真空复合式降水技术在南沙滨海沉积地区深厚淤泥车站建设中的应用

刘 昌 赵明明 尹小龙

1. 广州地铁集团有限公司 广东 广州 510220

2. 中铁建华南建设有限公司 广东 广州 573199

3. 中铁十五局集团有限公司 上海 200040

1 引言

广州南沙18号线横沥站基坑开挖范围内分布有约16m厚的淤泥（中间夹约4m厚淤泥质粉细砂），含水量高，透水性差，土体呈流塑状，如不进行有效处理，开挖过程中挖机作业将十分困难。

目前淤泥的地基处理的方法主要有换填法、抛石挤淤法、复合地基法、堆载预压法、真空预压法、电渗排水法、塑料板排水法等[1-2]。张振等[3]对比了真空预压和堆载预压对于软土地基性能的处理效果，提出真空预压可以有效地减少地基不均匀沉降；毕小勇等[4]介绍了某城市次干路软路基处理设计实例，指出换填法相对复合地基法来说更为经济；闫澍旺等[5]利用土体极限平衡原理，推导了抛石挤淤下沉深度与抛石高度的关系。

真空复合式降水技术是管井和真空抽水的结合，是在管井抽水运行的基础上，增加一套真空系统[6]，在处理含水层与弱透水层交界面的滞水方面取得了良好的效果[7]，但用于处理淤泥地基的工程案例较少。

本文依托广州南沙横沥站项目，对淤泥地层真空复合式降水进行了探索。

2 工程概况

广州18号线横沥站位于凤凰大道东侧，合兴路北侧，沿凤凰大道南北敷设。车站周围比较空旷，周边建筑物主要为车站东侧凤凰大道和凤凰大桥，距离基坑分别约为13m、28m。车站全长694.2m，标准段宽为23.5m，开挖深度约25～27m。围护结构采用地下连续墙+内支撑，墙底进入全风化、强风化层中。

场地地层基坑开挖范围内分布有约16m厚的<2-1A>淤泥（中间夹约4m厚<2-2>淤泥质粉细砂），该层含水量高，据勘察报告，天然含水量为59.3%，透水性差，土体呈流塑状。淤泥层下方为<5H-1>砂质粘性土、<6H>全风化花岗岩、<7H>强风化花岗岩。

基坑共设计87口降水井，井深18m，采用直径273mm、壁厚3mm钢管，上部设置5m实管，滤管为桥式滤水管，外包80目锦纶滤网，下设1m沉淀管。滤料为中粗砂，回填至滤管顶部，其上回填粘性土密封，便于真空抽水。

3 抽水试验

试验目的：对比真空复合降水与管井常压抽水的水量差异；验证真空复合降水对淤泥地层的固结效果。

3.1 真空复合式降水原理

真空复合式降水是管井与真空系统的结合。普通降水管井上部设置实管并回填粘土密封，在井管内安装潜水泵，在井外安装真空泵。每台真空泵连接4台潜水泵。通过真空泵产生0.07MPa～0.1MPa的负压，增大渗流动力，促使淤泥中的毛细水、弱结合水排出。实施的关键在于形成有效的真空度。

3.2 试验过程

利用车站东部8口降水井进行了为期10天的抽水试验。第①组W1～W4连接真空泵，采用真空复合式降水；第②组W5～W8采用普通管井常压抽水，见表1。井间距约为18m，见图1。试验过程中，①组真空度始终保持在0.08MPa以上。

表1 抽水过程信息

图1 试验井平面位置图

3.3 数据及分析

抽水数据见表2、图2、图3。由试验数据可以看出，真空抽水量在开始抽水的第1天内达到最大，可达241.4m3/d（平均单井水量60.35m3/d）；抽水第2～3天衰减较快，水量为40～64m3/d（平均单井水量10～16m3/d），第4～7天水量略有减小，维持在24～28m3/d（平均单井水量6～7 m3/d）；7天后水量为17～21 m3/d（平均单井水量4.3～7 m3/d）。

图2 每天抽水量历时曲线

图3 累计抽水量历时曲线

表2 抽水试验数据一览表

管井常压抽水仅在第一天内水量较大，为34m3/d（单井平均水量8.5m3/d），可能是由于先疏干了透水性相对较好的<2-2>淤泥质粉细砂。第2天开始总抽水量迅速衰减，第3天后水量保持在1.2～1.6 m3/d（单井水量0.3～0.4 m3/d）。

对比出水量数据可知，真空复合式降水的抽水量远大于普通管井常压下的抽水量，抽水10天的真空总抽水量约为常压抽水量的10倍。

抽水约10天后，土体出现明显固结沉降，地表出现约15cm沉降，为开挖创造了有利条件。

4 结论

1. 广州南沙滨海沉积地区淤泥地层透水性差，采用普通管井抽水效果差，单井水量仅为0.3～0.4 m3/d。仅靠普通管井抽水无法起到疏干地层、提高土体强度的作用。

2. 采用真空复合式降水，对管井施加0.08MPa以上的负压，单井水量可达4.3～7m3/d，真空抽水量远大于常压下的抽水量，10天真空总抽水量约为常压抽水量的10倍。

3. 采用真空复合式降水后坑内土体出现明显固结沉降，有利于基坑开挖作业顺利进行。

4. 真空复合式降水是广州南沙滨海沉积地区淤泥处理的良好方法，为类似基坑施工提供了经验。