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淤泥質(zhì)超軟弱地基的真空預(yù)壓處理方法

張  浩

(重慶同鼎鋼結(jié)構(gòu)有限公司，重慶400020)

    對(duì)軟基處理工程，傳統(tǒng)的處理方法一般有深層水泥攪拌法和排水固結(jié)(真空)堆載預(yù)壓法。這兩種方法目前均已或熟，前者需要較長(zhǎng)的工作周期，造價(jià)高，而后者則工期短，造價(jià)低。目前真空預(yù)壓法在軟基處理工程中應(yīng)用日趨廣泛。

1.工程概況

    中船海洋工程軟基處理項(xiàng)目前期吹填填料以淤泥漿為主，大部分區(qū)域淤泥厚度在3m以上，局部達(dá)6—7m，加上基礎(chǔ)部分為原圍墾造地區(qū)域，原狀淤泥層普遍厚度超過(guò)10m。工程開(kāi)工前，沿東圍堤及局部隔堤附近，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間晾曬，吹填淤泥土局部出現(xiàn)龜裂，大部分區(qū)域還被水浸泡，吹填土呈流態(tài)狀。含水量超過(guò)90％，壓縮性極大，沒(méi)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(xiàn)象，上部龜裂的硬殼層厚度不足0.5m，一旦吹填開(kāi)始，經(jīng)水浸泡，表層土馬上軟化為泥漿，承載力大大減小，給后續(xù)的各項(xiàng)工序的施工也帶來(lái)嚴(yán)重的阻礙，施工工期、質(zhì)量、安全都沒(méi)有保障，各項(xiàng)工作經(jīng)受了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。

    根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本工程采用塑料排水板和真空預(yù)壓的方法進(jìn)行軟基處理。本工程的特點(diǎn)是：(1)真空預(yù)壓加固面積大；(2)真空預(yù)壓質(zhì)量要求高；(3)工程量大，工期緊；(4)加固區(qū)土質(zhì)超軟弱，施工區(qū)承載力極低；(5)施工順序顛倒，排水困難。本文是在綜合地質(zhì)報(bào)告、施工組織設(shè)計(jì)、施工監(jiān)測(cè)報(bào)告和施工記錄等相關(guān)資料的基礎(chǔ)上完成的。

    1.1技術(shù)要求

    加固后土體十字板剪切強(qiáng)度增加l8kPa；地基處理后交工面標(biāo)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(jié)度大于85％；分區(qū)地基處理工期不超過(guò)4個(gè)月。

    1.2施工程序

    先在軟基處理區(qū)域鋪設(shè)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(wǎng)布設(shè)濾管，在上面覆蓋密封膜，最后通過(guò)真空泵使加固土形成負(fù)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(jié)。

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(duì)真空預(yù)壓處理有至關(guān)重要的作用，砂墊層的厚度和粒徑將會(huì)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(duì)于在淤泥漿上吹填l.2 m的砂墊層困難非常大．對(duì)于砂墊層下的土工布、土工格柵強(qiáng)度要求比較高，同時(shí)吹填1.2m砂墊層將不可避免的遇到“淤泥包”的產(chǎn)生。對(duì)于砂墊層施工，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，施工分為兩個(gè)階段：第一階段利用小功率絞吸船吹填一層0.7m厚的中細(xì)砂墊層，均勻分布在土工墊層上，盡量避免“淤泥包”的產(chǎn)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(duì)真空預(yù)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(xiàn)“淤泥包”現(xiàn)象，如果直接架設(shè)管線(xiàn)推進(jìn)，中細(xì)砂墊層將被吹得四處消退，而“淤泥包”也將范圍擴(kuò)大。為避免這種情況，采取兩個(gè)方法進(jìn)行彌補(bǔ)：(1)管線(xiàn)交叉、跳躍式施工，最大限度避免“淤泥包”擴(kuò)大；(2)在設(shè)計(jì)的同意下。在中粗砂中加入一定含量的中細(xì)砂，增大濃度。在中粗砂中加入一定含量的中細(xì)砂將會(huì)在一定程度上影響抽真空質(zhì)量，但吹填過(guò)程中根據(jù)砂粒徑、質(zhì)量和易流性不同，也會(huì)逐漸的分層，一定程度上減少了對(duì)抽真空質(zhì)量的影響，只需要在前期減少第一階段中細(xì)砂墊層的層厚。從抽真空的效果來(lái)看，這種設(shè)計(jì)對(duì)抽真空效果并無(wú)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(yù)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(shù)值，壓力差使淤泥中的水透過(guò)排水板排出膜外。本次插打排水板工藝的主要難點(diǎn)是場(chǎng)地過(guò)于軟弱，施工機(jī)械難以正常作業(yè)。但排水板的施工對(duì)后續(xù)真空預(yù)壓處理起到非常大的作用，如果排水板插打深度不夠，將嚴(yán)重影響恒載真空度。因此在此次排水板插打過(guò)程中，主要采用以下幾方面的施工措施。

    (1)引進(jìn)軌道式插板機(jī)施工。軌道式插板機(jī)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(dòng)慢，成本偏高。同時(shí)對(duì)場(chǎng)地的整平度要求非常嚴(yán)格(場(chǎng)地高差大于1.0m無(wú)法正常施工)。

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

    此工藝雖然費(fèi)時(shí)費(fèi)力，但很大程度上解決了面積較小的淤泥包或薄弱區(qū)域上的排水板施工。

    (3)鋪設(shè)砂包和木條配合施工。由于回填區(qū)原土質(zhì)軟弱，且本工程設(shè)計(jì)砂墊層厚度只有1.2m，按設(shè)計(jì)厚度回填完砂墊層后，排水板機(jī)直接行走存在極大的隱患，施工過(guò)程中，曾發(fā)生過(guò)多次機(jī)械陷入泥漿中的事故。

    采用履帶式插板機(jī)的區(qū)域，在插板前一律鋪設(shè)一層以上的木條(鋪設(shè)兩層木條時(shí)需上下層交叉處理)，個(gè)別較差的區(qū)域需先鋪墊一層以上的砂包袋后再鋪設(shè)木條，然后排水板機(jī)才能行駛到木條上作業(yè)。所鋪設(shè)的木條要求尾部直徑不小于10cm，木條長(zhǎng)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(qū)域都鋪墊上圓木，以便一旦出現(xiàn)險(xiǎn)情，機(jī)械能夠留有足夠的進(jìn)退余地。

    (4)人工插板。人工插打排水板的標(biāo)桿長(zhǎng)度約8m，采用鍍鋅水管制成。插板前需先將人工插板區(qū)域上砂清理至土工布出露．通過(guò)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(yù)壓處理

    真空排水預(yù)壓加固軟基是通過(guò)孔隙水壓力的消散來(lái)增強(qiáng)土體的強(qiáng)度，排水系統(tǒng)是一種手段。如果沒(méi)有加壓系統(tǒng)，孔隙中的水沒(méi)有壓力差，水是不會(huì)自然排出的，地基也得不到加固。真空預(yù)壓作用是在保持總應(yīng)力基本不變的情況下，孔隙水壓力降低，有效應(yīng)力增長(zhǎng)的過(guò)程。

    本工程真空預(yù)壓處理主要難點(diǎn)為：一是“淤泥包”區(qū)域多，分布范圍廣，場(chǎng)地高差大，抽真空時(shí)產(chǎn)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(qū)域之間抽真空時(shí)問(wèn)相隔較長(zhǎng)，共用密封墻出現(xiàn)干裂，對(duì)于后抽真空區(qū)域的真空膜鋪設(shè)質(zhì)量有較大影響。故在施工過(guò)程中主要采取以下的措施。

    (1)全淤泥質(zhì)地基在砂墊層施工過(guò)程中，不可避免地會(huì)出現(xiàn)大量的“淤泥包”，必須采用軟濾管進(jìn)行鋪設(shè)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，濾管一次性鋪設(shè)長(zhǎng)度不能過(guò)長(zhǎng)，可將一根濾管截?cái)酁閿?shù)段，中間用塑料螺紋軟管對(duì)接。濾管不能鋪設(shè)得過(guò)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(qū)域之間抽真空時(shí)間間隔較長(zhǎng)，攪拌墻干化。為解決這個(gè)問(wèn)題，通常采用的方法是將攪拌位置的密封膜先埋設(shè)好．預(yù)留一定寬度的膜接頭，這樣后施工區(qū)域的密封膜就可與預(yù)先埋設(shè)好的膜直接采用膠水牯合，避免密封溝固結(jié)或阻塞而埋設(shè)不下密封膜的問(wèn)題，確保加固區(qū)四周的密封效果。如果預(yù)先沒(méi)有埋設(shè)預(yù)留膜接頭或接頭損壞，這時(shí)需重新埋設(shè)密封膜。但由于密封墻已密實(shí)或阻塞，真空膜根本無(wú)法埋入密封墻內(nèi)，這時(shí)需采用人工或小型挖掘機(jī)在原攪拌墻的位置開(kāi)挖，開(kāi)挖過(guò)程中多用泥漿灌設(shè)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(kāi)的泥漿墻中，最后人工踩入真空膜。

    區(qū)域之間抽真空過(guò)程中，土體的收縮方向與兩側(cè)壓力差成負(fù)相關(guān)，這樣將導(dǎo)致共用密封墻土體顆粒被兩側(cè)真空壓力吸走，橫向收縮使密封墻中間裂開(kāi)形成空洞，造成抽真空時(shí)加固區(qū)漏氣。針對(duì)這樣的情況，將密封墻拉裂處用淤泥包填筑并壓實(shí)，填筑面略高于真空預(yù)壓面，并在上面覆蓋密封膜，將覆蓋上的密封膜與相鄰區(qū)塊的密封膜粘結(jié)在一起。

3.效果分析

    (1)本工程施工分區(qū)中(4—4區(qū))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(shù)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(fù)至負(fù)壓。

    (2)本次排水板插入深度,為10m左右，從孔隙水壓力消散觀(guān)測(cè)和地表累積觀(guān)測(cè)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)孔隙水壓力消散在12m仍為負(fù)壓，壓力值與6m時(shí)的壓力值相當(dāng)。根據(jù)文獻(xiàn)研究真空預(yù)壓的影響深度可達(dá)塑料排水板下4～5m處，經(jīng)實(shí)際觀(guān)測(cè)，與此數(shù)值基本吻合。

    (3)最終沉降量計(jì)算公式可采用雙曲線(xiàn)外延的方法，即：利用實(shí)測(cè)沉降量一時(shí)間曲線(xiàn)，確定某拐點(diǎn)t。(起點(diǎn)，通常取恒載下的某個(gè)時(shí)刻)，將實(shí)測(cè)S-t曲線(xiàn)的起點(diǎn)放在Tn處，則沉降曲線(xiàn)接近于雙曲線(xiàn)，可近似地用雙曲線(xiàn)方程表示，即：

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

    經(jīng)過(guò)測(cè)量得到4—2區(qū)最大沉降量為1709 mm。最小沉降量為12172mm，可見(jiàn)雙曲線(xiàn)外延法推求得出的沉降量與實(shí)測(cè)資料很接近，但略大。這可能是由于：①全淤泥質(zhì)地基的真空預(yù)壓處理，由于土質(zhì)較弱，必然會(huì)引起土體的側(cè)向變形(土體蠕動(dòng))，從而引起土體的附加沉降。②實(shí)際工程所選擇的中粗砂中摻合中細(xì)砂施工工藝，一定程度上將會(huì)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(yù)壓的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹立峻塑料排水帶固結(jié)法在軟基處理中應(yīng)注意的問(wèn)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(yù)壓加固軟基中的孔隙水壓力消散規(guī)律[J]水力學(xué)報(bào)，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(yīng)用[j]巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004，23(6)：1025—103l

[4]中國(guó)交通建設(shè)集團(tuán)軟土地基處理技術(shù)(中國(guó)交通建設(shè)繼續(xù)教育系列教材)[M]2006

[5]銀劍，方輝宜，高德貴全淤泥地質(zhì)和夾凇泥地質(zhì)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(shù)在深圳地區(qū)的應(yīng)用[J]水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2001(1)：68—72

(本文來(lái)源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)