无砂层增压式真空预压在软基处理的原理及应用

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[摘 要] 结合集装箱站场地基处理的工程实践，介绍增压防堵真空预压施工技术特点。

Abstract combining the engineering practice of container yard foundation treatment，the paper introduces the construction technology characterstics and of the Pressurized anti blocking vacuum preloading.

[关键词] 增压防堵真空预压

中图分类号：O642文献标识码： A

Keywords Pressurized anti blocking，vacuum preloading

前言

天津港是在淤泥质海岸上建设的港口，港区多为吹填造陆而成，对大面积较深厚的软土地基加固成为制约天津港建设速度和控制工程成本的主要因素。因此天津港从加固工艺的分类、加固材料的选用、施工机具和环保上做了一系列的试验研讨，以寻求合适的软土加固方法。在滨海地区砂石料源不足，运输不便等不利条件下，真空预压排水加固法逐渐成为目前较为经济有效的软土加固技术。

一、工程概况

天津铁路集装箱中心站工程增压防堵真空预压软基处理位于东疆港，工程面积约30万平米。位于滨海滩涂地段，地势低洼，表层为冲填土层，以淤泥及淤泥质土为主，具有高含水量、高压缩性、低强度和低渗透性，其土颗粒细、孔隙比大，受荷载变形大容易失稳等特点。对于饱和软土和吹填土层地基，需要有预压的荷载和时间条件。

二、真空预压工艺

(一)增压式真空预压原理

1.无砂层直通技术

通过手型接头把塑料排水板与真空管直接连接，不同于传统真空预压在砂垫层里埋设排水管道，缩短真空压力传递路径，使真空度能直达排水板和土体内部，避免加压过程损失。无砂垫层直通技术保护了生态环境，避免了砂资源的过度开采和使用。

2.增压防淤堵技术

采用整体性好、抗弯抗压强度高、通水量大特点的新型防淤堵排水板(属连续梁结构)， 该排水板滤膜通过特殊处理工艺，具有自吸功能且可根据淤泥的中值粒径调整孔径大小，有效克服淤泥颗粒在排水板滤膜周围富集而造成的淤堵现象，达到的泥水分离并减少井阻效应，达到最佳泥水分离的目的。

3.增压固结技术

①采用新型特殊微孔增压管对软土进行水平向超荷增压(间隙式增压)，压力差大排水快，不光土表层是真空深层也是真空，深层土产生水平压力，使土体中的孔隙水定向流动。真空预压初始阶段，土体排水量大，但沉降量较小，这是由于土体中自由水和气首先被抽出，由于土体颗粒间的粘聚力、排斥力和接触点支持力的存在，土体中有效应力并未显著增加。随着时间持续，土体颗粒间的无水孔隙逐渐增大，土体骨架开始承受真空压力，导致土体颗粒错位重新排列，使得土体密实而得以加固。

②对土体进行水平增压相当于超载预压，加速软基固结，可相当于4～5米填土堆载真空联合堆载预压80～120kpa（600～900mmHg）的处理效果，从而在有限的工期内大幅提高软基土体强度，减少工后沉降，解决排水固结不足的问题。

4.密封技术

一般表层密封技术问题主要是加固区周边的密封沟深度不够（一般1.5～2米）或膜开裂漏气，可以先铺一层250g/m2针刺无纺土工布再铺密封膜。预压前对地基勘察清楚，当透水层位于浅部时，先在加固区周边对透水层进行处理，可采用打设水泥搅拌桩或泥浆帷幕桩以起到密封作用；当透水层位于加固区底部时，排水板一般不打到透水层位置，最好留1～2米的厚度，避免排水板和透水层贯通。

(二)工艺流程

增压式真空预压施工工艺：铺设土工布―围堰填土―插塑料排水板―安设增压管―布设真空管等―各类管网组成增压系统―布置密封沟―铺设无纺土工布及真空膜―抽真空及增压―联合堆载―检验合格后卸载。

1.主要工序

(1)打插塑料排水板

①施工步骤：测量定位―桩位放线―桩机就位―安装管靴―沉设套管―打设到标高―提升套管―剪断排水板―检查记录―移动下位。塑料排水板采用等边三角形布置，边长0.9米，塑料排水板在打设过程中禁止受到坚硬物体的刮蹭，禁止将连接完成的排水板放置水中和淤泥上。

②塑料排水板通常用直径表示，排水板宽度b,厚度用δ,则换算直径公式可按：D=a×2(b+δ)/π，式子中a为换算系数，一般取0.75～1,排水板尺寸一般为100×4mm，排水板的直径和间距主要取决于土的固结性和施工期限的要求，原则上缩短间距比增大直径效果好，平面上三角形布置其影响范围为一个正六边形。

③当需测定工程降水的影响范围，如基坑底部的孔隙水压力时，应监测基坑底部以下一定深度范围的土层中。根据孔隙水压力测定值计算地下水位深度可按下式进行：

式中h――地下水位深度(m)；

H――孔隙水压力测点埋设深度(m)；

γw――水的重度(kn/m3；

u――孔隙水压力测定值(kpa)。

④安设管靴：打设塑料排水板采用套管式打设法，套管形状为扁形。将塑料排水板穿过插板机的套管，从套管下端穿出，与专用管靴连接。连接方式见下图：

排水板与管靴连接示意图

1-排水板2-排水板弯折部分3-管靴4-套管

(2)抽真空系统

增压管选用有过滤层又能收缩的水平井微孔透水增压管，能均匀分布压力适应较大变形；密封膜采用热合法加工，每边应在加固区相应边增加3米；抽真空装置初期可负担1000～1200平米的加固面积，后期可增加到1500～2000平米。覆水后正常工作时, 若加固外产生裂缝漏气可拌制一定稠度的粘土泥浆倒灌裂缝中密封，保持膜下真空压力稳定在大于80kpa。

(3)联合堆载

①将真空预压和堆载联合加固软基，可以高效提升软弱地基处理效果，不仅能降低地基处理工程的造价、缩短施工工期，而且对改善地基结构性能、提高地基承载力有更显著的作用。然而联合堆载要求的时间一般2～3个月，对于工期紧张的工程不适合。

②当真空预压持续稳定达到规定时间后，可开始上层路基填筑，由于真空负压可平衡联合堆载产生的向外的压力，填筑速率可不受限制。堆载停止预压时地基的固结度要求大于90%，沉降的稳定标准为连续5天实测沉降率不大于2mm/d，沉降速率小于0.5～1 mm/d，沉降变化曲线趋于平缓。

(三)监测及检测

1.地面沉降监测

根据设计要求在软土处理地段埋设沉降观测标志和沉降板，沉降板可采用500mm×500mm×3mm的钢板，直杆(沉降杆)为一根长3米的角钢，将其焊接在沉降板上，随着填土高度的增加接长观测杆及套管。沉降观测应侧面贴带刻度的荧光纸做为标志。根据设计要求做好沉降观测，并及时做好记录，同时在预压期应继续进行观测。

2.地基的应变固结度按下式推算：

式中 ――t时间地基应变固结度；

――t时间的实测沉降量（cm）；

――最终沉降量（cm）；

(四)质量验收标准

预压后的钻孔取样应与前期地基测试相一致，检测位置应在原点位1米附近，测试结论可整理成图，便于直观分析地基加固效果。

1.钻探及室内土工试验，每个分区加固前后各2孔，室内试验包括物理性常规、无侧限抗压及压缩试验。

2.现场十字板或静力触探每个分区加固前后各2孔。

3.静载试验进行加固后的地基大板压载试验，每区2组。

三、工程结论

结合本工程监测经验，无砂层增压式真空预压工法减少生态环境影响，无砂垫层工序可降低工程成本10～20%，滤管是无孔PVC管，即便插设排水板有淤泥返上，也不会对排水板和滤管连接处产生堵塞，但不适合淤泥颗粒较粗、固结系数较大的土层。确保地基加固质量效果也可节省工期1/3。同时联合堆载处理的软基沉降稳定，对局部的桩基础处理效果更好，地基土强度快速提高，也减少因为桩周围软土沉降而对桩身产生负摩擦力，能增大桩侧摩阻力，从而提高桩基础承载力。增压式真空预压不增加剪应力，不产生剪切破坏，适用于能在加固区形成稳定负压边界条件的软土地基，但也需要开辟试验区进行试验，取得相关数据后再指导进行大面积施工。

四、结束语

无砂层增压式真空预压法是一种经济高效的软基处理方法，具有施工工期短、加固效果好、经济效益明显等诸多优点的一种软基加固方法，建成的天津东疆港码头也采用了这种处理方法。实践证明，该工艺工法在软黏土、淤泥、吹填土地基处理中，能得到满足集装箱码头的地基承载力和较小的工后沉降量。由于采用了环保的无砂垫层技术，可对河道清淤淤泥进行再利用，同时为城建用地、湿地、农田、造肥等提供条件，从而实现城市生态可持续发展。随着相关工程技术经验日益积累，该工法必将得到更广泛的应用。

参考文献：

[1]化工部第一勘察设计院.真空预压法加固软土地基施工技术规程[HG/T].化工部工程建设标准编辑中心,1996

[2]中交天津港湾工程研究院.真空预压加固软土地基技术规程[JTS].人民交通出版社,2009

[3]塑料排水学术委员会.塑料排水板施工规程[JTJ-T].人民交通出版社,1996

[4]上海基础工程公司.建筑地基基础施工质量验收规范[GB].中国计划出版社,2002

[5]建设部.建筑地基处理设计规范北京[JGJ].中国建筑工业出版社,2002