某港真空預壓軟基處理工藝

張哲 張力 天津水運工程勘察設計院有限公司 交通運輸部天津水運工程科學研究所

1.引言

土是固、液、氣三相體系，對飽和土來說，是二相體系，由顆粒構成的骨架和充滿其間的水組成。所謂土骨架是土體中相互接觸的固體顆粒所形成的構架。吹填土多為海底疏浚泥沙，未進行真空預壓處理前可看作是飽和土體。

飽和土體內任意平面上受到的總應力可分為有效應力和孔隙水壓力兩部分，外荷載作用后，土中應力被土骨架和土中的水共同承擔，但是只有通過土顆粒傳遞的有效應力才會使土產生變形，具有抗剪強度,而通過孔隙中的水傳遞的孔隙壓力對土的強度和變形沒有貢獻。飽和土的壓縮有個排水過程,只有排完水，土才壓縮穩定。根據這一原理，通常采取措施加強土體排水，促使孔隙水壓力消散，以便增大有效應力，達到提高土體強度的目的。

真空預壓法具有施工效率高、環保經濟等優點，近些年來在沿海陸域形成項目中得到廣泛應用。真空預壓過程中總應力維持不變，隨著孔隙水壓力下降，有效應力逐漸提高，使得土體壓密，產生沉降。

真空預壓開始后，在真空泵的作用下，水平向與豎直向排水通道中水和氣的壓力迅速被降低，從而它們構成了一個低壓邊界。低壓邊界與加固區內土體的孔壓形成壓力差，在此壓力差的作用下伴隨著滲流使部分孔隙水被抽出，有效應力不斷地提高，土體逐漸被壓密。在此影響下土體中各點間的孔隙水壓力差，由近及遠地向距豎向排水通道較遠處土體中波及。從而加固土體內距豎向排水通道近與遠各點之間形成新的壓力差。在新的壓力差的作用下，土體中孔隙水不斷被抽出，孔隙水壓力不斷下降，有效應力不斷提高；如此往返一直進行著，加固區內孔隙水壓力與真空泵的壓力逐漸向著平衡方向發展；經過一段抽真空后，當加固區土體中的孔壓與真空泵上的負壓達到平衡，孔隙水壓力停止變化，有效應力不再提高，地基處理結束。我國某港陸域形成項目中吹填土含水量大、承載力弱的問題，現場采取真空預壓工藝對吹填軟土進行處理，旨在降低吹填土含水率、提高吹填土強度，經加固后效果檢測，吹填土含水率顯著降低，抗剪強度明顯提高，土質得到明顯改善，可為類似工程提供借鑒。

2.工程概況

我國某港通過吹填形成陸域面積約42萬m2，吹填區域原有沉積軟土12m，吹填厚度4.1m，合計軟土深度16.1m，具有加固深度大的特點。

根據勘察資料，軟基處理區域地質情況如圖1所示，由上至下土層分布為沖填土4.1m、淤泥質黏土12m、黏土6.4m、底部為粉土。其中淤泥質黏土含水率高達70%以上，需進行加固處理。

3.相關工藝

3.1 工藝流程

主要工藝流程：用排水泵排出場地內的余水—在軟泥表面鋪設工作墊層—將塑料排水板成排插入軟泥中—將塑料排水板連接到濾管網—鋪設一層土工布，在土工布上鋪設密封膜—將大功率水汽分離泵與濾管網連接，抽氣100天—停泵卸載。

3.2 工藝要求

（1）地基處理開始前，用排水泵排出場地內的余水。

（2）在軟泥表面鋪設一層荊芭和一層土工格柵作為工作墊層。

（3）施打塑料排水板，間距1.1m，梅花形布置；塑料排水板底端入土深度17m，頂端外露0.8m。

（4）鋪設濾管，采用手型接頭將塑料排水板連接到濾管上。

（5）鋪設一層高強土工布并在其上鋪設三層密封膜，密封膜采用聚氯乙烯薄膜，每邊富裕長度不小于3m。

（6）真空預壓外邊界及各分區之間施打黏土密封墻，黏土密封墻滲透系數小于10-6cm/s，并將密封膜埋于其中。

（7）安裝大功率水汽分離泵，并與濾管相連。

（8）開啟真空泵，試抽氣，要求分3批循環開啟真空泵，每批開啟1/3的泵數量，每批試抽氣時間為3天，試抽氣時間不少于9天。試抽氣結束后進入正式抽氣，正式抽氣期間確保膜下真空壓力不小于85kPa。

3.3 監測檢測要求

為了檢驗加固區真空預壓后的加固效果，更好地掌握軟基加固過程中各土層固結、沉降及側向變形等變化，確保加固質量，除了在加固期間需連續觀測地表沉降量及加固區膜下真空度以外，尚需在加固區內埋設一定數量的孔隙水壓力儀、測斜儀、水位儀、分層沉降儀。按要求觀測軟基在加固期間的孔隙水壓力、土體側向位移、地下水位、分層沉降值隨時間變化的情況，并根據實測分層沉降及孔隙水壓力的消散情況，進一步確認軟基的各項參數，推算固結度，為確定卸載時間提供依據。

圖2 處理前后抗剪強度變化

圖3 處理前后含水率變化

（1）膜下真空度。正式抽氣開始后，第三方監測單位至少每天測讀兩次，施工單位每4～6小時自檢一次。

（2）沉降標。正式抽氣開始后第三方監測單位每48小時觀測一次。

（3）孔隙水壓力儀。正式抽氣開始后第三方監測單位每48小時觀測一次。

（4）測斜儀、水位儀、分層沉降儀。正式抽氣期間，預壓區測斜儀、水位儀、分層沉降儀第三方監測單位每72小時觀測一次。

（5）工后十字板檢測。預壓后對軟基進行十字板抗剪強度試驗及室內土工試驗等，檢驗處理效果，檢測孔深度約18 米。

4.工藝效果

圖2和圖3分別為真空預壓處理前后土體抗剪強度和含水率變化情況。由圖2可知，真空預壓結束后，土體抗剪強度為原來3倍以上，強度得到大幅度提高。由圖3可知，真空預壓結束后，土體含水率大幅度降低，最低降幅約為30%，最高降幅約為50%，土質得到明顯改善。

5.結論

（1）基于本文真空預壓工藝，該項目吹填軟土土質得到明顯改善，含水率下降幅度較大，最大超過50%，抗剪強度也得到明顯提高，約為原來3倍以上。

（2）本文真空預壓工藝采用直排式真空預壓方法，無需排水砂墊層，可為砂源緊張地區真空預壓軟基處理項目提供借鑒。