真空預壓軟基處理技術在某工程中的應用

黃樹其

(廣州協安建設工程有限公司， 廣東 廣州 510075)

真空預壓軟基處理技術在某工程中的應用

黃樹其

(廣州協安建設工程有限公司， 廣東 廣州 510075)

為了盡快完成某軟土地基的處理，綜合比較工期和成本的基礎上，采用了真空預壓軟基處理技術，并詳細介紹了該技術的施工工序，包括鋪墊砂墊層，塑料排水板，濾管安裝，密封溝開挖及密封膜鋪設，安裝抽真空系統，抽真空施工以及卸載；并對施工過程中的常見問題進行了原因分析，提出了相應的解決措施。與傳統軟基處理方法相比，該真空預壓技術節省了一半的工期，并節約成本4680萬元，具有很好的經濟效益。

真空預壓軟基處理；密封膜；抽真空系統

0 前 言

真空預壓軟基處理方法是1952年瑞典皇家地質學院謝爾曼教授提出。我國于1979～1985年在天津新港工程中進行了該方法的試驗，并于1985年通過國家技術鑒定，1987年獲得國家專利。1985～1995年在連云港堿廠、天津新港保稅庫等工程中大面積應用，使工藝水平不斷提高，1995年化工部批準發布《真空預壓施工技術規程》，此后該方法廣泛應用于沿海地區的港口、道路工程中，經過二十多年的不斷發展，施工工藝日趨成熟，交通部于2009年8月批準發布了行業性強制標準《真空預壓加固軟土地基技術規程》(JTS147-2-2009)。

1 工程概況

廣州南沙黃閣鎮農民安置區位于廣州市南沙區黃閣鎮中西部地區，西臨京珠大道北，北依廬前山南路，東南側為黃閣大道，規劃用地總面積約120萬m2。該標段建筑面積為54000 m2，合同造價約為1.3億元。場地原為蕉林、菜地和魚塘，有簡易公路，地勢較平緩，吹填砂后地面標高6.8 m。本場地地質狀況不良，為淤泥質土。根據鉆孔揭露資料，地層由上至下分為：人工填土，海陸交互相海沖(淤)沉積成因的淤泥，沖積成因粉質粘土、淤泥質土、中粗砂(砂礫)，殘積成因的砂質粘性土，下伏基巖為燕山期花崗巖。淤泥層厚度達到20多米。

本項目的建設是為了盡快完成本區域的農民安置，加快農民搬遷，空出地塊為南沙世貿區提供建設用地，如果用傳統的堆載方法處理軟基，工期長達180 d，不滿足建設需求；如果用深層攪拌樁進行處理，工期為60 d左右，但價格昂貴，價格約540元/m2，同樣不滿足建設需求；經過設計單位多方論證，采用真空預壓處理軟土地基方式，工期約90 d左右，價格約150元/m2，既可以滿足工期要求，價格合理。

2 真空預壓軟基處理技術

真空預壓軟基處理技術是在地面鋪設一層砂墊層，按規定打入排水板，埋設濾管，用聚氯乙烯薄膜履蓋整個地面，并鋪設至周圍邊(在四周修建密封溝或攪拌樁)，整個地面形成一個整體，通過抽真空在軟土內形成負壓，把軟土內的水、氣排出，使軟土固結，如圖1所示。其處理過程分成七大道工序，分別為鋪墊砂墊層、塑料排水板、濾管安裝、密封溝開挖及密封膜鋪設、安裝抽真空系統、抽真空施工以及卸載。

2.1 (鋪墊)砂墊層

砂墊層分二層鋪設，每層厚底0.3 m。先鋪設第一層，塑料排水板施工完成后再鋪設第二層。

砂墊層采用潔凈的中粗砂，含泥量少于3%，有機質含量不大于1%，避免混有塊石等雜物，滲透系數不小于1×10-4m/s。砂墊層密實程度達到中密以上。鋪設砂墊層時，用水準儀施測，并用間距30 m木樁布點，采用自卸汽車運輸，用推土機整平，砂墊層寬度比地面寬1 m。

2.2 塑料排水板

梅花形布置，間距1.0 m，深度18 m，塑料排水板的性能指標見表1。

圖1 真空預壓軟基處理

2.3 濾管安裝

按照設計要求采用Φ76PVC的主管和濾管，管壁厚度4 mm、承壓力不小于400 kPa。管外布置Φ8～10 mm、間距5 cm的濾眼，濾眼按照三角形排列。用克重不小于250 g/m2、滲透系數大于5×10-5cm/s的無紡土工布包裹主管和濾管。

按照圖紙要求的位置埋設主管及濾管，用三通、四通與鋼絲橡膠軟管連接，鋼絲橡膠軟管套入濾管及彎通長度大于10 cm，并用12號鉛絲綁扎牢固，綁扎的鉛絲頭不得向上彎起，防止損壞密封膜。人工挖出溝槽，溝槽深度為25～30 cm、隨挖隨埋管入溝。在鋪設過程中要確保濾管上的濾膜不被損壞，出膜處采用無縫鍍鋅鋼管和接頭相連接，垂直伸出膜面30 cm。濾管安裝完成并經監理工程師驗收合格后進行隱蔽覆蓋。對覆蓋后的砂墊層用人工進行全面平整，將外露的塑料排水板頭埋入砂面以下，并清楚面層的硬物及泥塊，以防止抽真空過程中真空膜被硬物刺破。

2.4 密封溝開挖及密封膜鋪設

在軟基處理區域邊緣位置放線開挖密封溝，密封溝的開挖深度根據地質情況確定，進入淤泥層50 cm以上，深度約2 m左右，溝底應盡量保持平順。密封溝采用挖掘機開挖，溝底寬度不小于設計要求，基坑邊坡不大于1∶0.5，并根據地質情況調整，確保基坑邊坡穩定。

密封膜采用2層聚氯乙烯薄膜，單層厚度0.3 mm，密封膜的物理力學性能見表2。

表2 聚氯乙烯土工膜物理力學性能

訂購的密封膜長度按照處理區域的邊長每邊各增加5 m，由于本軟基處理區域的寬度大，所以真空膜需要在局部進行現場熱合，采用平搭方式搭接，搭接長度大于1 m。

密封膜鋪設須選擇在無風或風力較小的天氣進行，自一邊開始，二層一道按順序同時由近及遠進行。鋪設時密封膜不能拉的太緊，在密封溝處留出略長于踩入溝內軟土的長度即可，以使密封膜有一定的預留寬度，防止抽真空時不均勻沉降將密封膜拉裂。

密封膜順著密封溝壁鋪設，并踩入溝中軟土不少于0.5 m。踩密封膜時，踩完第一層再踩第二層。踩膜時要防止砂墊層中外露的塑料排水板頭或其它硬物將膜劃破、且要防止踩膜過程中將膜撕裂。

踩膜完成后的密封溝用挖出的軟土或粘土進行分層回填密封，密封溝回填應低于密封膜面10～20 cm，以便抽真空過程中保持溝內濕潤。

密封溝回填后在外圍20 cm處修筑寬60 cm、高100 cm的土質蓄水圍堰。

2.5 安裝抽真空系統

真空泵泵出口壓力為96 kPa，按照800～1000 m2/臺的設計要求共設置60臺，并設置備用泵10臺。真空泵安裝前先試運轉，真空壓力達到96 kPa方用于安裝。真空泵的平面布置按照圖紙RJ-12(真空泵平面布置圖)位置布設，如個別位置不方便安裝時可稍作調整。

真空泵的安裝嚴格按照電機、水泵(循環)水箱、閘閥、止回閥、出膜口的次序進行連接，連接處采用橡膠墊進行密封，水箱進水口和出膜口保持在同一水平面上，以保證真空泵能發揮最大功效。真空泵底座用沙包墊高、夯實，安裝要平穩、牢固，安裝效果如圖2所示。

真空泵安裝完成后統一進行編號，以方便記錄真空度度數及維修管理。

圖2 真空泵安裝

2.6 抽真空施工

在上述工序完成后應盡快實施抽真空作業。開始階段，為防止真空預壓對加固區周圍土體造成瞬間破壞，必須嚴格控制抽真空速率，應先開啟半數真空泵，然后逐漸增加真空泵工作臺數。抽真空過程中，須詳細檢查密封膜有無破損，當膜下真空度達到40 kPa以上時，微小的破損處能發出較大的響聲，容易檢查發現，發現后須立即修補，保證真空預壓的效果。經檢查無漏氣后，開啟所有真空泵將真空度提高到85 kPa以上，半個月后，將抽出的地下水排向處理區域形成30～40 cm的蓄水，形成水膜并作為補充荷載。水膜應能覆蓋所有外露密封膜，如水量不足，可用水泵抽取場地外水源加以補充。

抽真空有效時間為90 d，所有真空泵24 h運行。施工期間，派專人對真空泵進行檢查和維護，如有損壞立即更換備用泵，保證真空泵的正常運行。

真空預壓期間須保證膜下真空度達到85 kPa以上，出現真空度降低的情況，要及時查明原因并進行處理。若在處理區域外出現地表裂縫，向下延伸可能影響膜下真空度，應將裂縫進行密封。

抽真空期間，加強與電力部門的溝通，如遇到停電時，應立即關閉設置在真空管路上的止回閥，防止真空度下降，同時盡快啟用備用的發電機，保證1/3真空泵的正常工作。

2.7 卸 載

根據《建筑地基處理技術規范》(JGJ79-2002)膜下真空度規定及本工程的設計圖紙，進行抽真空預壓時，要求密封膜下的真空度在85 kPa以上時連續抽真空，并同時滿足下列兩個標準可以卸載：直至軟基固結度達到90%以上；連續10 d觀測的沉降速率小于2 mm/d。

3 施工常見問題應對措施

(1) 局部塑料排水板打設遇到故障。主要原因是淤泥中存在石塊或其它構造物，如果是面積小的孤石，可在旁邊補打；而面積較大的障礙一般都是舊基礎、舊路等，需將其全部挖除。

(2) 若有些部位的塑料排水板確實無法打設到設計深度，須及時向設計單位報告，對該部位獨立進行抽真空施工，以防止因處理深度不同(因塑料排水板打設深度不同)產生沉降不均勻引起密封膜拉裂。

(3) 抽真空過程中真空膜出現裂縫。該問題主要是由3個原因造成的，一是地質結構不均勻引起沉降不均勻，二是打設的排水板深度不均勻或質量差引起沉降不均勻，三是未按施工圖布設真空泵、濾管，或砂墊層含泥量大，引起該部位真空度不足與周邊沉降不均勻。針對該問題，可將裂縫部位圍堰起來并將水抽干，或沿著裂縫處將密封膜切開并用潔凈中粗砂填實，也可在裂縫處再粘上三層密封膜。其中，真空膜裂縫的處理須停抽、修復、再抽達到設計真空度，至少要損失10 d時間，且修補后有可能再次產生裂縫。

(4) 真空度達不到設計要求，或真空度有下降趨勢。主要是由真空膜有裂縫、密封溝密封不好、處理區域與外部有聯通的砂層等原因造成的。針對該問題，可采取以下措施：全面檢查真空膜，及時補漏；用淤泥填平真空膜與邊溝斜坡面的裂縫，必要時重新挖密封溝；增加真空泵數量；增加粘土攪拌樁把聯通的砂層隔斷。

4 施工監測及檢測項目

(1) 施工過程中要求監測項目及數量(見表3)。

表3 施工監測項目及數目

(2) 膜下真空度度觀測。在真空預壓過程中須對真空度進行觀測，要求真空壓力測頭的位置埋設在膜下50 cm并位于砂墊層中，相鄰兩濾管之間，主要觀測膜下真空度在施工期間隨時間變化的情況，要求每天觀測至少2次。

(3) 地表沉降觀測。地表沉降觀測分為：施工沉降觀測和抽氣膜面沉降觀測。施工沉降觀測主要指打設排水板、鋪設砂墊層、安裝濾管等引起的沉降量，先在加固場地預埋幾個沉降板，測出初讀數，然后在完成上述工作后再進行測量，從而可以得出施工沉降量。抽氣膜面沉降觀測是在鋪好的薄膜上，預先放置一些沉降標來完成觀測，板底面積1 m×1 m，板上的沉降桿可接長，每節長度l～1.2 m。沉降標豎管偏位不大于2%，主要觀測地表沉降量和沉降速率。在正式加載之前測度每個觀測點的高程值作為預壓期間的沉降觀測初始值，在抽氣初期每天測量一次沉降點的高程值，等沉降量發展到一定程度，如沉降速率小于2.0 mm/d時，可2～3 d觀測一次。直至卸載完畢加固完成后，要進行膜面回彈觀測，一般連續進行幾天，直到垂直排水通道及淤泥真空度接近零時為止。觀測沉降數據為二等水準觀測數據。

(4) 地基分層沉降觀測。分層沉降儀管在插設排水板完成之后、鋪膜開始之前埋設，埋設位置應符合設計要求，沉降管要求穿過淤泥層，沉降環置于淤泥層中，沿深度方向每3 m設置一個。主要觀測土層在預壓期間的沉降量和沉降速率，分析不同深度土層的固結沉降量，殘余沉降量等。分層沉降儀安裝后觀測3～4次，待每個沉降環與周圍的土體己緊密接觸基本穩定后，將此時的觀測數據作為每個沉降環的初始數據，觀測頻率同沉降點觀測。

(5) 土中孔隙水壓力觀測。孔隙水壓力計在插設排水板完成之后、鋪膜開始之前埋設，沿深度方向每3 m設置一個，主要觀測各土層在預壓期間孔隙水壓力消散規律和水位變化，分析孔隙水壓力的消融情況，計算地基的平均固結度，以確定卸載時間。孔隙水壓力計安設后，待觀測數據穩定時讀取初始值，觀測頻率同沉降標觀測。

5 結 論

與傳統方法對比，采用真空預壓技術大大縮短了施工工期和節省了投資費用，如用堆載預壓，需要工期180 d，真空預壓只需90 d，節省了一半的工期；同時真空預壓約150元/m2，本項目用地為120萬m2，總費用約1800萬元，如用深層攪拌樁處理軟基，按每平方米1樁、樁長9 m、樁徑Φ500 mm計算，約540元/ m2，總費用約6480萬元，節省投資約4680萬元。

[1]JGJ79-20012.建筑地基處理技術規范[S].

[2]DBJ15-38-2005.廣東省地基處理技術規范[S].

[3]JTS147-2-2009.真空預壓加固軟土地基技術規程[S].

[4]JTJ017-96.公路軟土地基路堤設計與施工技術規范[S].

[5]JTJ/T256-96.塑料排水板施工規程[S].

2016-12-20)