某港真空预压软基处理工艺

张哲 张力 天津水运工程勘察设计院有限公司 交通运输部天津水运工程科学研究所

1.引言

土是固、液、气三相体系，对饱和土来说，是二相体系，由颗粒构成的骨架和充满其间的水组成。所谓土骨架是土体中相互接触的固体颗粒所形成的构架。吹填土多为海底疏浚泥沙，未进行真空预压处理前可看作是饱和土体。

饱和土体内任意平面上受到的总应力可分为有效应力和孔隙水压力两部分，外荷载作用后，土中应力被土骨架和土中的水共同承担，但是只有通过土颗粒传递的有效应力才会使土产生变形，具有抗剪强度,而通过孔隙中的水传递的孔隙压力对土的强度和变形没有贡献。饱和土的压缩有个排水过程,只有排完水，土才压缩稳定。根据这一原理，通常采取措施加强土体排水，促使孔隙水压力消散，以便增大有效应力，达到提高土体强度的目的。

真空预压法具有施工效率高、环保经济等优点，近些年来在沿海陆域形成项目中得到广泛应用。真空预压过程中总应力维持不变，随着孔隙水压力下降，有效应力逐渐提高，使得土体压密，产生沉降。

真空预压开始后，在真空泵的作用下，水平向与竖直向排水通道中水和气的压力迅速被降低，从而它们构成了一个低压边界。低压边界与加固区内土体的孔压形成压力差，在此压力差的作用下伴随着渗流使部分孔隙水被抽出，有效应力不断地提高，土体逐渐被压密。在此影响下土体中各点间的孔隙水压力差，由近及远地向距竖向排水通道较远处土体中波及。从而加固土体内距竖向排水通道近与远各点之间形成新的压力差。在新的压力差的作用下，土体中孔隙水不断被抽出，孔隙水压力不断下降，有效应力不断提高；如此往返一直进行着，加固区内孔隙水压力与真空泵的压力逐渐向着平衡方向发展；经过一段抽真空后，当加固区土体中的孔压与真空泵上的负压达到平衡，孔隙水压力停止变化，有效应力不再提高，地基处理结束。我国某港陆域形成项目中吹填土含水量大、承载力弱的问题，现场采取真空预压工艺对吹填软土进行处理，旨在降低吹填土含水率、提高吹填土强度，经加固后效果检测，吹填土含水率显著降低，抗剪强度明显提高，土质得到明显改善，可为类似工程提供借鉴。

2.工程概况

我国某港通过吹填形成陆域面积约42万m2，吹填区域原有沉积软土12m，吹填厚度4.1m，合计软土深度16.1m，具有加固深度大的特点。

根据勘察资料，软基处理区域地质情况如图1所示，由上至下土层分布为冲填土4.1m、淤泥质黏土12m、黏土6.4m、底部为粉土。其中淤泥质黏土含水率高达70%以上，需进行加固处理。

3.相关工艺

3.1 工艺流程

主要工艺流程：用排水泵排出场地内的余水—在软泥表面铺设工作垫层—将塑料排水板成排插入软泥中—将塑料排水板连接到滤管网—铺设一层土工布，在土工布上铺设密封膜—将大功率水汽分离泵与滤管网连接，抽气100天—停泵卸载。

3.2 工艺要求

（1）地基处理开始前，用排水泵排出场地内的余水。

（2）在软泥表面铺设一层荆芭和一层土工格栅作为工作垫层。

（3）施打塑料排水板，间距1.1m，梅花形布置；塑料排水板底端入土深度17m，顶端外露0.8m。

（4）铺设滤管，采用手型接头将塑料排水板连接到滤管上。

（5）铺设一层高强土工布并在其上铺设三层密封膜，密封膜采用聚氯乙烯薄膜，每边富裕长度不小于3m。

（6）真空预压外边界及各分区之间施打黏土密封墙，黏土密封墙渗透系数小于10-6cm/s，并将密封膜埋于其中。

（7）安装大功率水汽分离泵，并与滤管相连。

（8）开启真空泵，试抽气，要求分3批循环开启真空泵，每批开启1/3的泵数量，每批试抽气时间为3天，试抽气时间不少于9天。试抽气结束后进入正式抽气，正式抽气期间确保膜下真空压力不小于85kPa。

3.3 监测检测要求

为了检验加固区真空预压后的加固效果，更好地掌握软基加固过程中各土层固结、沉降及侧向变形等变化，确保加固质量，除了在加固期间需连续观测地表沉降量及加固区膜下真空度以外，尚需在加固区内埋设一定数量的孔隙水压力仪、测斜仪、水位仪、分层沉降仪。按要求观测软基在加固期间的孔隙水压力、土体侧向位移、地下水位、分层沉降值随时间变化的情况，并根据实测分层沉降及孔隙水压力的消散情况，进一步确认软基的各项参数，推算固结度，为确定卸载时间提供依据。

图2 处理前后抗剪强度变化

图3 处理前后含水率变化

（1）膜下真空度。正式抽气开始后，第三方监测单位至少每天测读两次，施工单位每4～6小时自检一次。

（2）沉降标。正式抽气开始后第三方监测单位每48小时观测一次。

（3）孔隙水压力仪。正式抽气开始后第三方监测单位每48小时观测一次。

（4）测斜仪、水位仪、分层沉降仪。正式抽气期间，预压区测斜仪、水位仪、分层沉降仪第三方监测单位每72小时观测一次。

（5）工后十字板检测。预压后对软基进行十字板抗剪强度试验及室内土工试验等，检验处理效果，检测孔深度约18 米。

4.工艺效果

图2和图3分别为真空预压处理前后土体抗剪强度和含水率变化情况。由图2可知，真空预压结束后，土体抗剪强度为原来3倍以上，强度得到大幅度提高。由图3可知，真空预压结束后，土体含水率大幅度降低，最低降幅约为30%，最高降幅约为50%，土质得到明显改善。

5.结论

（1）基于本文真空预压工艺，该项目吹填软土土质得到明显改善，含水率下降幅度较大，最大超过50%，抗剪强度也得到明显提高，约为原来3倍以上。

（2）本文真空预压工艺采用直排式真空预压方法，无需排水砂垫层，可为砂源紧张地区真空预压软基处理项目提供借鉴。