真空預壓技術在大面積地坪施工中的應用
——以上海浦東國際機場西貨運區3#貨運站為例

上海建工集團股份有限公司總承包部 上海 200080

1 場地特征及設計要求

本場地地基土分布總體比較穩定，僅在局部第⑦1層層面埋深有一些變化。自地表以下50.39 m深度范圍內均屬第四系河口、濱海、淺海、沼澤、溺谷、湖沼相沉積層，主要由飽和黏性土、粉性土、砂土組成。按其沉積時代、成因類型及其物理力學性質的差異可劃分為7 個主要層次。擬建場地淺部地下水屬潛水類型，受大氣降水及地表逕流補給。所測得的地下水靜止水位埋深一般在0.98～2.70 m之間，其相應標高一般在2.98～1.29 m之間。

真空預壓地基處理設計要求：

（a）處理后總沉降量不少于0.34 m；

（b）控制工后地面不均勻沉降量≤0.2%；

（c）處理后表層承載力特征值≥120 kPa；

（d）處理范圍內交工時平均固結度≥85%。

2 真空預壓場地分塊

本工程處理區塊較為規則，成長條形，根據以往工程經驗，處理區塊越接近正方形，其真空預壓處理效果越好，因此將真空預壓區域分為3 個近似正方形的處理區塊，設置2 條內部密封墻，從而保證真空預壓效果。3 個區塊的劃分應盡量相等，同時內部墻密封應盡量避開工程樁位置，避免后期樁基打設困難。經綜合考慮，區塊按212.5 m（長）×141.55 m（寬），239.40 m（長）×141.55 m（寬）、210.50 m（長）×141.55 m（寬）劃分。

3 真空預壓排水系統[1-4]

3.1 豎向排水系統

本工程需要處理的軟土層深度小于20 m，根據相關規范及工程經驗，采用SPB100-B型塑料排水板可滿足工程處理深度要求且成本較小。

排水板的間距根據土的固結特性及工期要求，并考慮到施工影響因素同步計算確定，其最大間距采用井徑比n控制，根據工程經驗，排水板間距通常為1.2～1.5 m，多采用正三角形布置。打設深度以沉降控制為主，以滿足目標沉降值要求。

經綜合對比分析，排水板打設深度超過13 m時即能滿足沉降量不小于34 cm的要求，因此排水板打設深度設計為13 m。間距主要影響其抽真空時間，本工程選擇間距1.4 m能滿足工期要求，因此排水板布置按照間距1.4 m采用正三角形布置（圖1）。

3.2 水平排水系統

真空預壓水平排水系統包括主管、濾管及砂墊層，在真空預壓加固地基過程中起水平排水和傳遞真空度的雙重作用。

圖1 排水板間距及插打深度示意

砂墊層一方面為豎向排水和水平排水管路創造聯絡通道保持排水通暢，另一方面保護水平排水管路不外露、不拉裂，考慮本工程水平排水管路布置間距較緊密，同時選用的波紋管自身具有一定柔韌度，同時本工程目標沉降量較小（340 mm），因此砂墊層厚度采用較小值，另外結合我公司在上海地區工程經驗，綜合考慮后確定預壓法處理地基在地表均勻鋪設厚35 cm的中、粗砂作為水平墊層。

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主管及濾管：行業標準中規定水平排水管路宜采用Φ60～Φ70 mm的鐵管或硬塑料管。采用直徑較大的波紋管一方面具有較強的變形能力，另一方面又有足夠的孔隙供地下水排出，結合工程實際需要，本工程主管采用波紋管，外徑為75 mm，濾管采用打孔波紋管，外徑為63 mm，按主管間距12 m和濾管間距6 m布置。

4 真空預壓密封系統[5-7]

4.1 密封墻

密封墻主要作用為切斷處理區域與外界的大氣聯系，保證真空預壓施工區域的氣密性，常規可選擇水泥攪拌樁和泥漿攪拌樁。水泥攪拌樁由于摻入一定比例的水泥，其樁體剛度較好，多用于樁體建筑物基礎位置的情況，但在剛度提高的同時，其脆性也會增強，由于真空預壓期間土體會產生內聚效應，若密封墻剛度過大，極易出現裂縫，破壞施工區域密封性，因此本工程根據其密封墻位置的不同采用不同形式的攪拌樁作為密封墻（圖2）。外圍密封墻采用2 排雙軸泥漿攪拌樁，攪拌樁Φ700 mm，搭接寬度200 mm，泥漿相對密度為1.20～1.35，成樁后滲透系數不大于1×10-6mm/s。內部密封墻采用雙排雙軸水泥攪拌樁，攪拌樁Φ700 mm，搭接寬度200 mm，水灰比為1.95，采用P.C 32.5水泥，成樁后滲透系數不大于1×10-6mm/s。本工程真空預壓邊界已沿建筑物基礎外邊線外擴4～5 m，攪拌樁不會對建筑基礎施工造成影響，因此可將真空預壓邊界線作為外圍密封墻中心線。

根據地質勘測報告，場地主要透水層為第②3層砂質粉土，密封墻的插打須穿過②3層，其層底標高為－1.64～－3.96 m，密封墻樁頂標高為+3.60 m，則樁長最小應為7.56 m，經綜合考慮，本工程密封墻樁長為9 m。

4.2 密封溝

圖2 攪拌樁搭接示意

根據工程需要，密封溝設計深度為1.5 m，上寬為2.1 m，下寬為1.2 m。開挖密封溝時需挖至攪拌樁頂面以下0.5 m，保證密封膜跟水泥黏土攪拌樁緊密結合，防止漏氣。密封膜應緊貼密封溝的內壁鋪設，并將膜放至溝底，然后分層回填黏土壓實。

圖3 外圍密封溝大樣

圖4 內部密封溝橫斷面示意

4.3 土工布

在砂墊層里完成水平排水管路的鋪設后，鋪設真空膜之前必須在砂墊層上先鋪設1 層無紡土工布，避免真空膜因直接接觸砂墊層或其他尖銳狀物而受損，起保護真空膜的作用，本工程采用250 g/m2無紡土工布。完成土工布的鋪設后，在其上鋪設2 層厚0.14 mm的真空膜以保證真空預壓的密封。

5 真空預壓抽真空系統

真空預壓法主要采用真空泵作為抽真空的設備，一般來說在真空度相對較小時，膜下真空度隨著真空泵臺數的增加（即抽真空能量的增大）而明顯提高；當真空度達到較大值，膜下砂墊層中的氣體已相當稀薄，真空泵臺數的增加相對難以改變真空度的大小。真空度越高，每增加1 kPa所需要的真空能量越大，因此根據規范規定，真空預壓所需真空設備的數量可根據處理面積的大小確定。一般按1 套設備可抽真空的面積1 000～1 500 m2計算確定。根據計算，本次工程真空泵數量為94 臺。

6 預壓值

根據《真空預壓加固軟土地基技術規程》的規定，膜下真空度應大于87 kPa。通過沉降量與固結度計算，在目標沉降量和固結度同時滿足要求的前提下確定預壓荷載值。

根據上述原則，分別對沉降量和固結度進行試算，確定真空預壓荷載、塑料排水板深度及間距的關系如表1。

7 停泵標準

表1 真空預壓荷載、塑料排水板深度、間距與目標沉降值的關系

根據設計院要求，本工程真空預壓目標沉降值不小于34 cm，且處理范圍內平均固結度不小于85%。真空預壓主要目的在于提高土體固結度，但由于固結度無法直接測量，只能通過計算獲得，不能作為表相的判別指標，由于固結度越高，沉降速率越小，為便于從直觀上判斷工程質量，采用沉降穩定作為停泵標準，同時在總沉降值上需滿足設計院目標沉降值要求。本工程具體停泵標準如下：

（a）各區塊地表沉降觀測點沉降值平均值不小于34 cm；

（b）各區塊地表沉降觀測點連續5 d實測沉降平均速率小于3 mm/d。

沉降觀測點沉降值均從真空膜鋪設完成開始起算。由于中間采用了密封墻分割，真空預壓區域為3 個獨立的處理區塊，各區塊間不會互相影響，因此各區塊可作為獨立區域考察，在達到停泵標準后即可停泵。

8 結語

本項目中的真空預壓自2012年9月開始施工，到2012年11月全部完成，歷時3 個月，3個區塊分別沉降342 mm、344 mm、341 mm；固結度分別為87%、89.4%、86.4%；地基承載力均大于240 kPa，完滿地完成了設計要求。說明原先設定的各項參數均確實可行，并為上海地區大面積地坪的地基處理提供了一種可供選擇的方法。