堆场软基处理中的真空加水载联合加固技术

张军辉

（珠海港开发建设有限公司，广东 珠海 519050）

1 引言

我国在基础设施建设和施工技术快速发展的今天， 越来越多的建设工程需要在堆场软土地基上进行， 而真空加水载联合加固技术由于其良好的加固效果被广泛应用于堆场软基处理中。 因此，加强堆场软基处理中真空加水载联合加固技术应用的研究具有十分重要的意义， 可以保证堆场软土地基的整体加固质量和效果。

2 工程概况

某软土固结较差的堆场区域，地下土层较差，为淤泥层，荷载承受力较差，建筑工程施工前，需对该区域进行软土地基处理，处理区域面积约为14.8 万m2。 软土地基处理拟采用B 型塑料排水板， 埋设深度是13~15 m， 排水板整体埋设呈梅花形布置，板与板之间的间隔是1 m，共需布设2.8 万根，布设总长度约为2 798 km。 该工程拟采用水泥搅拌桩密封墙与真空加水载联合加固施工处理技术，真空处理面积约为2.65 万m2。 为保证在进行真空加水载联合加固作业时不影响处理区域以外的施工，需要通过水泥搅拌桩的布设对软土地基周围形成密封墙。

3 施工方案优点

在进行软土地基加固作业过程中， 此次提出的处理方案具有以下3 个优点。

1）采用真空预压的方式可以有效避免发生侧向扩展挤破问题，而且采用真空预压方式不用分级进行，一次性完成即可。

2）在软土地基周围布设水泥搅拌桩形成密封墙，可以有效提高加固区域的地基荷载承受力和整体地基的密实度。

3）加固作业过程中，借助施工机械对加固区域进行围堰处理，然后在加固区进行覆水加载，可以大大提高软土固结速率，进而缩短软土加固区的整体施工周期。

4 工艺原理

真空预压软基加固技术即利用真空吸水原理对软土地基进行加固的一种施工工艺， 该工艺可以有效地对软土地基进行加固，具体工作原理是：将不透气薄膜铺设在软土地基表面垫砂层，将薄膜下的水汽通过排水板和垫砂层的滤水管排除，进而使密封区域形成真空状态，软土地质在真空负压状态下，逐步排出水分，最后达到土体固结的目的[1]。

5 施工要点

5.1 场地整平

对软土地基进行加固前， 首先要对需加固区域进行场地平整，将加固区域内的地表耕植土、旧路面等杂物清理干净，保证地表耕植土厚度为30 cm 左右，清理作业完成后，进行压实平整作业，将平整度控制在0.1%范围内，横向坡度控制在2%~4%范围内。

5.2 铺设砂垫层

加固区域平整完成并验收合格后，开始铺设砂垫层，铺设所用材料为中粗砂， 也可以采用海砂， 砂垫层的含泥量要＜5%、黏粒含量要＜3%，粗砂中可以掺杂碎石，但碎石粒径应小于5 mm。砂垫层的干密度应＞1.5 g/m3、渗透系数＞0.01 cm/s，砂垫层中严禁含有机质和针状杂物，以防将真空薄膜刺破。 具体铺设时，要分层进行，且铺设厚度为50 cm，保证铺设后的干重度＞16.5 kN/m3。

5.3 打设排水插板

该工程中排水板打设作业采用套管式打设法， 排水板材料选用SPB100-B 型塑料排水板[2]，同时在套管底端设置钢板型管靴，并在每台插板机上配备记录设备，详细记录每条排水板的打设深度。

在进行排水板打设作业时，应注意以下事项：（1）打设的排水板尽量是整板，如需对排水板进行接长，保证搭接长度＞0.2 m，并用铁丝或塑料绳固定；（2）每条排水板最多搭接1 次，且相邻排水板之间无接头，搭接条数的总量要小于排水板总条数的10%；（3） 排水板露出砂垫层的长度＞0.2 m；（4）塑料排水板施工完成后，用砂料将孔洞填满，并将排水板埋设在砂垫层中[3]。

5.4 铺设土工织物

该工程中铺设土工织物采用的方式为缝接或搭接方式，缝接宽度＞5 cm，搭接长度＞80 cm，缝合处尼龙线强度＞150 N，同时保证在土工织物铺设时保证松铺，松铺率保持在1.1 左右。

5.5 滤管铺设施工

1）用于铺设的滤管分为真空支滤管和主管，真空滤管采用壁厚为50 mm 的软式透水管，孔径是6 mm，并在滤管上交错均匀打孔，打孔间距是0.1 m，同时在滤管外包设土工织物，以防止发生堵孔问题； 主管采用的直径为75 mm 的PVC 管，保证主管壁厚＞4 mm。

2）将真空滤管互相之间、真空滤管与主管之间的接头处进行密封，以防发生漏气问题，同时保证真空主管软接头处的间距＜25 m。

3）将滤管全部埋设在砂垫层中，在主管两端连接真空泵，真空泵的布设密度通常是每800~1 000 m2内布设1 台真空泵，真空泵尽量布设在加固区域的四周。

4）在每块真空预压区域内布设2 套真空度测头，纵向布设密度是每3 m 布置1 个测头，将测头布置在排水板滤膜内，并随排水板一并打入孔内，保证真空滤管的内径＞8 mm。

5.6 设置密封系统

5.6.1 施工水泥搅拌桩墙

水泥搅拌桩采用四喷四搅工艺， 采用的材料是泥浆加P·O 42.5 水泥， 水泥掺入比例是0.05， 泥浆掺入比例应＞0.35，相对密度＞1.35，黏土掺入比例＞0.2，并保证黏土掺入总量＞160 kg/m，搅拌桩墙的渗透系数＜4 cm/s。 密封水泥土搅拌桩的直径为0.7 m，水泥搅拌桩之间的横向和纵向间隔均为0.6 m， 且搭接长度是0.2 m， 水泥搅拌桩嵌入淤泥层内的深度＞2 m。 同时要保证水泥桩的倾斜度≤1%， 布设的位置偏差≤0.05 m。同时，在搅拌桩成型过程中，保证搅拌速度每分钟低于1.2 m，搅拌提升速度每分钟低于0.8 m。

5.6.2 密封膜铺设

水泥搅拌桩墙布设完成后，铺设密封膜，该工程采用的密封膜为3 层聚氯乙烯薄膜材料，其厚度是0.14 mm，纵向拉伸强度＞18 MPa，横向拉伸强度＞16 MPa，刺破强度＞50 N，断裂伸长率＞2.2，耐静水压＞0.2 MPa。 在铺设时，将真空膜压入密封沟，压入深度＞1 m，在真空预压区域每边预留长度5 m，铺设的密封膜要不松不紧， 避免因地质沉降变形将密封膜拉裂。 密封膜铺设好后，进行回填压实作业，回填涂料中不能有石块等坚硬杂物，每层密封膜铺设完成后，对其进行严密的检查，以防有漏洞情况。

5.7 抽真空

真空泵的布设密度是每800~1 000 m2布设1 台， 并在加固区域周围均匀布设。 真空泵单机抽气压力应＞96 kPa，真空泵布设完成后， 进行抽气试验， 查找密封膜的孔洞并及时修补。 抽气试验完成并确认无孔洞后，在密封膜上覆盖土工织物和40 cm 厚的砂垫层。 上述作业完成后，进行抽真空作业，抽气作业要连续进行，并随时观察和记录真空度情况。

6 加固效果分析

6.1 地表沉降

94 d 后，对加固区域内中心点的真空压力、密封膜水荷载力和沉降板沉降进行监测可知，地基沉降已趋于稳定，地基沉降量整体表现均匀，膜面在水荷载和真空压力作用下，加固区域内各点受力较为均匀，地基土体固结沉降量也较为均匀，由此表明，该工程真空泵的真空滤管布设比较合理，且地基后期沉降量也较为均匀。 如图1 所示为加固区中心真空压力、水荷载与沉降时程曲线。

图1 加固区中心真空压力、水荷载与沉降时程曲线

6.2 孔隙水压力

分别在4 m、6 m、9 m、12 m、15 m 处布设5 个孔隙水压力计，对加固区域中心的真空压力变化进行记录检测，得到如图2 所示的孔压时程线。 由时程曲线可知，空隙压力与真空度变化规律一致，在抽空作业30 d 左右时，孔隙压力下降较快，随后在40 d 左右，孔隙压力处于平缓状态，94 d 左右时，孔隙压力几乎不再发生变化。 充分表明，在抽空作业94 d 左右，真空加水荷载压力达到设计荷载力时，地基固结也就基本完成了。

图2 加固区中心孔压时程曲线

6.3 加固前后土体物理力学指标的对比分析

完成加固作业后， 为了检测真空加水载联合加固作业后地基的物理属性变化， 采取加固区域内的地质土样进行相关指标对比。 表1 为加固前、后土体物理力学指标对比。

表1 加固前、后土体物理力学指标对比

通过表1 数据可知， 该工程采用真空加水载联合预压法施工后，土体的物理力学指标发生了明显改善，土地力学指标和原位十字板强度提升了17%~78%，地基加固效果明显，地基的整体抗压力强度提升50%左右，软土地基的地质整体得到改善。

7 结语

本文结合具体工程实例， 对真空加水载联合加固技术在软土地基处理中的应用进行了深入分析， 通过施工后对相关数据检测表明， 真空加水载联合加固技术是在缺少土源的情况下，一种更有效的软土地基加固处理方式，该技术的应用不仅可以增加地基的抗压力强度，而且兼具施工便捷、节约成本的优点。 水载的技术工艺可以有效保证密封膜面的荷载承受力，使地基垂直沉降更均匀，避免锅底状地基变形的发生，进一步保证了软土地基的加固效果。 因此，在堆场软土地基加固处理中，真空加水载联合加固施工工艺具有可行性，可以保证软土地基的加固质量和效果。