防洪堤软基处理采用真空堆载预压方法的效果

2017-08-30邹如樑

黑龙江水利科技 2017年6期

关键词：排水板真空度垫层

邹如樑

(福建省水利水电工程建设公司，福州 350001)

防洪堤软基处理采用真空堆载预压方法的效果

邹如樑

(福建省水利水电工程建设公司，福州 350001)

在对软土进行处理时，真空堆载预压法是一种常用的地基处理方法，文章以实际工程为例，对真空堆载预压方法进行了介绍，对真空堆载预压法的施工方法进行了探讨。在采用真空堆载预压法对软基进行处理后取得了良好的加固效果，软土地基的固结度达到了93%，地基承载力达到了设计要求。

防洪堤；软基处理；真空堆载预压；软土地基固结强度

1 工程概况

罗源湾开发区松山片区大、小获片防洪排涝工程(一期)位于罗源县松山镇，以福州台商投资区大获片、小获片城市总体规划为依据，新建堤防工程、排涝设施，为项目区提供防洪及排涝安全保障，工程防洪标准为50a一遇，排涝标准为20a一遇。

一期项目含堤防新建4686.15m，小获闸站1座。其中小获溪右岸防洪堤1+600-2+546及大获溪左岸3+350-4+563采用真空堆载预压软基处理方法，处理面积11万m2，划分4个区域进行施工，分区面积一般在2.0万-3.0万m2。

2 真空堆载预压法介绍

真空堆载预压法主要由加压系统和固结排水系统组成。在使用真空堆载预压法对软土地基进行加固处理时，首先要使用真空泵抽出砂垫层中的空气，使土体的内部形成压力差。受压力作用的影响，软土地基会逐步固结。

与此同时，在进行抽真空作业的同时还进行了堆载预压，受外部荷载的影响，土体中孔隙水压力会进一步变大，在压力的作用下，孔隙水会经由排水通道排出，从而使土体充分压缩固结。如图1所示。

图1 真空度的传递及渗流路径示意图

1)在抽真空过程中，会产生向内的收缩变形，由于真空堆载是一次性施加完成的，因此不需要担心因土体堆载荷载过大出现失稳破坏的情况。

2)在对土体进行联合堆载时，受真空荷载的影响土体会产生向内的收缩变形，可以将堆载过程中出现的侧向挤出变形抵消掉，提升加载速度。

3)在进行真空联合堆载时，①可以提升土体孔隙水压力，②真空预压会排出孔隙水，降低孔隙水压力，因为土体固结比较快，土体强度增长比较快。

3 真空预压方案的设计

3.1 排水设计

排水系统主要由竖向排水和横向排水两个部分构成，其中竖向排水主要是利用塑料排水板从竖直方向上将土体中的水排出，埋设深度一般要大于软土层的厚度，横向排水主要是采用通过铺设砂垫层来达到排水目的，另外，此水平排水可以还具有传递真空度的目的。根据本工程的具体情况，设计塑料排水板的打设深度为20-25m。在对排水板的间隔距离进行确定时，需要综合考虑施工工期、土体的渗透性以及加固效果[2]。结合本工程的情况，设计选用B型塑料排水板，适合处理深度为15-25m的软土基，排水板间距为1m，按照正方形布置。排水板的性能指标如表1所示。

表1 B型塑料排水板的性能指标

3.2 真空预压方案设计

在对真空预压方案进行设计时，需要重点从真空抽气过程、密封系统、膜下真空度几个方面进行设计。一般来说可以将膜下真空度保持在80kPa。如果膜下真空度过小，则无法达到预期的设计要求，如果膜下真空度过大，会导致设备运行成本增加，结合本工程的具体情况，综合考虑经济效益和施工要求施工过程中膜下真空度要超过80kPa。为了保证真空预压效果，需要合理的设计密封系统。一般来说密封系统主要由密封膜和密封沟两部分组成。密封膜选用人工敷设的方式进行施工，为了防止密封膜后期堆载施工时被破坏，需要使用土工布铺设在两层密封膜之间，且第一层土方不得含有机质、石块、或尖角状物质等。本工程使用两层聚氯乙烯薄膜作为密封膜。其性能指标如表2所示。密封沟主要是用于隔断透水夹层而采取的一种密封措施，一般来说要求密封沟开挖到原状淤泥层下≥50cm即可。

表2 密封膜技术指标

3.3 堆载预压方案设计

一般来堆载预压是在真空预压加固10-15d后进行的，在施工时首先会使用宽幅聚酯长丝无纺针刺类型的土工布铺到密封膜上。进行堆载施工时，第一层使用人工摊铺的方法进行施工，摊铺厚度保持在30cm左右。在进行加载时要将加载速率控制好，水平位移要控制在<5mm/d，竖向沉降要保持在<30mm/d。后续堆载施工作业可以使用机械化作业的方式进行施工。在进行堆载施工之前要注意测量沉降，并将沉降观测标杆保护好，以便用于后期的加固分析。

4 堆载预压各个工序的施工要点

4.1 平整场地

考虑到软土地基在使用真空堆载预压法进行处理后，会呈现出四周沉降量小、中间沉降量大的锅底状，所以在平整施工场地时，要求场地的两侧低、中间位置高。同时要将场地的块石、浮浆、杂草等清理干净。

4.2 铺设砂垫层

在平整好场地后，为了便于施工机械的施工行走，需要先铺设一层砂垫层，铺设厚度为30cm。打设好塑料排水板后，需要再铺设一层砂垫层作为滤管和塑料排水板的过渡层。①可以保证地下水通过塑料排水板抵达砂垫层，然后从砂垫层流至主管，最后从真空泵中排出。②真空度可以通过塑料排水板传递，砂垫层的铺设厚度为60cm。

4.3 分区隔堤布设黏土密封墙

黏土密封墙主要是用于隔断软基处治范围以外的气和水，是保证膜下真空度达到设计要求的一项重要措施。如果密封墙施工质量不达标，很容易导致加固区域内侧向边界产生漏气，耗损真空预压能量，对膜下真空度的稳定性造成影响，继而对软基的加固效果产生影响[3]。在进行黏土密封墙施工时，首先要保证拌和深度可以达到要求，然后认真检查钻头的直径，保证拌和墙的宽度可以达到要求。在施工过程中遇到块石时，为了保证桩之间的搭接质量，要根据情况移动60cm。

4.4 打设塑料排水板

在进行塑料排水板的打设施工时，要按照规范要求检验排水板质量，确保施工过程中使用的排水板质量均达到设计要求。为了避免排水板长期在空气中暴露出现老化的情况，要覆盖好排水板盘带。在地基中打入排水板时，要保证板材不会产生扭曲，同时要防止损坏透水膜。为了防止抽出保护套管时带出排水板，需要在板的底部进行锚固处理。搭设排水板时，要求导管的的倾斜度控制在1.0%内。

4.5 布设抽真空装置

本工程在施工过程中，按照一台抽真空装置控制800-1200m2面积的原则进行布置。一般来说，在加固场地的一侧布置抽真空装置，而不能布置到两侧。这样可以有效避免出现“夺气”的情况。另外，在进行抽真空装置的布设时，要预留一定数量的真空泵作为备用泵[4]。抽真空设备安装时，高程不宜过高，循环水箱的安装高度要和膜保持在同一平面，如此一来可以节省膜下抽水时的能耗。

4.6 铺设第二层土工布和第一层土方

一般来说，在软黏土当膜下真空度大于80kPa后，即可铺设第二层土工布。在10d以后就可以进堆载预压。当加载强度过大或者填土过高时，可以使用分级施压的方式进行施工，并对分级施压级数进行合理的计算[5]。一般来说可以根据沉降速率控制加载速度。实际施工时，需要注意下述几个方面：

1)在铺设第一层土方时，不允许破坏密封膜，宜选择轻型运输工具或者人工运输的方法进行施工。

2)一边进行堆载一边进行检测，保证真空度可以达到设计要求。为了保证地基的稳定性，需要将侧向位移速率和沉降速率控制好。

5 加固效果分析

5.1 固结度分析

通过对软土地基采用真空堆载预压法处理后的沉降情况进行分析可以将土基的固结度推测出来，进而将地基的加固效果反映出来。一般来说地表沉降可以分为预压荷载作用下产生的沉降和打设塑料排水板期间产生的沉降。在软土地基没有经过处理之前属于欠固结土层，在搭设竖向排水层时，受自重和外界挤压的影响，土体会产生沉降，使土体的固结度和压实度提升[6]。通过对地表沉降固结度进行分析后得出的分析结果如表3所示。从表3可以看出，使用真空堆载预压法对地基进行处理后，地表沉降量为1593-1729mm，固结度为93%，取得了良好的加固效果。软土地基残余沉降量为133mm，低于150mm达到了规范要求。