軟土地基的真空預壓＋水載法處理施工技術

曾昭勇 伍柏權 孔德輔

廣西建工集團第一建筑工程有限責任公司 廣西 南寧 530001

場地下臥淤泥層和淤泥質黏土層屬于欠固結軟土，其自然沉降固結時間長，同時會產生不均勻沉降，影響建筑物使用和安全[1-2]。真空預壓法通過抽真空，使土體中的孔隙水通過塑料排水板排出，達到土體固結的目的；水載法是通過堆載，將孔隙壓力消散，從而提高土體強度。真空預壓＋水載法聯合作用，加快土體固結，效果更佳，更經濟[3]。真空預壓＋水載法是真空預壓與堆載預壓的疊加，其施工技術值得研究。

1 工程概況

橫琴國際商務中心（二期）位于珠海市橫琴新區橫琴口岸北側，屬于欠固結軟土區域，場地下臥淤泥層，土質較差，承載力低，需要進行軟土地基處理。工程豎向塑料排水板埋設采用梅花形布置，板間距1.0 m，總處理長度約2 798 000 m，處理面積約148 000 m2。采用B型塑料排水板，打設深度為13～15 m，打設根數為28 000根，真空處理面積26 548.8 m2。工程采用四周水泥攪拌樁密封墻與真空預壓＋水載法軟土地基處理施工技術，通過在需處理的軟土地基四周施設水泥土攪拌樁，形成密封墻，從而對處理區域周邊建（構）筑物不產生影響。四周設置圍堰，在所需處理的地基中，水平方向設置排水通道，豎直方向設置塑料排水板，通過覆水加載，排出土體中孔隙水，使得土體緩慢固結，從而提高地基承載力，達到軟土地基處理的目的。

2 施工中的重點、難點分析

真空度沿著塑料排水板向下傳遞及向土體中擴展，導致土體發生收縮變形，在真空預壓下不會發生側向擠出破壞，一次完成真空預壓，而不用分級進行；在真空預壓＋水載法雙重效應下，軟土固結速度提高；加固區地基四周施設水泥土攪拌樁形成密封墻，有利于加固區內土體密實度的提高和地基承載力的增加；采用機械埋設，加固區四周設圍堰，加固區覆水加載，提高施工效率，縮短地基加固周期。

3 工藝原理

真空預壓軟基加固是利用真空吸水加固軟土地基的一種施工方法，真空預壓＋水載法可以有效加快軟土地基固結。其工藝原理（圖1）是：在軟土地基表面的砂墊層上按要求鋪設不透氣的薄膜，通過埋設于土體中的排水板及砂墊層中的濾水管，將薄膜下土體間的水汽抽出，使其內部形成一個真空的密封體，在真空負壓荷載的作用下，土體排水固結。

圖1 工藝原理示意

4 施工要點

4.1 場地整平

1）清除地表耕植土、舊路面、建筑物基礎等，耕植土厚度控制在30 cm左右。

2）清基后及時整平、壓實。整平面橫向坡度為2%～4%，平整度要求＜0.1%。

4.2 鋪設砂墊層

1）材料采用中粗砂，含泥量≤5%，可采用海砂，黏粒含量≤3%。砂中可混有少量碎石，碎石粒徑≤5 mm。砂墊層的干密度應≥1.5 g/cm3，其滲透系數應≥0.01 cm/s。砂中不得含有其他有機質和雜物，不得有針狀雜物，以免刺破真空膜。

2）采用人工或輕型機械分層鋪填，鋪設厚度為50 cm；砂墊層鋪填后，其干容重應≥16.5 kN/m3。

4.3 打設排水插板

1）采用SPB100-B型塑料排水板，套管式打設法，套管下端設置管靴，其材料可選用鋼板；每臺插板機必須配備插板施工記錄儀，記錄下每條排水板的實際打設長度。

2）打入地基的塑料排水板宜為整板，當塑料排水板需要接長時，芯體應對插搭接（搭接長度不小于200 mm），并將濾膜包好、裹緊后，用細鐵絲或塑料繩穿孔固定牢固。每根“接長板”接頭不超過1個，接長板應分散使用，且相鄰排水板無接頭；接長體的使用總量不超過總打設根數的10%。

3）插板頭露出砂墊層的長度不小于0.2 m。

4）一個區段的塑料排水板施工完成后，采用砂料填滿孔洞并將塑料排水板埋置于砂墊層中。

4.4 鋪設土工織物

土工織物使用前應按規范要求抽樣檢測合格后方可使用。土工織物可采用縫接或搭接，縫接寬度≥5 cm，縫合尼龍線強度應＞150 N，應采用包縫方式，搭接接頭長度需≥80 cm。土工織物鋪設時應松鋪，松鋪率宜在1.1左右。

4.5 濾管鋪設施工

1）管材分為真空支濾管和主管2種類型。真空支濾管采用φ50 mm軟式透水管。主管采用φ75 mm的PVC管，壁厚≥4 mm。濾管應均勻交錯打孔，間距為100 mm，孔徑為6 mm。濾管外包土工織物，防止堵孔。主管不打孔。

2）真空支濾管之間及真空支濾管與主管之間的接頭要密封牢固。真空主管軟接頭的間距應小于25 m。

3）管路均埋設在砂墊層中間，主管兩頭連接真空泵。真空泵應盡量布置在加固區域四周，平均每800～1 000 m2范圍布置1臺真空泵。

4）膜下真空度測頭埋設在2根濾管中間的砂墊層內（禁止埋設在濾管內），且應保證測頭上下兩側的砂墊層厚度不小于25 cm。

5）每塊真空預壓場地內均勻埋設2組排水板內真空度測頭，深度方向間隔3 m布置1個測頭（排水板底部應布置1個測頭）。測頭安裝在排水板濾膜內，與排水板一起下入孔內，其真空傳遞管內徑不小于8 mm。

4.6 設置密封系統

4.6.1 施工水泥攪拌樁墻

1）場地填土整平后，上部填土層較厚，采用水泥攪拌樁及密封溝沿各抽真空邊界設置，每個分區均需成一連續的密封體。

2）水泥攪拌樁采用泥漿作為膠結材料，同時摻入5%（質量分數，下同）的水泥，采用P.O 42.5水泥。攪拌樁墻的滲透系數應＜1×10-6cm/s，同時應滿足泥漿摻入比＞35%，相對密度＞1.35。黏土摻入比大于20%，黏土摻量不小于160 kg/m。

3）密封水泥土攪拌樁直徑為700 mm，樁間縱向排距和橫向間距均為600 mm（均搭接200 mm），施工深度至嵌入淤泥層內不少于2.0 m。

4）攪拌樁采用四噴四攪工藝，傾斜度≤1%，位置偏差≤50 mm。攪拌樁下鉆攪拌速度≤1.2 m/min，提升攪拌速度≤0.8 m/min。

4.6.2 密封膜鋪設

1）密封膜采用三層聚氯乙稀薄膜，其厚度為0.14 mm±0.02 mm，縱、橫向拉伸強度分別≥18.0、≥16.0 MPa，斷裂伸長率≥220%，刺破強度≥50 N，滲透系數≤5×10-11cm/s，耐靜水壓≥0.2 MPa。

2）真空預壓區密封膜鋪設長度應每邊增加約5 m，鋪設好的密封膜應松弛不緊繃，應預留伸縮余量，防止沉降變形拉裂密封膜。黏縫強度不能低于膜本身抗拉強度的60%。

3）在施工區域邊界，真空膜應壓入密封溝，壓入深度應＞1.0 m，然后分層回填、壓實。密封溝回填土料中不得有塊石等尖利雜物，每層膜鋪好后應認真檢查、及時補洞。

4.7 抽真空

1）采用的真空泵單機抽真空壓力≥96 kPa；真空泵安裝后需進行試抽氣，查找膜上的漏洞并修補。確認無漏氣后方可鋪設上層土工織物及厚40 cm砂墊層，分級填筑路堤至設計高程；真空聯合堆載滿載預壓不少于120 d。

2）真空泵每800～1 000 m2范圍布置1臺，在加固區域四周均勻布置。

3）開始抽真空后，密封膜內的真空壓力應≥85 kPa。

4）抽真空應連續進行，不得間斷，并隨時觀測和記錄真空度。

4.8 真空預壓監測

按圖紙布設施工觀測用的沉降標。沿路堤軸線每100 m 布置1 個沉降觀測斷面，且每個軟土路基處置分區內不得少于2 個觀測斷面。沉降標在路肩和路堤中心，墊好無紡土工織物后，放置在密封膜上，避免戳破密封膜。沉降標底板應用砂袋疊壓穩固。

4.9 軟土地基施工監測及驗收

4.9.1 監測內容

監測內容包括表層沉降、膜下真空度、孔隙水壓力、深層水平位移以及周邊道路和管線沉降。開始抽真空期間和蓄水加載期間，監測頻率及要求如表1 所示。

表1 監測頻率及要求

4.9.2 埋設要求

1）密封膜施工完成后開始布置沉降板，沉降板設置在密封膜上。

2）真空測頭在密封膜下布置。

3）在打設插板施工后開始安裝孔壓測頭，采用鉆孔法埋設，單頭單孔安裝，每組孔壓測頭5個，均勻布置在淤泥層中。

4）測斜管在打設插板后埋設，孔深需打穿淤泥層進入下臥層不小于2 m，以保證測斜管根部穩定不變位。

5）周邊道路和管線處布置沉降標。

4.9.3 加固效果檢驗

真空預壓處理完成后，在場地內已有鉆孔的附近位置選取取樣孔并進行原位十字板試驗，將試驗結果與處理前進行對比，判別加固效果。

4.9.4 軟土地基卸載及驗收

根據監測結果，推算工后沉降并計算地基的平均固結度。停泵卸載標準如下：

1）真空荷載和水荷載以及真空聯合堆載預壓作用下滿載不少于90 d。

2）連續5～10 d沉降速度≤2 mm/d，固結度≥90%。原位十字板剪切平均強度≥22 kPa。

3）在停泵之后，應按要求鉆孔取樣送檢，確定土的工程性質指標。要求經過預壓處理后軟土的含水率＜55%，軟土地基處理深度范圍內十字板抗剪強度應＞30 kPa。

5 質量控制

1）塑料排水板的型號、規格及材質應符合設計要求，材料進場后應碼放整齊，避免雨淋日曬，防止損壞濾膜。

2）塑料排水板埋設的數量、排列間距、形式、深度應符合要求。要保持排水板入土的連續性，發現斷裂時應重新施插。

3）施工過程中塑料排水板不得搭接，不能斷裂、扭結。

4）打設機定位時，管靴與板位標記之間的偏差應當≤50 mm，垂直偏差≤1.5%。

5）塑料排水板打設完成后應將排水板頭部及時埋入砂墊層。

6）濾管之間應連接牢靠，防止地基變形不均勻時濾水管脫開，砂土進入濾水管。

7）真空預壓達到相應要求后，先在密封膜表面鋪設1層合格的土工織物，以保護密封膜。密封膜應完整地埋入密封墻中。

8）真空預壓期間應保證密封膜上始終有水膜覆蓋。

6 結語

針對場地下臥淤泥層和淤泥質黏土層的軟土地基，研究出有效的地基處理施工技術對于提升工程質量和施工效率有著非常重要的意義。通過在具體工程中的實踐，得出以下結論：

1）采用四周水泥攪拌樁密封墻與真空預壓＋水載法進行軟土地基處理，可取得良好的社會效益和經濟效益，具有較高的應用推廣價值。

2）通過對真空預壓＋水載法施工技術的研究，一次完成真空預壓，而不用分級進行，提高施工效率，縮短地基加固周期。

3）加固區地基四周施設水泥土攪拌樁形成密封墻，對確保加固區內土體密實度和地基承載力起到了關鍵作用。