淺層直排式真空預壓軟基處理工藝

左志剛，張 哲，相如昕，李偉昊，董 浩，劉 蜜

（交通運輸部天津水運工程科學研究所，天津水運工程勘察設計院有限公司，天津 300456）

引言

直排式真空預壓工藝通過濾管與塑料排水板直接相連取代砂墊層作為水平排水通道，可有效減少真空傳遞損耗，近些年來在我國沿海陸域形成項目中得到廣泛應用[1-3]。濱州港某陸域形成項目在臨岸區域吹填形成陸域85 萬m2，軟基處理深度約19 m，需借助塑料排水板樁機將排水板插入軟泥深處。但新近吹填土含水量大，強度低，不能滿足塑料排水板樁機的承載力需求。經研究，工程采用淺層直排式真空預壓與深層真空預壓相結合的方式進行處理。即先采用淺層直排式真空預壓工藝對表層 4 m 軟土進行處理，旨在提高表層4 m 土體的強度，使其滿足塑料排水板樁機的承載力需求。隨后在深層真空預壓階段借助塑料排水板樁機將塑料排水板插入軟泥深處對軟泥進行處理，提高整體軟土強度[4-6]。

本文主要結合該工程淺層直排式真空預壓階段的工藝及主要控制參數進行介紹，旨在為類似工程提供參考。經本工程實例驗證，基于本工程采用的淺層直排式真空預壓工藝及主要控制參數：膜下真空壓力不小于60 kPa，正式抽真空時間為45 天，排水板間距0.8 m，人工插打排水板對表層4 m 土體進行處理等，可滿足深層真空預壓機械設備進場的承載力需求。

1 工程概況

現場結合地形將吹填區劃分為33 個分區，詳見圖1。方便起見，文章選取第19 分區進行分析。

圖1 處理區分區

第19 分區表層4 m 土體情況如表1 所示，吹填土表層0～2 m 深度為流泥，含水率在80 %以上，2～4 m 深度為淤泥，含水率在70 %以上，兩層土抗剪強度均小于2 kPa，無法滿足塑料排水板樁機的承載力需求。

表1 表層4m 土層情況

2 淺層直排式真空預壓工藝

2.1 工藝流程

主要工藝流程：施工準備—鋪設工作墊層—插打塑料排水板、安裝濾管—鋪設密封膜—連接抽真空設備—抽氣—監測—停泵卸載，淺層真空預壓斷面見圖2。

圖2 淺層真空預壓斷面

2.2 施工準備

吹填區鋪設工作墊層之前用水泵將吹填區內的余水排出，根據吹填分區的面積和數量備好土工織物、密封膜、荊笆、真空泵、塑料排水板、濾管。所有產品入場前應提供產品合格證書并達到設計要求后方可采用。

2.3 鋪設工作墊層

工作墊層包括一層200 g/m2編織布、兩層荊笆、一層300 g/m2無紡土工布。吹填區地表余水排出后，先鋪設一層200 g/m2編織布。編織布每塊面積1 000 m2，人工搬運至吹填區內進行鋪設，兩塊編織布之間在現場采用手工縫線機縫合，搭接寬度不小于100 mm，采用雙線縫合。鋪設時，現場用矩形塑料泡沫板作為臨時施工通道。編織布鋪設完成后，鋪設兩層荊笆，荊笆之間應緊密結合，不得有較大空隙，鋪設完第一層，檢查無過大空隙后再均勻鋪設第二層。荊笆鋪設完成后，在其上鋪設一層300 g/m2無紡土工布，土工布每塊面積1 000 m2，人工搬運至吹填區內，兩塊土工布之間在現場采用手工縫線機縫合，搭接寬度不小于100 mm，采用雙線縫合。

2.4 插打塑料排水板、鋪設濾管

淺層直排式真空預壓軟基處理深度4 m，排水板間距0.8 m，正方形布置，排水板板位在現場按照網格尺寸0.8 m×0.8 m 進行放樣、結點處用手搖噴漆做好標記。每個板位塑料排水板長度為4.7 m，其中入土長度4 m，外露長度0.7 m，塑料排水板外露部分綁扎至濾管，旨在真空抽氣階段將塑料排水板內水體滲入濾管內。

因吹填區土體承載力差，無法滿足機械設備的進場需求，塑料排水板采用人工插打。經現場研究，使用自制插桿插打塑料排水板，插桿下端設有“卡板槽”，用于固定塑料排水板，插桿上部安設“手柄”方便人工發力（圖3）。

圖3 插桿大樣

插打塑料排水板時先將塑料排水板底部用瀝青密封，并將沾有瀝青的一端穿入插桿的“卡板槽”內，手握插桿“手柄”將塑料排水板插入軟泥中。插打排水板時按照由內到外的順序逐排插打，排水板形成孔洞的區域，用砂料填滿。塑料排水板的回帶長度不得超過 500 mm，平面位置允許偏差為±100 mm，剪斷塑料排水板時，外露長度允許偏差為：+150 mm，-50 mm。

濾管采用直徑40 mm 軟式波紋管，由工廠集中生產，管體打孔并外包透水濾布后，成卷運到工地。濾管每排間距1.6 m。濾管拐角處或續接處采用二通、三通、四通等構件進行連接，構件套入濾管的長度不小于100 mm，用尼龍繩綁緊。濾管鋪設完成后，按照每兩排塑料排水板綁扎至二者之間濾管的方式進行綁扎，綁扎時將塑料排水板纏繞過濾管后用土工布包裹后用塑料繩綁緊，防止流泥淤堵塑料排水板。

2.5 鋪設密封膜

密封膜鋪設前，鋪設一層300 g/m2無紡土工布用于保護密封膜，土工布每塊面積1 000 m2，人工搬運至吹填區內，現場采用手工縫線機縫合，搭接寬度不小于100 mm，采用雙線縫合。密封膜采用兩層聚氯乙烯薄膜，密封膜在工廠熱合一次成型。鋪設密封膜時，密切關注風向變化，應順下風向進行鋪設，且風力不大于6 級，密封膜應松弛鋪設，每端留富裕長度4 m。壓膜溝處密封膜應踩入軟泥中至少1 m，用于密封。

2.6 連接抽真空設備

將出膜管一端與濾管連接好，另一端與真空泵連接。真空泵按照臺/1 000 m2的密度進行布置。真空泵的功率不小于7.5 kW，揚程不小于26.0 m，安裝后的真空泵應能形成不小于96 kPa 的真空壓力。

2.7 抽氣

正式抽氣前先試抽氣，分3 批開啟真空泵，每批開啟1/3 數量的真空泵，每批試抽氣時間為3 天。試抽氣期間對密封膜的密封性進行檢查，發現漏氣情況及時處理。全部真空泵開啟后，膜下真空壓力不小于60 kPa，正式抽氣時間45 天。抽氣期間，密切關注場地內密封情況和真空表讀數，發現有漏氣情況及時進行處理。

正式抽氣時間滿45 天后，現場停止抽氣，卸載。

2.8 監測及檢測

真空抽氣期間對膜下真空度進行監測，每個分區布置5 塊真空表，安置于每個分區的四角和中心位置。抽氣期間，膜下真空度每4 小時觀察一次，發現漏氣情況及時修補。在每個分區的中心位置的地面下1.3 m、2.6 m、3.9 m 處分別布設1 號、2 號、3 號孔隙水壓力消散測點，用于監測孔壓消散情況；同時在吹填區地表布設沉降標用于沉降觀測，沉降標布置密度約為1 500 m2一個，沉降標底部鋪設一層200 g/m2無紡土工布保護密封膜。真空卸載后，對加固后的軟土進行檢測，檢測內容為鉆孔取樣試驗、十字板剪切試驗。

3 加固效果分析

圖4 為第19 分區淺層真空預壓正式開始計時后的沉降曲線，正式抽氣開始時沉降設定為0 m，真空卸載后，正式抽氣期間沉降為418 mm。圖5為第19 分區淺層真空預壓正式抽氣開始后的孔壓消散情況，三個測點累計消散孔壓分別為67.6 kPa、67.9 kPa、60.5 kPa。

從圖4 可以看出，正式抽氣開始的前15 天沉降較速率較大，約為20～30 mm/d。這是由于新近吹填軟土含水率高，在真空負壓作用下，表層4 m 軟土內的水體經塑料排水板排出土體，孔隙水壓力消散明顯，從圖5 可以看出，前15 天土體中孔隙水壓力大幅度消散可以得到印證（該時間段孔壓消散值約為孔壓總消散值的90 %以上），孔系水壓力消散后轉化為有效應力，致使土體有效應力增大，土體發生沉降。

圖4 第19 分區沉降曲線

圖5 第19 分區孔壓消散曲線

從第15 天開始，沉降速率顯著下降，沉降曲線趨于平緩，這是由于經過一段時間抽真空后，表層4 m 土體中水分大部分已經排出，土體孔隙水壓力消散幅度下降（從第15 天以后孔壓消散曲線趨于平緩可以印證），土體有效應力增加數值較小、沉降速率減小。

真空卸載后，對加固后的軟土進行檢測，測定其含水率與抗剪強度。淺層真空預壓前后土體含水率和抗剪強度的變化見圖6 和圖7。

圖6 第19 分區加固前后含水率對比

圖7 第19 分區加固前后抗剪強度對比

從圖6 可知，表層4 m 土體含水率下降至30 %以下，其中地表下0～1 m 處下降幅度達70 %。從圖7 可知，淺層真空預壓加固后，土體抗剪強度大幅度提升，增加幅度約400 %～600 %。可見，淺層軟基處理后表層4 m 土質明顯改善，經現場驗證，達到了深層真空預壓機械設備的承載力需求。

4 結語

1）當需處理的軟泥含水量高、強度低、厚度大時，可先采用淺層直排式真空預壓方法使軟泥表層形成初步承載力，為后續深層真空預壓的開展提供支持。

2）基于本工程采用的淺層直排式真空預壓工藝及主要控制參數：膜下真空壓力不小于60 kPa，正式抽真空時間為45 天，排水板間距0.8 m，對表層4 m 土體進行處理等，可以較好的提高軟泥表層強度，可為類似工程提供借鑒。