陜西土木建筑網首頁 > 學術研究 > 課題研究 > 淤泥質超軟弱地基的真空預壓處理方法

摘要：以中船海洋工程區軟基處理項目為實例。對全淤泥質超軟弱地基的真空預壓處理方法作介紹，側重對淤泥質軟土的施工條件下，真空預壓處理過程中的砂墊層、塑料排水板和真空處理等重要工序予以詳細介紹。得出在此條件下，應因地制宜地選擇施工工藝，盡可能在保證真空預壓處理效果的情況下，為施工方便創造條件。...

淤泥質超軟弱地基的真空預壓處理方法

張  浩

(重慶同鼎鋼結構有限公司，重慶400020)

    對軟基處理工程，傳統的處理方法一般有深層水泥攪拌法和排水固結(真空)堆載預壓法。這兩種方法目前均已或熟，前者需要較長的工作周期，造價高，而后者則工期短，造價低。目前真空預壓法在軟基處理工程中應用日趨廣泛。

1.工程概況

    中船海洋工程軟基處理項目前期吹填填料以淤泥漿為主，大部分區域淤泥厚度在3m以上，局部達6—7m，加上基礎部分為原圍墾造地區域，原狀淤泥層普遍厚度超過10m。工程開工前，沿東圍堤及局部隔堤附近，經長時間晾曬，吹填淤泥土局部出現龜裂，大部分區域還被水浸泡，吹填土呈流態狀。含水量超過90％，壓縮性極大，沒有任何承載力。即便是東堤及隔堤附近，龜裂也僅僅是表面現象，上部龜裂的硬殼層厚度不足0.5m，一旦吹填開始，經水浸泡，表層土馬上軟化為泥漿，承載力大大減小，給后續的各項工序的施工也帶來嚴重的阻礙，施工工期、質量、安全都沒有保障，各項工作經受了嚴峻的考驗。

    根據設計要求，本工程采用塑料排水板和真空預壓的方法進行軟基處理。本工程的特點是：(1)真空預壓加固面積大；(2)真空預壓質量要求高；(3)工程量大，工期緊；(4)加固區土質超軟弱，施工區承載力極低；(5)施工順序顛倒，排水困難。本文是在綜合地質報告、施工組織設計、施工監測報告和施工記錄等相關資料的基礎上完成的。

    1.1技術要求

    加固后土體十字板剪切強度增加l8kPa；地基處理后交工面標高4.70m，交工面上地基承載力不小于80kPa；地基加固后殘余沉降不大于200mm(80kPa荷載下)，地基土固結度大于85％；分區地基處理工期不超過4個月。

    1.2施工程序

    先在軟基處理區域鋪設一層砂墊層形成橫向排水通道，接著打入塑料排水板形成豎向排水通道，再在砂墊層中按格網布設濾管，在上面覆蓋密封膜，最后通過真空泵使加固土形成負壓，將軟弱土中的水和空氣排出加固體外，最終使軟弱土固結。

2.軟基處理方法

    2.1砂墊層施工

    砂墊層主要起到橫向的排水作用，對真空預壓處理有至關重要的作用，砂墊層的厚度和粒徑將會影響到真空處理效果。本次工程的砂墊層厚度要求是1.2m。對于在淤泥漿上吹填l.2 m的砂墊層困難非常大．對于砂墊層下的土工布、土工格柵強度要求比較高，同時吹填1.2m砂墊層將不可避免的遇到“淤泥包”的產生。對于砂墊層施工，根據現場情況，施工分為兩個階段：第一階段利用小功率絞吸船吹填一層0.7m厚的中細砂墊層，均勻分布在土工墊層上，盡量避免“淤泥包”的產生；第二階段吹填0.5m厚的粒徑較粗的中粗砂墊層。

    中粗砂粒徑較粗，但對真空預壓處理又非常必要。大功率的絞吸船吹填中粗砂將不可避免出現“淤泥包”現象，如果直接架設管線推進，中細砂墊層將被吹得四處消退，而“淤泥包”也將范圍擴大。為避免這種情況，采取兩個方法進行彌補：(1)管線交叉、跳躍式施工，最大限度避免“淤泥包”擴大；(2)在設計的同意下。在中粗砂中加入一定含量的中細砂，增大濃度。在中粗砂中加入一定含量的中細砂將會在一定程度上影響抽真空質量，但吹填過程中根據砂粒徑、質量和易流性不同，也會逐漸的分層，一定程度上減少了對抽真空質量的影響，只需要在前期減少第一階段中細砂墊層的層厚。從抽真空的效果來看，這種設計對抽真空效果并無較大影響。

    2.2排水板

    排水板的主要作用是起到豎向排水通道的作用，是真空預壓處理方法的重要工序之一。一般情況下排水板中的孔隙水壓力值小于真空處理淤泥中的孔隙水壓力數值，壓力差使淤泥中的水透過排水板排出膜外。本次插打排水板工藝的主要難點是場地過于軟弱，施工機械難以正常作業。但排水板的施工對后續真空預壓處理起到非常大的作用，如果排水板插打深度不夠，將嚴重影響恒載真空度。因此在此次排水板插打過程中，主要采用以下幾方面的施工措施。

    (1)引進軌道式插板機施工。軌道式插板機重量較輕，適合在軟弱土基上行駛施工，但施工效率較低，移動慢，成本偏高。同時對場地的整平度要求非常嚴格(場地高差大于1.0m無法正常施工)。

    (2)采用“圍點打援”的方式處理淤泥包。本次工程淤泥含量極高，各分塊區域都出現大量淤泥包。只要淤泥包范圍不大。可采用“圍點打援”的方式進行插板作業。所謂“圍點打援”就是插板機先從淤泥包外圍兜圈逐步向中間推進，制定好機械的行走和進退路線，確定圍打順序。

    此工藝雖然費時費力，但很大程度上解決了面積較小的淤泥包或薄弱區域上的排水板施工。

    (3)鋪設砂包和木條配合施工。由于回填區原土質軟弱，且本工程設計砂墊層厚度只有1.2m，按設計厚度回填完砂墊層后，排水板機直接行走存在極大的隱患，施工過程中，曾發生過多次機械陷入泥漿中的事故。

    采用履帶式插板機的區域，在插板前一律鋪設一層以上的木條(鋪設兩層木條時需上下層交叉處理)，個別較差的區域需先鋪墊一層以上的砂包袋后再鋪設木條，然后排水板機才能行駛到木條上作業。所鋪設的木條要求尾部直徑不小于10cm，木條長度大于6m，且木條采用新鮮的松木。在施工期間，必須保證排水板前后2m區域都鋪墊上圓木，以便一旦出現險情，機械能夠留有足夠的進退余地。

    (4)人工插板。人工插打排水板的標桿長度約8m，采用鍍鋅水管制成。插板前需先將人工插板區域上砂清理至土工布出露．通過人力利用插桿把排水板插入淤泥底。一般情況下．這種工藝的排水板插入深度在7～8m。

    2.3真空預壓處理

    真空排水預壓加固軟基是通過孔隙水壓力的消散來增強土體的強度，排水系統是一種手段。如果沒有加壓系統，孔隙中的水沒有壓力差，水是不會自然排出的，地基也得不到加固。真空預壓作用是在保持總應力基本不變的情況下，孔隙水壓力降低，有效應力增長的過程。

    本工程真空預壓處理主要難點為：一是“淤泥包”區域多，分布范圍廣，場地高差大，抽真空時產生的不均勻沉降非常容易將濾管折斷和拉裂密封膜，直接影響真空處理效果；二是區域之間抽真空時問相隔較長，共用密封墻出現干裂，對于后抽真空區域的真空膜鋪設質量有較大影響。故在施工過程中主要采取以下的措施。

    (1)全淤泥質地基在砂墊層施工過程中，不可避免地會出現大量的“淤泥包”，必須采用軟濾管進行鋪設。根據現場情況，濾管一次性鋪設長度不能過長，可將一根濾管截斷為數段，中間用塑料螺紋軟管對接。濾管不能鋪設得過于平整，需要一定程度上的彎曲，為抽真空期間不均勻沉降留有孔隙和余地。

    (2)區域之間抽真空時間間隔較長，攪拌墻干化。為解決這個問題，通常采用的方法是將攪拌位置的密封膜先埋設好．預留一定寬度的膜接頭，這樣后施工區域的密封膜就可與預先埋設好的膜直接采用膠水牯合，避免密封溝固結或阻塞而埋設不下密封膜的問題，確保加固區四周的密封效果。如果預先沒有埋設預留膜接頭或接頭損壞，這時需重新埋設密封膜。但由于密封墻已密實或阻塞，真空膜根本無法埋入密封墻內，這時需采用人工或小型挖掘機在原攪拌墻的位置開挖，開挖過程中多用泥漿灌設或一直挖至較為稀松的泥漿為止，然后將泥漿重新注入挖開的泥漿墻中，最后人工踩入真空膜。

    區域之間抽真空過程中，土體的收縮方向與兩側壓力差成負相關，這樣將導致共用密封墻土體顆粒被兩側真空壓力吸走，橫向收縮使密封墻中間裂開形成空洞，造成抽真空時加固區漏氣。針對這樣的情況，將密封墻拉裂處用淤泥包填筑并壓實，填筑面略高于真空預壓面，并在上面覆蓋密封膜，將覆蓋上的密封膜與相鄰區塊的密封膜粘結在一起。

3.效果分析

    (1)本工程施工分區中(4—4區)在2007年4月4日由于真空膜的破裂造成漏氣，致使孔隙水壓力各層次(3m、6m、9m和12m)數值劇烈增大。至4月l8日真空密封膜用膠粘合好后，孔隙水壓力各層次恢復至負壓。

    (2)本次排水板插入深度,為10m左右，從孔隙水壓力消散觀測和地表累積觀測過程中，發現孔隙水壓力消散在12m仍為負壓，壓力值與6m時的壓力值相當。根據文獻研究真空預壓的影響深度可達塑料排水板下4～5m處，經實際觀測，與此數值基本吻合。

    (3)最終沉降量計算公式可采用雙曲線外延的方法，即：利用實測沉降量一時間曲線，確定某拐點t。(起點，通常取恒載下的某個時刻)，將實測S-t曲線的起點放在Tn處，則沉降曲線接近于雙曲線，可近似地用雙曲線方程表示，即：

 

    利用式(1)和式(2)計算得出最大沉降量為l899mm，最小沉降量為l266 mm(4—2區)。

    經過測量得到4—2區最大沉降量為1709 mm。最小沉降量為12172mm，可見雙曲線外延法推求得出的沉降量與實測資料很接近，但略大。這可能是由于：①全淤泥質地基的真空預壓處理，由于土質較弱，必然會引起土體的側向變形(土體蠕動)，從而引起土體的附加沉降。②實際工程所選擇的中粗砂中摻合中細砂施工工藝，一定程度上將會影響真空處理效果。

    (4)孔隙水壓力消散值在塑料排水板下4—5 m仍受真空預壓的影響。

參考文獻：

[1]曹立峻塑料排水帶固結法在軟基處理中應注意的問題[J]山西建筑．2005，31(19)：98—99

[2]朱建才，溫曉貴，龔曉南真空排水預壓加固軟基中的孔隙水壓力消散規律[J]水力學報，2004(8)：123—128

[3]郭佑雄，汪肇京，邱良芬，等塑料排水帶堆載法在圍海造陸工程中的應用[j]巖石力學與工程學報，2004，23(6)：1025—103l

[4]中國交通建設集團軟土地基處理技術(中國交通建設繼續教育系列教材)[M]2006

[5]銀劍，方輝宜，高德貴全淤泥地質和夾凇泥地質的軟基處理[J]湖南交通科技，2006，32(2)：49—51

[6]彭濤．葛少亭，武威，等吹填淤泥填海造陸技術在深圳地區的應用[J]水文地質工程地質，2001(1)：68—72

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)

上一篇： 成都地鐵砂卵石地層盾構施工風險分析及對策

下一篇： 嚴格控制沖孔灌注樁的施工質量