真空联合堆载预压法处理软土的施工技术及效果评价

真空联合堆载预压法处理软土的施工技术及效果评价

李健

广东省能源集团有限公司，广东广州， 510630

摘要：在软土地基上建设电力设施难于满足工后沉降的要求，须对软土地基进行处理。现以肇庆某天然气热电联产项目为例，分析真空联合堆载预压技术在软基处理中的具体应用及效果评价。

关键词：真空联合堆载预压；软基处理；施工监测；最终沉降量

1. 引言

肇庆某天然气热电联产项目根据总平面布置方案以及岩土勘察报告，厂区在场地平整后顶部有厚度 0.5-2.6m的素填土，其下覆盖有约15-21m厚的淤泥质土，其淤泥及淤泥质土层在厂区分布范围广，厚度大，地基承载力特征值fak＜70kPa，具有高含水率、高孔隙比、高压缩性和低抗剪强度等典型软土特征。为了避免产生后期的较大沉降影响构筑物的正常使用，因此须对厂区淤泥质地基进行处理。

二、真空联合堆载预压法加固原理

常用的软土处理方法主要有：排水固结法、振动水冲法、强夯法、深层搅拌法等。排水固结法的实质为在拟建场地上施加荷载，使土体中孔隙水排出，孔隙体积变小，土体密实，以增强土体的抗剪强度，提高软基的承载力和稳定性，同时可消除沉降量，减小土体的压缩性，在使用期内不致产生有害的沉降和沉降差。

排水固结法分为堆载预压法和真空预压法两类。真空联合堆载预压法是在真空预压排水和堆载预压排水的基础上联合发展起来的软基加固方法。由于真空预压法在加固区形成负压，与堆载法的挤出效应（正压）相反，有利于土体中的超孔隙水压力排出，从而加速土体产生固结变形。现以肇庆某天然气热电联产项目为例，论述真空联合堆载预压法的施工方法，并通过工程实例对真空联合堆载预压法的工程效果进行分析评价。

三、真空联合堆载预压法主要施工流程

（1）地表清理

进行场地的平整、清理，清除其上的杂物。对于表层水较多的淤泥区域，机械无法施工，应先前进行表层处理。

（2）铺设砂垫层

铺设50cm厚中粗砂垫层，中粗砂铺设后现场干容重大于16kN/m³，含泥量不大于5%，渗透系数不小于5×10^-3cm/s。

（3）打设塑料排水板

采用SPB-B型塑料排水板，按正方形布置，间距1.1m，打设塑料排水板采用套管式打设法，不得采用裸打法。

（4）淤泥搅拌桩密封墙施工

根据区域划分，各区之间采用淤泥搅拌桩密封墙隔离，防止真空抽气时漏气。淤泥搅拌桩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20cm，打设深度至进入淤泥层1m。

（5）真空滤管铺设

铺设滤管前应保证砂垫层平整，以保证滤管铺设平整。真空滤管采用uPVC塑料花管，外包一层质量为90g/m²的无纺土工布作为过滤层，要求无纺土工布渗透系数K>5×10^-3cm/s，只透水气不透砂，滤管布置间距不大于6.5m。

（6）安装监测设备

膜下真空测头埋设于具有代表性的两滤管之间，置于真空滤管之间砂层0.25m深处，并距离加固边界不小于5m，严禁将真空测头与滤管或主干管相接，按约每1000m²一个点均布。真空测头经细管从密封膜引出和真空表相连接，以直观反映膜下真空度。

（7）铺设密封膜

密封膜采用三层聚乙烯或聚氯乙烯薄膜，密封膜要求在工厂热合一次成型。在铺膜前，先在砂垫层顶面铺设一层30kN/m的编织土工布作为膜下保护层。

（8）安装抽真空装置

抽真空设备采用7.5KW潜水泵，每台泵抽真空控制面积大约在800 m²～1000 m²左右，真空泵进水口和出膜口应保持在同一平面，安装后的射流泵能形成96kpa真空压力。

（9）试抽真空

在真空泵系统安装完毕后进行试抽。在试抽真空过程中，须详细检查薄膜破裂处，当膜下真空度达到40kPa以上时，微小的破损处能发出很大的声响，容易发现漏洞，发现后须及时修补，以保证真空预压的效果。

（10）正常抽真空

抽真空约5天后，在真空密封膜上面铺设一层30kN/m编织土工布，然后进行分级联合堆载。当各项工作准备就绪之后，转入正常抽真空阶段。随即进行堆载料分级分层填筑，在施工期间严格按照设计要求进行沉降和稳定的跟踪观测。

（11）分级堆载

堆载料采用开山土或中粗砂，堆载料摊铺时，注意粒度均匀性、平整度。预压堆载高度、范围满足设计要求，堆载过程需根据实际情况调整，以保证岸坡稳定及能连续流水作业为原则。

真空联合堆载预压加载速率见下图，施工时实际加载过程和卸载时间应根据监测结果进行调整，以保证施工安全和加固效果。

真空联合堆载预压加载速率示意图

（12）卸载

根据实测沉降曲线按规范方法推算工后沉降不大于30cm，且地基承载力特征值检测不小于80kPa、固结度不低于80%后，将监测数据报设计复核监理同意后卸载。孔隙水压力-时间曲线固结度推算、分层沉降固结度推算作为辅助手段。为了解卸载后土体的回弹情况，卸载后需继续观测沉降，直至稳定。

（13）拆除抽真空设备及平整场地

卸载内容即为真空预压卸载，将抽真空设备拆除运出施工现场，放临时设施存放。预压完成后，用挖掘机及推土机将堆场面层进行清理平整，表面碾压密实，并用水准仪测定满足设计要求。

四、施工过程监测

为了保证软基处理质量，检验预压后的加固效果，掌握地基加固过程中各土层固结、沉降及侧向变形等变化，除了在加固期间需连续观测地表沉降量、侧向位移及加固区膜下真空度以外，尚需观测地基在加固期间的孔隙水压力、分层沉降和真空度随时间的变化，并根据实测地表沉降、分层沉降及孔隙水压力的消散情况，进一步确认地基的各项参数，推算地基固结度，分析预压效果，为终止预压提供依据。

（1）真空度检测

每块预压区布置4-7个真空测头，进行膜下真空度检测。平面位置按均布原则布置，区域四角各布置1个，中间位置布置1-3个。

（2）孔隙水压力观测

每块真空预压联合堆载区中心布置一组孔隙水压力计，按深度方向每向下2m埋设一个探头，各深度位置的探头要求分孔埋设。孔隙水压力计用以观测软土层中孔隙水压力的变化过程，用以计算土体的强度增长、固结度。真空预压初期的观测频率为每天观测一次，稳定后两天观测一次，后期可调整为3-4天观测一次。

（3）沉降观测

沉降观测包括表层沉降观测和深层沉降观测，表层沉降观测采用沉降板，深层沉降观测采用深层分层沉降仪。每块预压区布置8-20个面层沉降板和1处深层分层沉降仪，用于观测沉降量和沉降速率。

（4）位移观测

位移观测设置位移边桩，用钢管或钢筋混凝土预制桩，桩长不小于1500mm，埋入地基的深度不小于1400mm，用打入或开挖埋设。边桩水平位移用红外线测距仪按单三角前方交会法或视准线测定，水平位移观测时间与沉降监测同步进行。

（5）真空联合堆载预压加载过程稳定控制

沉降速率每天不大于25mm，水平位移速率边桩控制在每天不大于5mm。当发现沉降或水平位移骤增或超过控制标准后，加密测次，进行动态跟踪，分析原因。必要时减缓填筑速率或停止填筑，待变位速率减小到控制标准内才可进行上一层填筑堆载。

五、结论及建议

本软基处理工程由实测的沉降时间（S-t）观测曲线推算软土地基的最终沉降量，综合考虑各种复杂因素对土体性质的影响，因此其预测精度相对较高。这种方法既有它的理论基础，又有简单易行的操作方法，但必须注意所利用的实测沉降数据应尽可能的准确，同时还应选取合适的函数类别。一般常用的函数关系有：双曲线拟合法，指数曲线拟合法和泊松曲线拟合法。

2、针对肇庆天然气热电联产项目工期紧，场地使用条件较高的特点，对地基分区分块进行真空联合堆载预压加固效果显著，明显改善了软土的性质，提高软土的物理力学指标，且随着时间的推移沉降趋于稳定。

3、利用真空联合堆载预压进行地基处理，可以缩短工期，堆载产生的超孔隙水压力能短时间内消散，加快土体的排水固结，从而带来明显经济效益。

4、真空联合堆载预压法符合绿色施工要求，施工效率高，噪音少、场地干净、环境污染少，但软土的固结是一个漫长的过程，真空卸载后土体还在慢慢变化，可能存在欠固结的情况，仍需进一步实践深入研究，为后续类似工程提供有益的理论和数据支持。

参考文献

[1]刘吉福，黄腾，魏金霞.影响真空堆载预压加固路基效果的主要因素[J].路基工程,2007(4)

[2]王希鸿，苗中海，李卫.真空联合堆载预压法在珠海发电厂超软基加固工程中的应用[J].中国港湾建设,1998(5)