浅析真空预压法的密封性

◎ 刘昕 中交天津航道局有限公司

浅析真空预压法的密封性

◎ 刘昕 中交天津航道局有限公司

软基处理工程的快速发展促使真空预压施工工艺愈发成熟、先进，但在实际施工中常会出现各种各样的问题，其中以密封性问题最为突出。在此，结合实操工程中实际施工中普遍出现的密封性问题，调查、分析、探讨、研究真空预压软基处理法的密封效果，并提出切实可行的解决方案。

真空预压 密封技术 压膜沟 密封膜

1.引言

近年来，随着国民经济的发展，建筑和道路用地的紧张，围海造地工程大面积地在港口疏浚、河湖整治工程中推进，出现了大批港航、水利与地基处理捆绑发包的综合工程，软基处理施工成为港航、水利工程施工单位必须涉足的一个领域，而真空预压法作为软基处理最重要的一种方法，具有技术可行性高、造价经济、质量可控等优势。

2.真空预压法的原理

真空预压加固软土地基，是排水固结法地基加固的一种类型，作用原理为地基在真空负压作用下，孔隙中的水逐渐排出，孔隙体积逐渐缩小，地基固结变形，同时，有效应力逐步提高，地基强度逐渐增加。真空预压法由排水系统和抽真空装置组成，排水系统由塑料排水板等竖向排水体组成，其目的是增加土层的排水途径并缩短排水距离，减少软土固结所需时间；抽真空由射流泵抽气实现，在加固区域覆盖2-3层密闭薄膜，沿四周用粘性土埋入压膜沟中形成密封，借助射流泵和横向埋设在砂垫层中的pvc滤管，将密封膜下的土体间空气及水分抽出形成真空，使土体排水并压密。

在抽真空前，膜上下均受一个不变的大气压P0作用，抽真空后，膜下压力逐渐下降，稳定后压力为P1，膜上下形成压力差P=P0-P1，这个压力差称为真空度。膜下真空负压通过竖向排水板传至地基深层并形成深层负压源。真空预压地基加固的技术核心是在地基中制造稳定和充足的真空度从而形成负压源。如果真空预压中密封性不好，稳定后的压力P1会增大，使得膜下压力差P减小，就会影响排水固结的效果。由此可见，真空预压中密封性的好坏至关重要。

3.密封系统的形成

密封系统是对加固区起密封作用结构的总称，其可分为水平密封和边界密封两部分。

3.1水平密封

水平密封通常指的是在软土地基上铺设密封膜，再将密封膜踩入到压膜沟中，使其在土体表层形成一个密封环境。水平密封最重要的是密封膜，其关键点主要包括密封膜的质量、密封膜的铺设及膜上覆水。

3.1.1密封膜的质量

密封膜采用聚乙烯（或聚氯乙烯）薄膜，在加工工厂中热合一次成型；现场拼接，搭接宽度不小于2m，3层铺设。如表1。

3.1.2密封膜的铺设

密封膜铺设前首先需要进行场地清理及找平，要求在深层滤管布设工序前后对施工区内低洼地带采取补填中粗砂或袋装砂的方式进行找平处理，密封膜铺设前彻底清除场地内杂物。施工区区表层铺设2～3层密封膜。铺设密封膜前可先铺设一层无纺布，防止加固区域内未清理干净的尖锐物体破坏密封膜。密封膜分层踩入到压膜沟不透气层中，分层铺膜间隙投入人工对已铺设密封膜进行查漏修补。密封膜的大小可根据各工程施工工区的现场实际平面尺寸定制，每边可多放出1.5m～2m。

表1 密封膜性能指标

图1 工程保护边区压膜沟断面图

图2 工程加固区压膜沟断面图

3.1.3密封膜的保护

在施工中，需对密封膜进行保护，密封膜铺好后，禁止穿硬底鞋在膜上行走。进入施工区作业时，应用土工布铺设人工通道。放置沉降标时，沉降标下底用土工布包裹，放平并在沉降标底座放置袋装带等进行重压，以防止戳破密封膜或沉降标倒伏。正式抽气前应进行试抽气，以检查区内和四周是否存在漏气现象。

3.2压膜沟开挖及处理

压膜沟开挖要求挖至不透水不透气层，即黑砂及浅层垫层以下淤泥或粘土。要在开挖过程中选用有施工经验的小型挖掘机投入施工，控制压膜沟开挖宽度（不超过2m为宜），开挖过程中尽量避免上层黑砂、中粗砂散落入沟。压膜沟开挖时间应尽量靠近铺膜作业时间，开挖后清除沟内、沟边杂物，必要时采用无纺土工布对杂物进行覆盖处理。压膜沟开挖时尽量降低对深层塑板的破坏，对发生损坏的排水板进行接板处理，并将塑板沿沟边插入区内中粗砂垫层中。对边区硬质土体，较难挖至粘土层的情况，采取换填淤泥或粘土，打设粘土密封墙等处理方式，保证密封效果，并在压膜沟之上回填土压实，避免密封膜膜头起浮。

工程压膜沟断面图如图1、图2所示。

4.影响真空预压密封性常见的问题及解决方法

影响真空预压密封性较常见的问题有：水平密封问题、边界密封问题。

4.1 水平密封常见的问题及解决方法

水平密封问题主要是指密封膜破损影响密封的效果，在真空预压施工过程中，导致密封膜破损的情况有很多，其中影响较大的主要分为：①密封膜质量不均；②仪器、设备安装后与密封膜连接处破损；③进出施工区人工对密封膜造成的破坏；④施工区内地裂、打桩口不均匀沉降等造成的破损；⑤自然因素破坏等情况。

下面详细分析破损原因及解决方法。

4.1.1密封膜质量因素

工程施工过程中，由于密封膜自身质量标准不同，存在微孔、抗拉强度不够等问题，在抽气过程中出现的细小漏气点，影响密封的效果且不易被发现。解决方法有两种：

一是选用质量好的密封膜，并根据抽气季节适时调整选取抗低温密封膜；

二是在后期施工过程中加强对密封膜的保护，膜上覆水是一种最常见最有效的方法。抽气工作开始后，可在膜上进行覆水，覆水前需在加固区四周做好覆水围堰，覆水围堰可利用挖设压膜沟的土进行围堰，也可以采取人工垒小沙袋的方法。膜上覆水后，密封膜上的微小孔隙因为水的渗入而得到充灌，密封性得到了提高，也可防止密封膜长时间的暴晒或冰冻而出现“老化”现象。一般覆水深度不能超过60cm，以便施工人员对区内进行巡查，此外需定期排水对区内密封膜进行检查、修补。

4.1.2仪器、设备安装因素

仪器作业破坏密封膜主要有两种情况：一是真空泵出膜装置的安装；二是监测单位检测仪器的埋设。常见的处理方法是在与密封膜的搭接口处采用阀栏、橡胶垫等连接，拧紧后用小块密封膜将搭接口封死；射流泵箱箱底应采用土工布包裹，避免铁皮直角直接接触薄膜；在施工过程中加强施工区巡查，查找漏气源，不断修补，保证密封性。

4.1.3人为破坏因素

人为破坏的情况较为严重。施工、测量人员进出施工区作业时，应避免穿硬底鞋，进出可用土工布或者泡沫板铺垫作为通道及安装场地，并尽量少移动排水设备，避免二次破坏。施工过程中应加强预防，在密封膜上作业时尽量小心、谨慎并做到及时修补。

4.1.4地裂、桩口破损等影响

因施工区内存在吹泥管口位置，施工前地质较硬，抽气工作开始后，因软硬地基沉降速率不同，造成地裂产生，裂缝随着时间不断扩大，并向下延伸，发展到一定深度就构成漏气通道，使膜下真空度降低，因此必须采取有效措施予以密封。一般需撕裂密封膜，将裂缝区域重新填筑中粗砂或浇灌搅拌好的泥浆，修补平整后，铺设一层编织布，并重新粘贴好密封膜。

塑料排水板打设施工阶段，地质较硬区域打设完成后形成桩口，需填筑中粗砂整平，抽气施工开始后，因负压的存在，中粗砂收缩较快，地表沉降较缓，因此容易吸破密封膜，产生漏洞，使膜下真空度下降。施工人员可根据加固区内埋设的膜下压力表来检查，发现区内检测真空表压力值下降，首先在其附近查找是否存在漏气情况，查找到漏气部位重新填补中粗砂与地表平齐，并分层修补密封膜，确保密封性，修复完成后观测压力值，压力回升至设计要求，证明此处已密封完好。

4.1.5自然因素破坏影响

除此以外，造成密封膜漏气还存在一些自然因素，如大风将架设电缆线的竹竿刮倒后将膜戳破、附近海鸥停留将膜啄破等，处理这些情况时也是要做到及时修补。

4.2 边界密封常见的问题及解决方法

所谓边界密封实质就是指压膜沟的密封处理，但是在各个工程实际施工中，压膜沟的密封一直是一个出现问题最多的环节，其出现的问题又主要表现在处理压膜沟的时候，以下总结了几种不同情况时压膜沟的处理方法：

4.2.1加固区前期施工不当时压膜沟的处理方法

挖设压膜沟是在前期施工工序全部完成后进行，之前的工序中有很多因为操作不当或者人工操作失误而带来的质量隐患，对压膜沟的处理带来一些影响。

塑料排水板打设期间，因地基不同会采取一些补强措施，如：铺设荆笆、竹笆，吹填黑砂等情况。折断的荆笆以及砂垫层中的贝壳、云母等硬物，很容易戳破密封膜，当挖设压膜沟将这些物体挖断时，应安排人工及时清理干净，尤其是压膜沟的内壁，清理后尽量铺设一层土工布，减少抽真空后，细小的尖锐物刺破密封膜。

设计砂垫层为40cm,实际施工中，由于加固区土质问题，需进行吹填黑砂进行补强，施工区中心地势较低区域吹砂厚度可达到1.5m以上，较厚的砂垫层导致压膜沟无法挖设到不透气层，压膜沟实际上就是一条“砂槽”，密封效果很差。

依据经验，可采用如下处理方法：一是打设粘土密封墙；打设粘土密封墙之前可先对压膜沟位置进行取土钻样，确定打设深度。二是重新开挖一条压膜沟，在原先压膜沟的外侧选一处可挖透的区域，重新开挖一条压膜沟，并定制1～2层尺寸适合的密封膜，将加固区与新压膜沟连接起来，从而避免了砂垫层太厚对密封效果的影响。

打设粘土密封墙是一种较简单的处理方法，但是其施工时间长。重新开挖压膜沟工期短，但是它有一定的局限性：①条压膜沟之间的距离不能太远；②两条压膜沟中间区域短时间内无法进行真空预压。各工程可根据加固区周边实际情况采取适合本工程的处理方法。

粘土密封墙的主要控制点在粘粒含量、泥浆密度、深度、垂直度、搭接、均匀度等，施工时需严格、认真对待。

4.2.2效果不佳区域重新处理压膜沟的方法

真空预压施工中，往往会存在一些效果不佳的区域，这些区域返工时压膜沟的处理也是一个难点。由于已经抽水固结了很长时间，加固区原先含水量高、软的淤泥质粘土已经固结，密封膜无法压入到不透气层以下，若是处理不当，也会影响密封的效果。

常见的处理方法有两种：一是深挖压膜沟法，将压膜沟挖深至不透气层以下1～2m，再将密封膜尽量压入到硬性粘土中，用已挖出的1～2m的粘土进行回填，压实，并覆水密封。二是灌泥浆法，压膜沟挖至不透气层以下50cm，密封膜压入到硬性粘土中后，再在上面灌入50～80cm厚的泥浆。

以上两种方法都可以解决硬性粘土带来的密封性问题。深挖压膜沟法施工速度快、成本低；灌泥浆法工程量大，各工程可根据现场实际情况进行处理。

5.结束语

密封工作是真空预压地基处理工程中的一项关键工作，对加固效果影响巨大。在加固过程中应重视加强密封效果的监测和检测工作，出现情况应及时采取措施补救，确保软基加固区的密封效果良好。

真空预压工程施工过程中的密封质量，直接决定了膜下真空度的强度与稳定度，从而在很大程度上决定了软基加固工程的效果。水平铺膜、压膜沟、粘土密封墙、膜上覆水等密封技术在实际工程中的成功应用，各工程可结合本身工况选择合适的密封技术，提高真空预压的成功率。

[1]龚晓楠.地基处理技术发展与展望.北京，中国水利水电出版社，知识产权出版社，2004年10月第一版.

[2]赵维炳.排水固结加固软基技术指南.北京：人民交通出版社，2005.

[3]王家印，陈宗源.软土地基处理技术（第六册）.2006.