增压防堵真空预压法在吹填土加固工程的应用

2019-06-18杨仲虎姚永新

浙江水利科技 2019年3期

杨仲虎，姚永新

（1.浙江省围海建设集团股份有限公司，浙江宁波 315000；2.浙江广川工程咨询有限公司，浙江杭州 310020）

1 问题的提出

真空预压是加强软土地基排水固结的重要方法之一，该法在1952年由瑞典皇家地质学院教授杰尔曼（W.Kjellman）在美国麻省理工学院举行软土加固会议上首次提出[1]。该法具有加固时间短，造价低，工艺简单，无污染等特点，尤其适用于大面积软土地基处理，经过国内外几十年来对真空预压法的不断研究和探索，该法也得到了很大程度的完善[2]。但是因为吹填土本身性质的特殊性，在现场实施过程仍有许多问题需要解决，诸如真空的传递深度较浅，排水板极易淤堵等[3]，本文针对排水板淤堵问题，引入增压防堵方法，着重分析其加固效果。

2 工程概况

洞头状元南片垦区软基处理工程位于温州市洞头县，状元南片垦区东起洞头县花岗岛，北至状元岙岛的山体山脚，西至深门大桥，南至围填堤塘。吹填围区北侧及西侧为海岛陆地，南侧及东侧由已建南堤、东堤及隔堤围成。在已建南堤以北预留宽度约70.0 m的海滨河及湖泊，已建海滨河的北护岸以及湖泊护岸为本工程地基加固区的临水侧边界。围区中部已建1#子隔堤和2#子隔堤以及陆域、水体将吹填区分为A、B两个分区。其中A区总面积约89.9万m2；B区总面积约147.1万m2，合计总面积约237.0万m2，扣除道路和子隔堤面积，地基处理面积约为230.8万m2。排水板采用整体式塑料排水板，普通区域插板间距0.8 m，插板打穿吹填土层，并进入吹填前的原泥面以下0.5 m；主管采用Φ50 mmPVC钢丝软管，支管采用Φ25 mmPVC钢丝软管；密封膜单层厚度0.12 ~ 0.16 mm，铺设2层，密封膜采用聚乙烯或聚氯乙烯薄膜。

场地内吹填土源主要为淤泥，吹填后在场地中呈现流泥状态。地面以下0.5 ~ 1.0 m左右的土体含水率约为107 % ~117 %，孔隙比2.66 ~ 2.97，渗透系数（2.66 ~ 5.60）×10-5cm/s，属于含水率高，孔隙比大，渗透系数低，压缩性很高，地基承载力极低的软弱土体。

3 增压防堵真空预压法

3.1 方法简介

增压防堵真空预压就是在土体中加入增压管，当常规真空预压稳载预压70 ~ 75 d后，增压管开始向土体内充一定量的气体，瞬间形成流动裂隙，缩短渗流路径，增大排水速率，促进土体固结，吹开滤膜表面的淤泥，缓解淤堵现象。增压式真空预压法示意见图 1，技术特点见图2。

图1 增压防堵真空预压法示意图

图2 增压防堵真空预压法技术特点图

3.2 施工工艺

增压防堵真空预压软基处理施工工艺流程：施工准备→搭设浮桥→铺设编织土工布→打设排水板、布设真空管→排水板与真空管连接→布设观测设备→铺设无纺土工布、密封膜→布设真空泵及其它抽真空装置→抽气加载→增压排水板连增压泵进行增压→抽气加载→卸载→加固效果检测。

与常规真空预压相比，后者在真空稳载预压70 ~ 75 d后，开始充气加压，充气加压采用间歇式加压方式，施工时气压控制在0.00 ~ 20.00 kPa（根据场地实际情况调整），每24 h增压2 ~ 3 h，当真空度降低至70.00 kPa时停止增压。增压排水板连接至抽真空系统，继续抽真空至85.00 kPa，连续抽真空至出水量明显减少，再次充气增压。如此充气增压和抽真空循环，持续15 ~ 20 d左右，周平均沉降降至小于35.00 mm，加压结束。

3.3 造价分析

与普通直排式真空预压相比，增压系统采用排水板后期增压，增压系统增加4 元/m2，其他为部分接头增加的费用。但与直排式相比，按照温州市吹填淤泥处理经验需要4个月以上抽真空时间，而本技术3个月即可以达到预期效果，可节约电费约10 元/m2。增压式真空预压与普通直排式真空预压造价基本持平。增压式真空预压与普通直排式真空预压造价见表1、表2。

4 室内对比试验

根据以上方法介绍可知，增压式真空预压主要起到3个作用：一是瞬间形成流动裂隙，缩短渗流路径，增大排水速率；二是产生横向的侧压力，促进土体固结；三是吹开滤膜表面的淤泥，缓解淤堵现象。本文在增压防堵真空预压大面积应用之前，进行室内对比试验，主要通过监测地表沉降量变化情况，来评价增压式真空预压技术的加固效果。

经试验发现，在真空预压开始的初期累计沉降量发展较快，随着抽真空时间的延续，沉降速率减缓，累计沉降量趋于稳定，2种方式前期（0 ~ 284 h）累计沉降量变化趋势大致相等。待孔隙水压力相对稳定时，启动增压设置，分别在增压量10.00，20.00，30.00 kPa的作用下，土体沉降量又进一步发展，产生的沉降量为19.00，25.00，27.00 mm，约占总沉降量的13.5%、17.0%和17.7%。因此可知，增压能够有效促使吹填土沉降的发展。然而增压量过大，也并不能使土体等到更好的固结，相反会取得反效果，这是由于大增压量会加速排水板表面淤泥的淤堵和部分土体孔道的封闭，同时会降低整个密封系统的密封性。

5 加固效果检测

根据设计要求，本工程加固效果检测分为现场检验与地基承载力检验。现场检验为在不铺设垫层的情况下可满足履带式挖掘机正常进场，每块加固分区（单块膜）的地基开挖1个基槽，开挖尺寸为长2.0 m×宽2.0 m×深3.0 m，基槽在12 h之内无塌孔现象。地基承载力检测采用现场试验与室内土工试验相结合进行评价，0.0 ~ 1.5 m深度承载力标准为50.00 kPa，1.5 m以下地基承载力标准为30.00 kPa。现场试验照片见图3。

表1 增压式真空预压价格表

表2 普通直排式真空预压价格表

图3 现场试验图

5.1 浅层平板载荷试验

0.0 ~ 1.5 m深度范围内的地基承载力特征值采用现场平板载荷试验进行评价。每个加固分区不少于1个检测点。本文选取A2区块某1浅层平板载荷试验点进行分析，根据现场试验所得荷载 — 沉降观测结果见表3，绘制成的p - s、s - lgt曲线见图4。

表3 现场试验结果表

图4 p - s与s - lgt曲线图

地基承载力特征值按GB 50007 — 2011《建筑地基基础设计规范》附录C确定，载荷板尺寸为1.0 m×1.0 m。当采用附录C.0.7的第3条确定地基承载力特征值时，因本工程为超软土地基，建议取s/b=0.02所对应的荷载。最终地基承载力结果见表4。

表4 地基承载力结果表

5.2 十字板剪切试验成果分析

1.5 m深度以下的地基承载力特征值可采用十字板剪切试验强度进行计算，十字板试验按1.8万~ 3.0万m2一组进行。十字板检测的平面位置取相邻4根排水板连线的交点处。本文选取A2区块某1分区十字板试验进行分析，参考《浙江省海塘工程技术规定》，地基承载力特征值可按下式计算，得到该区块1.5 m深度以下地基承载力结果见表5。