空度造成影响。

2.4 土工布及密封膜施工

采用一布双膜的形式以保证最佳的密封性，即先铺一层土工布（200g/m2），然后再在其上铺设2层HDPE（0.14mm）密封膜，铺设采用顺风向分层平铺工艺，铺设一层密封膜后，检查无误后再铺设第二层密封膜。密封膜铺设完毕后，四周预留量≥3m，方便进行压膜沟密封施工。

2.5 密封沟的开挖和回填

开挖采用机械结合人工的方式进行，施工过程中开挖、铺膜、回填的工作要求尽快完成并在埋好膜后的密封沟内覆水，以保证沟内闭气的状态。回填采用挖出的淤泥质黏土进行作业，并用反铲斗夯实。

2.6 真空加载及卸载

当HDPE密封膜铺设完成后，即可进行抽真空设备及管路的连接与安装。抽真空设备采用射流式真空泵，通过出膜器及吸水胶管与膜下水平滤管进行连接，单台射流泵工作压力≥96kPa，并按1000～1200m2/台的范围布置。真空加载采用逐级真空提升的方式进行，第一阶段为真空加载提升阶段，使土体得到初步固结，当膜下真空度稳定达到80kPa后进入第二阶段—真空恒载阶段，直至土体满足设计承载力要求。

地基承载力检测方式的制约致使其必须等真空预压完成后才能进行，且由于吹填淤泥性质软弱，其承载力要求远小于一般软土地基，故连续稳定沉降时间参照《港口工程地基规范》（JTJ 250—1998）中的下限值，即实测地面沉降速率连续5d平均沉降量≤2mm/d，同时各测点的固结度达到或接近85%作为停泵卸载标准[7]。

3 施工监测及地基加固效果分析

3.1 施工监测及检测内容

施工监测内容包括地表沉降、真空度。地表沉降：地表沉降采用水准测量，在处理区域布设5个测点，测量精度不低于三等。真空度：观测探头位置埋设在土工布以下10～20cm，用以观测膜下真空压力在施工期间随时间的变化情况。检测内容为地基极限承载力。地基极限承载力依据浅层平板载荷试验有关条款进行[8]。

3.2 典型区块地基加固效果分析

根据排泥场地块的分区，选择典型区块分析地基加固效果，分别选取一处吹填口（1-2区块），一处中游段（1-6区块），一处退水口（1-10区块）。

图3 各区块累计沉降量随时间变化散点图

图4 各区块沉降速率曲线

（1）沉降监测与固结度计算。抽真空90d后，1-2区块累计平均沉降984mm，1-6区块累计平均沉降1037mm，1-10区块累计平均沉降1407mm。各区块测点的沉降量随时间变化的散点图及沉降速率图见图3～图4。由图3可看出，沉降量在吹填口较小、中游次之、泄水口较大，其原因可能是泥浆在吹填过程中存在围堰内置隔埂迫使泥浆流径增长，并造成泥浆中的粗细颗粒在沉积过程中随流向呈级配分布，导致不同区域沉积物的表面积和孔隙率存在差异。距离吹填口较近的1-2区块粗颗粒物较多，沉淀区域可形成压缩沉淀，比重较大的颗粒间可形成骨架密实结构，相互接触、相互支撑。沉积物中的间隙水也会在重力作用下被挤出，从而使淤泥得到进一步压缩，这是导致沉降量变小的主要原因；而泄水口的淤泥沉积物颗粒较细，其孔隙率较大、压缩性较大、水分不易排出等特点是导致沉降量较大的主要原因。由图4可看出，真空加载提升阶段（0～30d）沉降较大，沉降速率较快；真空恒载阶段（30～90d）沉降速率明显减缓，60～90d沉降趋于平缓，特别是从第82d开始沉降趋于稳定，85～90d连续5d平均沉降数值均＜2mm/d。抽真空第90d根据现场实测沉降数值利用指数曲线法推求最终沉降量，并以此计算固结度，各区块固结度推算表结果见表1[9]。结果显示各测点固结度达到85%以上，沉降数值符合停泵卸载标准。

表1 各区块最终沉降量与固结度

（2）真空度监测。各区块膜下真空度随时间变化的散点图见图5。从数据显示来看各区块的差异不明显，真空加载阶段（0～30d）前15d真空度提升较快，直至70kPa；15～30d时真空度总体稳定提升，但有上下细微波动的情况出现。真空恒载阶段（30～90d）真空度基本在80kPa以上并保持稳定。分析其原因，0～15d真空度提升快的原因可能是膜下空气被不断抽出，负压场逐步形成且强度不断提升；15～30d抽出的是土工膜与淤泥表层之间的浮水及淤泥层中的间隙水，该阶段也是滤水通道逐步形成且逐渐稳固的过程，是导致真空度提升缓慢且出现上下浮动的主要原因。30～90d进入真空恒载阶段，真空度相对稳定，显示负压场及滤水通道已形成，土体强度得到不断提高。

图5 各区块膜下真空度随时间变化散点图

（3）浅层平板载荷试验。试验采用堆载法，试验加载方式为慢速维持荷载法，最大堆重为100kN，承压板面积为1m2，加载用手动油压千斤顶，测力用压力表，依据率定曲线确定各级荷载值的大小，测沉降用百分表。荷载与沉降P-S曲线图见图6。

图6 荷载与沉降P-S曲线

结果显示：①1-2区块P-S曲线平缓，无明显拐点，沉降10mm处对应值为63kPa，大于最大加载值的一半，取50kPa作为此处地基承载力的特征值。②1-6区块P-S曲线在51kPa出现拐点，取最大加载值的一半50kPa作为此处地基承载力的特征值。③1-10区块P-S曲线平缓，沉降10mm处对应值为56kPa，取最大加载值的一半50kPa作为此处地基承载力的特征值。上述区块地基承载力特征值均＞50kPa，满足设计要求。

4 结论

（1）浅层真空预压施工技术适用于长荡湖吹填淤泥地基的加固处理且效果良好。

（2）浅层真空预压施工技术无须设置砂垫层，与常规真空预压相比，缩短了施工工期并降低了施工成本。

（3）施工过程中累计沉降数值在吹填口较小、中游次之、泄水口较大。各区块真空度的提升则无明显差异。

（4）实测地面沉降速率连续5d平均沉降量＜2mm/d且区块固结度＞85%可作为停泵卸载标准，卸载后各区块地基承载力特征值显示＞50kPa，满足设计要求。