淺談真空預壓法在超深淤泥質地基中的應用

王雨同 林濤

摘 要：基于節約工程造價、加快施工進度的目的，采用真空堆載預壓的施工，結合珠海橫琴新區中北排洪渠工程施工經驗，簡要介紹了真空預壓法的施工控制重點及方法，特別是主要工序的控制措施和處理效果。在經濟效益和工程進度上取得了較好的效果。

關鍵詞：真空預壓法 深厚淤泥 塑料排水板 密封膜

1.施工原理

真空預壓的技術原理是在軟土地基中打設豎向的塑料排水板或沙井，上覆砂墊層和密封膜，然后利用射流泵使處理區內軟土、排水板等處于真空狀態，加速土體中的水份，從而達到排水固結，減小工后沉降的目的。使用真空預壓進行軟基處理工藝成熟、造價經濟、工期較短，已廣泛應用于軟基加固處理。

2.工程概況

珠海市橫琴中心溝北區防洪工程1#渠，全長6.23公里，場地內發育的地層從上至下依次描述如下：①素填土、②第四系海陸交互相沉積淤泥、③淤泥質粘土、④粉質粘土、⑤陸相粉質粘土、⑥粗砂、⑦粉質粘土、⑧燕山三期花崗巖。本工程處理后的地基基礎的承載力較市政道路橋梁等要求低，場地范圍內淤泥層分布寬廣而且很深，承載力較低，是一個高度可壓縮的，未固結的土層，不能直接作為排洪渠主體結構的持力層。該項目范圍內的軟土平均深度約為25米，最大為40米，塑料排水板打插深度大于22米。

藝文一道至藝文二道范圍內排洪渠基礎處理寬55米，真空預壓面積22413平方米。塑料排水板按1.0×1.0m的正三角形排列，排水板的有效長度是22.2m。真空預壓設計邊線處打設約為8.0米長的雙排粘土封閉墻，封閉樁直徑70cm，樁距 50cm，套打20cm。設計要求真空處理后地基強度大于80Kpa，加固深度范圍內的固結度≥90%。

3.施工工藝

3.1施工工藝流程

主要施工順序如下：清理平整場地→鋪沙墊層→塑料排水板和粘土密封墻施工→鋪設真空預壓管道系統→鋪設保護性土工布層1層→鋪設密封膜層2層和密封膜壓入密封槽→試抽，檢查密封→抽真空至膜下80kPa的真空度并保持，觀察→停泵卸載。

3.2關鍵工序控制

（1）砂墊層

砂墊層可選用海砂，干密度不低于1500kg/m3，滲透系數不低于0.005cm/s。設計沙墊厚度不小于50cm，平面尺寸應大于加固區1米，有效保證水氣通過墊層排除。

（2）塑料排水板

塑料排水板采用SPB100-C型，排水板在打插過程中要用定載、振動的方法進行施工，深度滿足排洪渠設計文件要求。

（3）真空濾管的布置

根據施工圖文件要求，布置單排魚刺型真空濾管，真空水管的布置要能形成閉合回路。排水管埋在水平排水沙墊層的中間，海砂覆蓋厚度為0.15-0.20米。

（4）密封膜及密封墻的設置

密封性是真空預壓施工工藝的關鍵， 本工程采用聚氯乙烯薄膜作為密封膜。 密封膜采用現場熱合法進行拼接，不得出現熱合不緊或熱穿現象。

密封墻頂部應設置不小于2米深的不透水粘土密封溝。 如果存在高度滲透的透水層，則應該立即清理后用30-50cm厚的軟粘土進行換填。

（5）試抽真空、檢查密封性

全部抽真空設備安裝驗收后，進行試抽真空。抽氣初期階段嚴控加載速度，抽出海砂墊層中的空氣，真空壓力按設計要求逐漸升高，隨著抽氣的進行空氣的逐漸排出以及孔壓的消散，軟土固結度逐步提高，壓力表讀數穩定在-80kPa以上。

（6）抽真空

在施工過程中，射流水箱應確保充滿水，真空表讀數空載條件下應超過90Kpa。

在真空預壓的過程中，抽出的水直接排入抽真空區，即可以起到壓膜，加強密封效果的作用，還可起到堆載預壓、加速土體的沉降的作用。真空抽氣初期，真空膜上水位變化2.1-3.0cm / d。 隨著真空預壓時間的增加，水位上升速度下降到2.1-3.0mm /d，真空預壓后平均水位達到1.5m左右，最深處達1.9m，最淺處約為1.1m。

（7）預壓卸載

卸載條件：

①真空預壓滿負荷（真空表讀數滿足施工圖要求后）>150d。

②設計加固深度范圍內的固結度大于90%。

③連續5d測得的平均沉降速度不大于2mm / d。

4.施工監測項目與布置

4.1現場施工監測

為了驗證軟土地基的加固效果，在施工前根據設計要求選擇一個剖面進行觀測，測量原狀土的各種物理力學指標和抗剪強度值。真空預壓卸載完成后，在相同的位置進行對比試驗，對指標進行比較分析，并應形成分析報告。

4.2加固效果分析

排洪渠軟基加固總面積22413m2。膜下真空壓力穩定在80Kpa以上，恒壓128天后的連續5天平均沉降速度為1.3mm / d。軟基的平均地表沉降量為1675.8mm，最小為1603.2mm，實際地表平均沉降量為1639.5mm。

4.3十字板強度變化

根據試驗數據，軟基加固前后的原位十字板剪切強度均有顯著的提高，滿足設計及排洪渠承載力要求，具體數據如圖1所示。

4.4地表沉降分析

開始抽真空約1周后，真空度上升并保持在-80kPa以上，最高不超過-90kPa。當密封膜表面被水覆蓋時，等效加固載荷可超過90kPa。此外，從圖2可以看出地表沉降量由加固區中心至邊緣逐漸減小，監測數據顯示地表沉降量隨著抽真空時間的增加成正比例增加。開始階段地表沉降速率隨真空度的上升而上升，真空度穩定后沉降速率逐漸減小。由此可以分析出，抽真空期間，軟基的固結速率是一個逐漸收斂的過程。典型的沉降曲線如圖2所示。

4.5孔隙水壓力分析

孔壓監測數據表明，開始抽真空節點孔壓呈上升趨勢，穩壓后孔壓開始消散，消散速率逐漸減慢。預壓時間為120 d時，各層土體孔隙水壓力的消散程度均達90%以上，表明通過抽真空后軟基的排水固結到達設計要求。

4.6水平位移分析

通過觀測，發現由于埋設的傾角儀的水平位移不同，埋設在傾斜儀邊緣的傾角儀的水平位移大于填埋傾斜儀的水平位移。對典型的水平位移- 深度曲線的分析，粘土層表面以下6～10.5米的最大水平位移。整個抽真空過程中橫向水平位移率大部分在范圍內 為0.4-1.7mm /天，最大水平位移率為4.6mm /d，停泵后后位移速率<1mm /d。

5.總結

（1）經過場地周圍密封壁處理后，加固區的排水效果非常明顯。開始抽真空后的一周，真空表讀數即可滿足設計要求，加快了軟基的沉降速率。

（2）軟土在塑料排水板形成的豎向排水通道和海砂墊層橫向排水通道的作用下，孔隙水應力作用下隨孔隙水的抽離而逐漸消散，處理區域軟土基地極速沉降480mm約占平均總沉降量（1640）的30%.

（3）真空預壓過程中，在孔隙水壓力的左右下，土體中的水隨著孔壓的的消散而排出，隨著孔壓的消散排水速度降低，直至空隙壓力消散達到圖紙要求，達到新的固結后的應力穩定狀態，淤泥土的強度逐漸增大，基礎承載力在固化板結完畢后能夠達235kPa以上。

（4）通過檢測分析，抽真空區域內各土層的固化板結程度滿足設計要求，抽真空處理后土體的物理力學指標大幅提高，處理效果顯著，預加載后的實際平均固結度為98.8%。

（5）采用真空預壓法可以在初期滿載預壓，減少了傳統軟基方法分級分層回填的時間，可在縮減工期節約費用的情況下實現超載預壓，在施工期內（4個月）完成了95%以上的沉降，可顯著降低剛性結構與半剛性結構的不均勻沉降差。

（6）真空預壓工藝在軟土地基排水固結的同時，還會產生向內的收縮變形，有利于路堤穩定性的提高。

（7）真空預壓工藝造價比傳統攪拌樁、碎石樁等處理方法可節省45%～55%，資源投入少、功效高、經濟性好，具有較高的社會效益和經濟效益。

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