直排式真空预压施工工艺在软弱地基处理的应用与实践

◎徐建华 李军 中交一航局第五工程有限公司

1.工程概况

本项目位于珠海横琴新区的小横琴山脚下，项目建设完成后，将改善下村泵闸取水功能和提升北片区的防洪及景观效果。

本工程按照设计图纸要求，需进行加固处理的软土地基部分总面积约为7000m，从表层往下厚度为8.2m的区域内，土质均为软塑状淤泥，经地勘验证，该土层具有较高的含水率和压缩性，在8.2m往下的范围约有11m厚度的土层为海相沉积土层，含水率最高能够达到80%，属于中高性的压缩性土质。设计要求针对8.2m厚度的软塑状淤泥进行加固处理。

表层土是在原来的鱼塘基础上直接进行填筑，未对鱼塘进行抽排水处理，导致表层土的含水率较大，地基十分软弱，并且具有透水性差的特点。并且项目周边用地紧张，作业面狭窄，施工机械无剩余空间可利用，只能临时占用防洪通道，给施工过程中的安全生产带来隐患，给施工成本控制带来难度，给施工进度保障带来压力，综合考虑这几项因素，同时满足临时防洪度汛的要求，对地基进行加固处理时，必须选择工艺合理、经济可行、安全可靠的方案。

通过与常规工艺全面对比，并经实践检验，最后确定选择采用直排式真空预压的工艺，能够消除安全隐患，达到降本增效的目的，同时经此方案处理后的地基，取得了不错的加固效果，成为多种方案比选中的最佳选择。

2.直排式真空预压工艺与常规真空预压工艺的区别以及优点体现

随着我国基建板块的发展与科技的进步，工程师们已经总结了一套完整的常规真空预压技术的经验和教训，虽然能够满足基本施工需要，但也存在诸多不足，比如：常规的真空预压法在施工过程中的抽真空作业的周期比较长，严重影响了其紧后工作的开始时间，导致总时差的消耗，不利于整体工期的目标控制。

而直排式真空预压法，在实践过程中，发现比常规做法成本低、周期短，同时兼有稳定性、加固性强等优势，得到了越来越广的使用，应用前景较好，成为发展的趋势。

直排式真空预压法和常规式真空预压法最明显的区别就是：直排式工艺在施工过程中取消了铺设中粗砂垫层这道工序，取而代之的是，将PU管与塑料排水板直接相连，将排水路径大大缩短，既精简了工艺流程，又达到了预压效果。

2.1 常规真空预压工艺的水平排水系统描述

此系统的基本做法是：首先铺设厚度为50～100cm中粗砂垫层，接着在砂垫层上打设塑料排水板，然后在砂垫层内埋设软式多孔滤管，要求滤管间距保持一致，最后在滤管周围用至少2层滤布包裹严实，在不影响其透水性功能的前提下，还能达到不透砂的效果。塑料排水板引出的水通过透水性良好的中粗砂垫层，集中排到事先铺好的密封膜外面，土体层经失水后，逐渐固结并密实。

经研究此系统的工作原理，发现其真空压力的传递过程是：真空装置作为压力起点→流经主管道→然后传递到支管道→经过铺设好的中粗砂垫层→经过打设好的塑料排水板→最后传递到需要加固的淤泥土层。

由于厚度较厚的中粗砂垫层和软式多孔滤管以及2层包裹滤布的阻尼作用，导致真空压力的功率在传递过程中发生明显损失。经实测数据得知，真空泵在出口压力的初始值为96kPa，但是经过软式多孔滤管以及2层包裹滤布的阻尼作用到达中粗砂垫层时，其实际真空压力已降至80kPa以下，再经中粗砂垫层的阻尼作用，最后传递到塑料排水板板头往下大约3m深处的位置时，实际真空压力值只剩56kPa，真空压力损失率高达42%。

2.2 直排式真空预压工艺的水平排水系统描述

由于此工艺精简了工序，将滤管和塑料排水板直接相连，取消了中粗砂垫层的铺设，压力传递过程中减少了一道阻尼障碍，传递路径发生了变化。

经研究此系统的工作原理，发现其真空压力的传递过程是：真空装置作为压力起点→流经软式多孔滤管→然后传递到PU管→经过打设好的塑料排水板→最后传递到需要加固的淤泥土层。

此工艺减少了真空压力的阻尼障碍、缩短了传递路径、降低了能量损失，从而使土体层的密实加固效率提高。经实测数据得知，真空泵在出口压力的初始值同为96kPa，在传递至PU管时的压力值大于90 kPa，最后传递到塑料排水板板头往下大约3m深处的位置时，实际真空压力值仍大于80kPa，真空压力损失率不超过17%。

3.直排式真空预压工艺的管网施工流程

直排式真空管网施工流程为：施工准备→GPS测量放线→PVC管网布设→板头处清理修整→将板头之间互相连接→将整个PU管网进行闭合→检查管网密封的效果→最后将管网整体固定。实际操作如图1所示。

图1 直排式真空预压管网实际操作流程图

4.真空预压

4.1 安装抽真空装置

根据施工的实际需求，初步确定和选择高效节能大功率真空泵系统（以下简称为HEHP真空系统）。HEHP真空系统主要由水气分离罐和大功率真空泵组成，其工作原理为启动真空泵，抽取土体中的水和气体，进入水气分离罐后水气出现分离，气体进入上部灌体，并从真空泵将气体排出；水则进入下部灌体，配合抽水泵排水，本次施工共设置2台扬程为25m的抽水泵，1台承担抽水作业，另外1台作为备用，保证施工效率。从施工涵盖范围来看，真空泵系统每台泵的可影响的范围约为5000～6000m。为了确保每根真空主管均在预压范围内，每个水气分离罐连接真空管的数量不得超过8根。在进行真空预压时，确保真空泵的进水口和出膜口在相同平面，避免干扰真空泵能的发挥。抽真空拟计划采用网电供电，安排经验丰富的专业电工完成电网布设，选择高强绝缘电缆，采用三相五线制，并加强对配电方式的设计，严格按照确定好的配电方式完成布设作业，提升施工的安全性。

4.2 试抽真空

做好抽真空前的准备工作，遵守抽真空施工规范，确保支管内真空度＞85kPa，每台泵全天候满负荷作业，检查所有泵的预压范围，并预留10%的备用泵，避免施工中泵损坏而影响施工正常进行。

若遭遇真空预压临时供电停电的情况，应启动备用发电机，确保水汽分离作业顺利进行。另外，在发电机上安装电量计量仪器，监测控制日用电量。

5.施工的效率与成本分析

5.1 效率分析

常规的真空预压工艺中，受作业面狭窄的影响，机械设备难以发挥作用，效率低下，同时占用的便道会影响村庄防洪度汛的能力，可能会造成村民财产的损失。

而直排式真空预压工艺中，所有连接构件均事先按照设计尺寸加工成型，具有“模块化”的优点，施工效率成倍增长，可提高1.5倍以上，降低了工期履约的风险，同时对于节约成本效果显著。

5.2 常规抽真空工艺压力传递效率

采用此工艺，在打设完塑料排水板后，会出现明显的反淤现象，造成铺设好的中粗砂垫层的污染，堵塞了水平向排水系统，也造成了机械设备行走困难，影响其排水效果，同时增加了真空压力传递的阻尼作用力，导致压力传递能量损失较大，对于软土层加固密实效果不明显，压力传递利用率仅为58%。

5.3 直排式抽真空工艺压力传递效率

采用此工艺，真空压力传递阻尼作用力减少，传递效果显著，不会出现明显的反淤现象，取消了砂垫层，也不会造成污染和堵塞排水系统，操作方便快捷、效率高，真空压力传递损耗小、利用率高，从而缩短了加固时间，提高了加固效果，压力传递利用率可达83%。

5.4 成本分析

按照2017 年当地市场综合价格，其中常规工艺的材料价为24.7元/m，人工费单价为1.1元/m，综合单价为25.8元/m；直排式工艺的材料价为15.9元/m，人工费单价为3.3元/m，综合单价为19.2元/m，节省单价6.6元/m，成本降低率近6.6/25.8=25.6%。

成本分析如表1所示。

表1 两种工艺成本比较分析表

考虑到近年来政府对环保督查政策力度的加大，中粗砂材料供给市场情况的变化波动较大，中粗砂价格上涨较多，采用常规工艺进行真空预压施工，将导致增加更多的施工成本，必须通过新工艺改变这种不利局面。

6.沉降观测结果对比

经加固后的地基监（检）测结果显示，两种工艺效果均能够满足工程质量要求，但是也反映出，直排式真空预压工艺对土体预压效率要优于常规真空预压工艺，更有利于工程施工工期和质量的控制。

直排式真空预压和常规真空预压的沉降值变化情况比较如图2所示。

图2 直排式真空预压和常规真空预压的沉降值变化对比图

7.优缺点分析

常规真空预压工艺在软弱地基加固处理中，由于其工作原理性质导致其本身的不足，不能较好的达到预期目标，缺点较明显，主要表现在以下几个方面：

（1）在打设完塑料排水板后，会出现明显的反淤现象，造成铺设好的中粗砂垫层污染，堵塞了水平向排水系统。

（2）近年来，国家大力整顿环保工作，中粗砂供给端紧张，材料价格高涨，造成了工程造价的进一步提高。

（3）造成了机械设备行走困难，影响其排水效果，增加了真空压力传递的阻尼作用力，导致压力传递能量损失较大，对于软土层加固密实效果不明显。

综上所述，直排式真空预压法和常规式真空预压法最明显的区别就是：直排式工艺在施工过程中取消了铺设中粗砂垫层这道工序，取而代之的是，将PU管与塑料排水板直接相连，将排水路径大大缩短，既精简了工艺流程，又达到了预压效果。在实践过程中，直排式真空预压法比常规做法成本低、周期短，同时兼有稳定性、加固性强等优势，得到了越来越广的使用，应用前景较好，成为发展的趋势。

8.结束语

在本工程软土地基处理工艺实践表明，直排式真空预压法具有多方面的优势，既能够有效满足业主的工期和质量要求，也能够确保施工单位成本控制、进度履约的目标。同时，直排式真空预压法施工方法简便，管道与排水板连接“鸭嘴”成本低、易生产，易于大规模推广，经此方法加固后的地基在后期开挖过程中，能够有效确保不出现反涌和边坡滑移的情况，降低了安全隐患的风险，同时保障了其紧后工序的开始时间以及上部结构物基础施工的质量，在横琴地区乃至类似软弱土层地基处理加固施工时，作为首选的工艺，赢得了行业内高度认可，具有很好的应用前景和发展趋势。