浅谈软基处理方法之一真空联合堆载预压谢建平

谢建平

珠海市金湾区联港基础投资有限公司519090

摘要：随着城市的发展，土地的开发需求越来越大，除了开山辟地，最近几十年来许多滩涂和软土地区都被陆续开发，针对沿海发达城市的土地更为紧张，为了维持城市的发展，纷纷进行围填海造地或者建造堤防工程以保证人民的生命财产安全。由于吹填造地陆域形成的地基非常软弱，需要对其进行一定的软基处理，以此加强土体的固结度和提高地基的稳定性。本文主要对围填海吹填造地陆域形成软基处理一些主要处理方式方法和措施进行发表个人见解，希望与大家共同交流心得。

关键词：淤泥、软基处理、真空预压、堆载

前言

软基一般是指不良地基、特殊土、软弱地基，常见于海滨、湖沼、滩涂、围填海形成陆域，一般为淤泥及淤泥质土、粉细砂、粉土和粉质土、砂土、砂砾石等其他类土。其具有含水量高、孔隙比大、抗剪强度低、压缩性高、渗透性差、具有结构性、流变性、不均匀性等特点。

一、软弱地基变形特点

对于软弱土体地基来说，一般存在淤泥或淤泥质土较厚的情况，甚至连续成片分布的特点，软弱地基一般变形量大；压缩稳定所需的时间长；侧向变形比一般的土体大。变形量大：由于软弱土体主要为淤泥或淤质土，其自身的含水量较大，水分不易自排出来；压缩稳定所需的时间长：尽管孔隙比较大，但单个孔隙较细，孔中的水很难流动，透水较低，饱和土受荷载作用后，水不能尽快排出，变形也只能慢慢进行。侧向变形：比一般的土体大，而且侧向变形与竖向变形之比在相同条件下比一般土体大。

二、软基处理的作用

结合软基的贴点，对于未做软基处理的地基容易出现塌陷、沉降，因此如果在该片软土地基上建设高楼大厦或其他构筑物，则必须进行软基处理，采用相关方法对土体进行加固固结，从而减少不均匀沉降量和增加地基的稳定性，为未来大型构筑物的建设提供一个良好的地基基础。

软基处理的主要作用：提高地基土的抗剪强度；改善地基土的变形性质；改善地基土的渗透性和渗透稳定；提高地基土的抗震能力；消除黄土湿陷性，膨胀土胀缩性。

软基处理的方法有很多，每一种处理方法都有着其适应的对象和优缺点，在选择处理方法时，应该结合工程实际情况，选用一种或者多种相结合的处理措施。本文中我将浅谈采用疏浚土吹填形成的陆域后常见地基处理方法之一：真空联合堆载预压的软基处理方法。

三、围填海陆域形成

随着港口与工程技术的不断进步和船机设备的升级，以及从便利性和经济性方面出发，很多围填海造地的陆域形成采用港池疏浚土，主要为淤泥、粉质粘土、砂质粘性土、全风化岩等土类。为提高土的质量，疏浚时将淤泥剥离，把下层较好的疏浚土吹填至围堤内形成陆地。经一段时间自然沉降后，跟着土地开发利用，将先进行地基处理。

四、真空预压联合堆载预压主要施工工艺介绍

（一）施工流程介绍

单个预压区施工工艺顺序为：测量放线→场地整平(局部补填砂)→铺设砂垫层(软弱地区铺设竹笆、无纺布)→塑料排水板施工(埋设监测仪器)→粘土密封墙→真空预压工艺施工→铺设防水编织布→密封膜→试抽真空(达到85KPa)→铺设一层无纺布→堆载至持载标高→持载130~165天→卸载整平→试夯→强夯、普夯→振动碾压→场地整平→交工验收。

（二）主要施工工艺

1、铺设砂垫层

铺设砂垫层以中粗砂居多，由于粒径较大，孔隙较粗，常作为软基处理中横向水平排水通道的材料，在各类工程中，应用很广，在软基处理中发挥的作用非常大，铺设厚度厚度一般不小于50cm，粘粒含量不宜大于3％。

施工方法相对简单，可根据场地实际情况实施，一般采用自卸车或小型运输车转运砂料到施工场地内，利用推土机、挖掘机配合整平。

2、塑料排水板施工

排水板是最近几十年在软基处理当中运用较多较广的材料，作用也相当显著。主要作为地基处理当中的竖向通道，将土体中的水分排出，达到土体固结处理效果，因此排水板打设的质量，对软基处理效果有很直接的影响。打设深度根据不同地方的淤泥厚度而不同，一般要求板头穿透淤泥层进入黏土层，有10米以下，20米以下，30米左右不等。塑料排水板一般有SPB-B、SPB-C型等，由芯板和滤膜组成，是由聚乙烯、聚酯或其它合成材料复合物组成。排水板按应满足以下相关质量要求：

（1）排水板强度应能承受插板时所产生的应力；

（2）竖向排水板应能够与土体变形相协调，芯板不能变折及褶合；

（3）排水板滤膜应能够防止过量的土颗粒进入芯板中，其渗透性能应远大于周围土壤；

（4）排水板芯料必须采用原生料，无纺布滤膜。

2.1、施工布置

排水板打设间距一般按1m或1.5m正方形或梅花型布置，布置形式主要根据设计要求进行，方式限制不多。

2.2、排水板施工质量控制措施：

①正式施工前先进行排水板打设试验，确定具体可行的施工方案和控制措施。

②采用套管打设法，打设时严格控制套管垂直度，其偏差不得大于1.5%（根数小于10%）。

③严格控制塑料排水板的打设标高，不出现浅向偏差并严格控制排水板平面位置误差在±100mm以内。

④塑料排水板穿透淤泥层进入粉质粘土1.0m以上，打入的排水板为整板，长度不足时禁止接长使用。

⑤桩机自动记录仪记录每根板的施工深度，打设深度满足设计要求，否则在临近板位补打。

⑥将塑料排水板“回带”数量控制在打设总量的5%以内，且“回带”长度不超过500mm。如回带长度超过1500mm，必须在该位置附近重新补插。

2.3、引孔方法

如果遇到某些地质表层存在杂填土或者砂质土，普通液压插板机较难打设，按施工经验，可尝试采用振动插板机或使用LC-45振动引孔钻机，用该机先打出一个孔，再用插板机在该位置施插排水板。

3、粘土密封墙施工

粘土密封墙就是对地表下埋藏较深的透气、透水性较大的砂性土层拌入淤泥（或粘土）浆、从而降低砂性土的渗透性，确保真空预压的密封性效果。粘土密封墙有单排和双排粘土密封墙，单排为70cm，双排为120cm。为保证密封效果，一般采用双排桩较多，为长短桩组合，长短桩成墙宽度为1.2m，搅拌深度按穿透透水层并进入天然淤泥层顶面标高以下1.0m为控制标准。

3.1、技术要求

①参数要求：粘土（或淤泥）掺入量不低于20％，粘土（或淤泥）质量：粘粒含量>25％。粘土密封墙粘粒含量≮15％，渗透系数K<1×10-6cm/s，泥浆浓度为1.3。膨润土掺入量5％，膨润土粒度：150～300目通过率>90％。当粘粒含量>40%可不掺膨润土。

②墙体要求：粘土密封墙施工采用双搅头深层搅拌机，搅头为两个直径为70cm的搅刀，彼此搭接20.0cm，施搅时可形成宽70cm、长120cm的“8”字形，施工双排密封墙可按“8”形排列，每根粘土桩搭接20cm。

4、真空联合堆载预压

真空预压施工的原理是将地基处理区域作为一个密封体，通过真空泵负压源将土体中的孔隙水和空气抽排出，提高地基承载力。在真空预压稳定后，在上面进行堆载，主要目的为加大地基压力，加快地下水排出，以达到土体快速固结的效果，减少土体固结等待时间。

4.1、真空联合堆载预压工艺施工流程

滤管的铺设埋设膜下测头场地整平铺设无纺布铺设密封膜压膜沟的开挖真空设备的布置供电抽真空铺设无纺布保护层堆载中细砂施工土石混合料堆载卸载

4.2、滤管铺设

滤管一般采用PVC材料，管外包裹起反滤作用的针刺无纺布材料。滤管采用胶管相连，连接时用铅丝拧紧，设置在砂垫层中，其上覆盖厚度100～200mm的砂层。出膜处采用无缝镀锌钢管和接头相连接，垂直伸出膜面约30cm。

4.3、铺设密封膜：

密封膜一般采用三层聚乙烯或聚氯乙烯薄膜，根据工地现场面积要求，在工厂热合一次成型，目的保证密封膜的密封效果，不留缝口，提高抽真空成功效率。为了防止抽真空过程中真空膜被硬物刺破，在密封膜铺设前，应进行场地整平，铺设后再铺设一层无纺布，形成上下双重保护。压区周边密封除了采用粘土密封墙外，在粘土密封墙顶部开挖压膜沟，确保抽真空的密封效果。

4.4、真空设备的要求

a、选用的抽真空装置为潜水式真空泵系统，真空泵功率大于7.5kW，能形成不小于96kPa的泵上真空压力，能够保证膜下真空压力达到85kPa以上。

b、真空管路的连接点应严格进行密封，为避免在停泵后真空度很快降低，在真空管路中设置止回阀和截门。

c、为保证真空预压区的真空度，每一个区保持800~1000m2/台布置一台真空泵，真空泵进水口和出膜口保持同一平面，以保证真空泵能发挥到最大工效。在施工期间所有泵24小时满负荷运转，按照总用电量控制，并配备足够的备用泵，防止施工过程中损坏的泵可以得到及时的更换。

4.5、堆载中细砂施工

真空预压膜下真空度达到85kPa连续正常抽真空10天并铺设完无纺布后，即可进行吹填中细砂施工。在土石混合料堆载施工前先堆载或吹填一层50cm中细砂,以保护密封膜等被土石混合料弄破从而影响抽真空质量。

4.6、堆载材料要求

中细砂一般按粒径大于0.25的颗粒超过总重量25%的细砂。土石混合料堆载材料一般为含泥量≤10%，干密度≥17.5kN/m3。在堆载施工过程中，在堆载区域设置临时排水沟，保证排水畅通。同时严格依据监测数据控制加载速率，进行分层加载，避免堆载时产生的软土隆起对真空预压密封系统产生破坏，以确保地基土的稳定及真空预压的加固效果。

4.7、卸载施工

真空联合堆载按设计要求持载3~5个月时间，且满足相关要求，即可进行卸载，主要为以下要求：

（1）根据沉降标的实测沉降曲线，计算出地基土体的平均固结度达到85%~90％以上。

（2）地面连续10天的平均沉降速率不大于1.5~2.0mm/d。

（3）工后沉降不大于20cm，满足设计荷载46kPa（参考值）。

五、真空预压联合堆载特点、难点及对策措施

（一）真空预压期间联合堆载预压等多种地基处理方法，各种施工工序交叉作业频繁，容易给抽真空的正常运行造成影响，因此抽真空期间堆载应严格按注意分层进行且加强巡视检查。

（二）由于陆域是由疏浚吹填土形成的，场内分布着大范围的软弱地基，像插板机、搅拌桩机等大型设备难以直接在施工场地行走；同时，大型机械设备行走容易产生应力集中，导致软弱地基挤淤隆起。因此在大型设备进场前，应先针对较软弱地区加强土工垫层和砂垫层等铺设，以保证施工质量和安全。

（三）在围堰区域及围堤内侧，由于土层中存在砂袋和堤心砂，粘土密封墙不易确保真空预压的密封效果，容易产生漏气。因此，密封墙施工时应严格按地质情况进行相应调整，包括泥浆浓度、桩体深度等的控制。

（四）真空滤管呈框架布置，滤管之间采用螺纹钢丝橡胶软管连接。由于大范围的软弱地基在预压过程中会产生较大的差异沉降，容易使分布在预压区中间的真空滤管连接产生脱落，预压区中部的膜下真空度下降，抽真空效果降低。因此为避免真空滤管连接部分因差异沉降产生脱落，除了保证真空滤管与螺纹钢丝橡胶软管之间连接稳固外，同时应预留足够的软管长度以适应其较大的拉伸变形。

（五）真空预压加固软土地基，在固结过程中不仅土体产生垂直沉降，侧向也会产生向着负压源的水平位移。抽真空作用虽然能使周围土体的固结度和承载力有所提高，但同时产生的沉降量、沉降差以及水平位移却可能对周边造成危害。研究认为一般的影响范围大约在15－20m以内。

六、总结

真空预压联合堆载软基处理技术，已在全国甚至国外实践几十年，技术成熟，近年来也得到了大力推广，适合应用于软基处理，它具有节约预压材料、缩短工期、加固效果相对均匀、不会产生附加沉降量、真空吸力的作用使得封闭气泡更容易排出等相关优点，为后续工程打好稳固基础，起到非常好的作用。

参考文献

[1]刘声向.真空联合堆载预压法在软基处理工程中的应用研究.湖南大学，2012.11.

[2]秦阳.软基真空联合堆载预压技术及其沉降规律分析[J].铁道建筑，2014.8.

[3]杨浩宇.真空联合堆载预压法在公路软基处理中的应用.中国高新技术企业，2010.2.