鄒如樑

(福建省水利水電工程建設(shè)公司，福州 350001)

防洪堤軟基處理采用真空堆載預(yù)壓方法的效果

鄒如樑

(福建省水利水電工程建設(shè)公司，福州 350001)

在對軟土進(jìn)行處理時(shí)，真空堆載預(yù)壓法是一種常用的地基處理方法，文章以實(shí)際工程為例，對真空堆載預(yù)壓方法進(jìn)行了介紹，對真空堆載預(yù)壓法的施工方法進(jìn)行了探討。在采用真空堆載預(yù)壓法對軟基進(jìn)行處理后取得了良好的加固效果，軟土地基的固結(jié)度達(dá)到了93%，地基承載力達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

防洪堤；軟基處理；真空堆載預(yù)壓；軟土地基固結(jié)強(qiáng)度

1 工程概況

羅源灣開發(fā)區(qū)松山片區(qū)大、小獲片防洪排澇工程(一期)位于羅源縣松山鎮(zhèn)，以福州臺(tái)商投資區(qū)大獲片、小獲片城市總體規(guī)劃為依據(jù)，新建堤防工程、排澇設(shè)施，為項(xiàng)目區(qū)提供防洪及排澇安全保障，工程防洪標(biāo)準(zhǔn)為50a一遇，排澇標(biāo)準(zhǔn)為20a一遇。

一期項(xiàng)目含堤防新建4686.15m，小獲閘站1座。其中小獲溪右岸防洪堤1+600-2+546及大獲溪左岸3+350-4+563采用真空堆載預(yù)壓軟基處理方法，處理面積11萬m2，劃分4個(gè)區(qū)域進(jìn)行施工，分區(qū)面積一般在2.0萬-3.0萬m2。

2 真空堆載預(yù)壓法介紹

真空堆載預(yù)壓法主要由加壓系統(tǒng)和固結(jié)排水系統(tǒng)組成。在使用真空堆載預(yù)壓法對軟土地基進(jìn)行加固處理時(shí)，首先要使用真空泵抽出砂墊層中的空氣，使土體的內(nèi)部形成壓力差。受壓力作用的影響，軟土地基會(huì)逐步固結(jié)。

與此同時(shí)，在進(jìn)行抽真空作業(yè)的同時(shí)還進(jìn)行了堆載預(yù)壓，受外部荷載的影響，土體中孔隙水壓力會(huì)進(jìn)一步變大，在壓力的作用下，孔隙水會(huì)經(jīng)由排水通道排出，從而使土體充分壓縮固結(jié)。如圖1所示。

圖1 真空度的傳遞及滲流路徑示意圖

1)在抽真空過程中，會(huì)產(chǎn)生向內(nèi)的收縮變形，由于真空堆載是一次性施加完成的，因此不需要擔(dān)心因土體堆載荷載過大出現(xiàn)失穩(wěn)破壞的情況。

2)在對土體進(jìn)行聯(lián)合堆載時(shí)，受真空荷載的影響土體會(huì)產(chǎn)生向內(nèi)的收縮變形，可以將堆載過程中出現(xiàn)的側(cè)向擠出變形抵消掉，提升加載速度。

3)在進(jìn)行真空聯(lián)合堆載時(shí)，①可以提升土體孔隙水壓力，②真空預(yù)壓會(huì)排出孔隙水，降低孔隙水壓力，因?yàn)橥馏w固結(jié)比較快，土體強(qiáng)度增長比較快。

3 真空預(yù)壓方案的設(shè)計(jì)

3.1 排水設(shè)計(jì)

排水系統(tǒng)主要由豎向排水和橫向排水兩個(gè)部分構(gòu)成，其中豎向排水主要是利用塑料排水板從豎直方向上將土體中的水排出，埋設(shè)深度一般要大于軟土層的厚度，橫向排水主要是采用通過鋪設(shè)砂墊層來達(dá)到排水目的，另外，此水平排水可以還具有傳遞真空度的目的。根據(jù)本工程的具體情況，設(shè)計(jì)塑料排水板的打設(shè)深度為20-25m。在對排水板的間隔距離進(jìn)行確定時(shí)，需要綜合考慮施工工期、土體的滲透性以及加固效果[2]。結(jié)合本工程的情況，設(shè)計(jì)選用B型塑料排水板，適合處理深度為15-25m的軟土基，排水板間距為1m，按照正方形布置。排水板的性能指標(biāo)如表1所示。

表1 B型塑料排水板的性能指標(biāo)

3.2 真空預(yù)壓方案設(shè)計(jì)

在對真空預(yù)壓方案進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要重點(diǎn)從真空抽氣過程、密封系統(tǒng)、膜下真空度幾個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。一般來說可以將膜下真空度保持在80kPa。如果膜下真空度過小，則無法達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)要求，如果膜下真空度過大，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行成本增加，結(jié)合本工程的具體情況，綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益和施工要求施工過程中膜下真空度要超過80kPa。為了保證真空預(yù)壓效果，需要合理的設(shè)計(jì)密封系統(tǒng)。一般來說密封系統(tǒng)主要由密封膜和密封溝兩部分組成。密封膜選用人工敷設(shè)的方式進(jìn)行施工，為了防止密封膜后期堆載施工時(shí)被破壞，需要使用土工布鋪設(shè)在兩層密封膜之間，且第一層土方不得含有機(jī)質(zhì)、石塊、或尖角狀物質(zhì)等。本工程使用兩層聚氯乙烯薄膜作為密封膜。其性能指標(biāo)如表2所示。密封溝主要是用于隔斷透水夾層而采取的一種密封措施，一般來說要求密封溝開挖到原狀淤泥層下≥50cm即可。

表2 密封膜技術(shù)指標(biāo)

3.3 堆載預(yù)壓方案設(shè)計(jì)

一般來堆載預(yù)壓是在真空預(yù)壓加固10-15d后進(jìn)行的，在施工時(shí)首先會(huì)使用寬幅聚酯長絲無紡針刺類型的土工布鋪到密封膜上。進(jìn)行堆載施工時(shí)，第一層使用人工攤鋪的方法進(jìn)行施工，攤鋪厚度保持在30cm左右。在進(jìn)行加載時(shí)要將加載速率控制好，水平位移要控制在<5mm/d，豎向沉降要保持在<30mm/d。后續(xù)堆載施工作業(yè)可以使用機(jī)械化作業(yè)的方式進(jìn)行施工。在進(jìn)行堆載施工之前要注意測量沉降，并將沉降觀測標(biāo)桿保護(hù)好，以便用于后期的加固分析。

4 堆載預(yù)壓各個(gè)工序的施工要點(diǎn)

4.1 平整場地

考慮到軟土地基在使用真空堆載預(yù)壓法進(jìn)行處理后，會(huì)呈現(xiàn)出四周沉降量小、中間沉降量大的鍋底狀，所以在平整施工場地時(shí)，要求場地的兩側(cè)低、中間位置高。同時(shí)要將場地的塊石、浮漿、雜草等清理干凈。

4.2 鋪設(shè)砂墊層

在平整好場地后，為了便于施工機(jī)械的施工行走，需要先鋪設(shè)一層砂墊層，鋪設(shè)厚度為30cm。打設(shè)好塑料排水板后，需要再鋪設(shè)一層砂墊層作為濾管和塑料排水板的過渡層。①可以保證地下水通過塑料排水板抵達(dá)砂墊層，然后從砂墊層流至主管，最后從真空泵中排出。②真空度可以通過塑料排水板傳遞，砂墊層的鋪設(shè)厚度為60cm。

4.3 分區(qū)隔堤布設(shè)黏土密封墻

黏土密封墻主要是用于隔斷軟基處治范圍以外的氣和水，是保證膜下真空度達(dá)到設(shè)計(jì)要求的一項(xiàng)重要措施。如果密封墻施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，很容易導(dǎo)致加固區(qū)域內(nèi)側(cè)向邊界產(chǎn)生漏氣，耗損真空預(yù)壓能量，對膜下真空度的穩(wěn)定性造成影響，繼而對軟基的加固效果產(chǎn)生影響[3]。在進(jìn)行黏土密封墻施工時(shí)，首先要保證拌和深度可以達(dá)到要求，然后認(rèn)真檢查鉆頭的直徑，保證拌和墻的寬度可以達(dá)到要求。在施工過程中遇到塊石時(shí)，為了保證樁之間的搭接質(zhì)量，要根據(jù)情況移動(dòng)60cm。

4.4 打設(shè)塑料排水板

在進(jìn)行塑料排水板的打設(shè)施工時(shí)，要按照規(guī)范要求檢驗(yàn)排水板質(zhì)量，確保施工過程中使用的排水板質(zhì)量均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。為了避免排水板長期在空氣中暴露出現(xiàn)老化的情況，要覆蓋好排水板盤帶。在地基中打入排水板時(shí)，要保證板材不會(huì)產(chǎn)生扭曲，同時(shí)要防止損壞透水膜。為了防止抽出保護(hù)套管時(shí)帶出排水板，需要在板的底部進(jìn)行錨固處理。搭設(shè)排水板時(shí)，要求導(dǎo)管的的傾斜度控制在1.0%內(nèi)。

4.5 布設(shè)抽真空裝置

本工程在施工過程中，按照一臺(tái)抽真空裝置控制800-1200m2面積的原則進(jìn)行布置。一般來說，在加固場地的一側(cè)布置抽真空裝置，而不能布置到兩側(cè)。這樣可以有效避免出現(xiàn)“奪氣”的情況。另外，在進(jìn)行抽真空裝置的布設(shè)時(shí)，要預(yù)留一定數(shù)量的真空泵作為備用泵[4]。抽真空設(shè)備安裝時(shí)，高程不宜過高，循環(huán)水箱的安裝高度要和膜保持在同一平面，如此一來可以節(jié)省膜下抽水時(shí)的能耗。

4.6 鋪設(shè)第二層土工布和第一層土方

一般來說，在軟黏土當(dāng)膜下真空度大于80kPa后，即可鋪設(shè)第二層土工布。在10d以后就可以進(jìn)堆載預(yù)壓。當(dāng)加載強(qiáng)度過大或者填土過高時(shí)，可以使用分級施壓的方式進(jìn)行施工，并對分級施壓級數(shù)進(jìn)行合理的計(jì)算[5]。一般來說可以根據(jù)沉降速率控制加載速度。實(shí)際施工時(shí)，需要注意下述幾個(gè)方面：

1)在鋪設(shè)第一層土方時(shí)，不允許破壞密封膜，宜選擇輕型運(yùn)輸工具或者人工運(yùn)輸?shù)姆椒ㄟM(jìn)行施工。

2)一邊進(jìn)行堆載一邊進(jìn)行檢測，保證真空度可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。為了保證地基的穩(wěn)定性，需要將側(cè)向位移速率和沉降速率控制好。

5 加固效果分析

5.1 固結(jié)度分析

通過對軟土地基采用真空堆載預(yù)壓法處理后的沉降情況進(jìn)行分析可以將土基的固結(jié)度推測出來，進(jìn)而將地基的加固效果反映出來。一般來說地表沉降可以分為預(yù)壓荷載作用下產(chǎn)生的沉降和打設(shè)塑料排水板期間產(chǎn)生的沉降。在軟土地基沒有經(jīng)過處理之前屬于欠固結(jié)土層，在搭設(shè)豎向排水層時(shí)，受自重和外界擠壓的影響，土體會(huì)產(chǎn)生沉降，使土體的固結(jié)度和壓實(shí)度提升[6]。通過對地表沉降固結(jié)度進(jìn)行分析后得出的分析結(jié)果如表3所示。從表3可以看出，使用真空堆載預(yù)壓法對地基進(jìn)行處理后，地表沉降量為1593-1729mm，固結(jié)度為93%，取得了良好的加固效果。軟土地基殘余沉降量為133mm，低于150mm達(dá)到了規(guī)范要求。

表3 地表沉降固結(jié)度分析

5.2 土質(zhì)變化情況

軟土地基在采用真空堆載預(yù)壓法進(jìn)行加固處理后，顯著降低了淤泥類土質(zhì)的含水率，土層的黏聚力和壓縮模量也顯著增加。加固前土層強(qiáng)度范圍為12.4-32.1kPa，在使用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法對軟基進(jìn)行加固后，土層強(qiáng)度范圍升高至30.4-41.5kPa，基本上所有的深度層強(qiáng)度都顯著增大。

6 結(jié) 論

綜上所述，本防洪堤軟基在使用真空堆載預(yù)壓法進(jìn)行處理后，顯著提升了軟土地基的強(qiáng)度，經(jīng)過預(yù)壓處理后，軟土地基的固結(jié)強(qiáng)度達(dá)到了93%，并且地基的承載力也顯著提升，取得了良好的加固效果，值得大力推廣和應(yīng)用。

[1]王若愚.軟土地基工程特性與地基處理方法適用性討論[J].天津城市建設(shè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，9(03):195-198.

[2]吳瑞卿，李定中，黃可華.塑料排水板堆載預(yù)壓法在大面積軟基處理中的應(yīng)用[J].廣州建筑，2002(04):27-30.

[3]王林攀，王雷.大面積軟基處理中的排水固結(jié)法施工技術(shù)[J].公路與汽運(yùn)，2007(05):107-109.

[4]夏振興.塑料排水板聯(lián)合堆載預(yù)壓法處理軟土路堤淺析[J].交通科技，2011(02):80-81.

[5]黃宗煜.低位真空預(yù)壓法在溫州圍涂造地項(xiàng)目工程中的應(yīng)用研究[D].杭州：浙江工業(yè)大學(xué)，2011.

[6]石崢.真空預(yù)壓法在天津南港軟基處理中的應(yīng)用和加固效果分析[D].天津：天津大學(xué)，2015.

1007-7596(2017)06-0082-03

2017-05-16

鄒如樑(1977-)，男，福建福州人，工程師，從事水利水電工程工作。

TV871.1

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