论港口工程淤泥质土地基真空预压处理技术

论港口工程淤泥质土地基真空预压处理技术

刘晓春

中交广州航道局有限公司

摘要：工程建设中地基是整个工程的重中之重，而港口工程地基多为淤泥质土，地基处理难度大。对淤泥质地基一般有三种处理方法：换填法、挤密桩法和排水固结法，本文对港口工程淤泥质地基处理的真空排水预压技术进行分析与讨论。

关键词：港口工程；淤泥质地基；地基处理；真空预压

引言

我国疆土广袤无垠幅员辽阔，自然资源种类很多。港口作为我国资源交流贸易的枢纽，其工程建设得到国家重点关注。但是在沿海地区因为地层中分布着大量的淤泥质软土，造成工程建设中地基结构的技术性难题。如果在施工过程中无法针对淤泥质软土采取正确的处理措施，就会导致加载过程中地基失稳、地基使用期间工后沉降量过大，从而对整个工程建筑的安全性和生命周期造成巨大影响。

1淤泥质土的结构和工程特性

淤泥质土是海滨、湖泊、河滩、沼泽、农田中沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的软土。淤泥质土粘性矿物成分主要是水云母和蒙脱石，含有大量负电荷，其颗粒外围有较厚的薄膜水，且在沉淀过程中由于土粒间静电荷与分子引力的互相作用，让其微观状下形成絮状或蜂窝状结构。所以，淤泥质土在结构性上含有大量的结合水，并且存在一定程度的粒间连结，这就会导致淤泥质土结构强度低、固结时间长、渗透性大。由于淤泥质土在结构上的显著特征，在自然环境中呈软塑状态，难以依靠自重作用压缩密度，因此必然具备高压缩性和高孔隙性，这就导致其在自然环境中具有流变性、触变性和不均匀性。在工程建设中，地基的沉降包含固结沉降、侧向挤出和次固结沉降。在相同条件下，淤泥质土因为其结构强度弱、压缩性高，所以比一般粘性土天然地基的沉降量更大，这就导致如果不经过特殊处理，淤泥质土的地基载荷能力十分低下。短时间缓慢加荷，比如住宅和小型建筑，是看不到什么明显效果的；一旦加快加荷效率，或者载荷重量过重时，建筑物极容易倾斜或倒塌。固结沉降后，淤泥的抗剪强度和抗压能力都有了很强的提高，在固结沉降之后还有很长时间的次固结沉降，次固结沉降持沉降速度较小，但持续时间可多达几十年。因此，在工程建设阶段，相关人员要对施工区域的土质地进行调查与试验，测试土层的压缩系数、密度、含水量等物理力学指标，针对性地对软弱地基采取相应加固处理技术措施。

2淤泥质地基处理方法

当前港口工程，针对淤泥质地基主要处理方法有三种：换填法、挤密桩法和排水固结法。

2.1换填法

换填法也叫做换土法，一般作用在较小的工程项目中。具体过程是将淤泥质地基范围内淤泥质软土清除，换为承载力高、压缩性小、结构稳定的砂石土回填并夯实。

2.2挤密桩法

挤密桩法主要使用于中小型水工建筑物的淤泥质地基处理。通常是用冲击或震动的方法，把钢筋混凝土预制桩、灌注桩、钢管桩等刚性桩打入原地基，或使用沉管法形成桩孔，然后用素土、灰土、石灰土、水泥土等材料的回填和夯实，形成桩体，然后通过桩体横向挤压淤泥质地基密度提升载荷能量，但是在实际工程中，如果地基范围较大，桩基法的成本就过于高昂。

2.3排水固结法

排水固结法施工就是在预加固地基中通过布置竖向排水管道，同时不断对地基施加压力，使淤泥质土中孔隙的水渐渐被排除，密度变大，地基发生固结形变，地基土强度增长。排水固结法分为堆载预压法和真空预压法，分类标准是根据排水方式和预压方式的不同。堆载预压就是布置好排水管道后，通过堆放砂石对淤泥质地基进行加荷预压，加快淤泥质地基的沉降过程，并通过淤泥质土的凝结提高地基承载能力。但是堆载预压法耗时偏长，影响施工效率，且效果不易控制。真空预压是在淤泥质地基顶部铺设一层排水作用的砂层，然后用薄膜密封，并使用真空泵将膜内抽真空，使膜内外形成气压差，挤压淤泥质地基加速其固结沉降的过程已达到减小密度提高地基承载能力的目的。与堆载预压法相比，真空预压法具有加载速度快，不需要堆放砂石，节省人力物力；同时因为利用气压差，加载过程中不会出现地基失稳的现象。真空预压法因为工期短、成本低、效果好的优点，是目前淤泥质土软基处理的主流技术[1，2，3]。

3真空预压技术的施工方法

3.1真空预压施工工艺流程

真空预压地基处理技术的施工工艺流程可按图1进行：

图1真空预压施工工艺流程图

3.2真空预压地基处理施工方法

3.2.1滤管的制作与铺设

（1）用直径为Ф63mm的塑料管，采取工厂化集中生产，管体打孔外包1层透水滤布，成卷运到施工现场。为保证滤管质量，不允许现场加工。

（2）铺设滤管的位置应由测量人员按要求放线定位。

3.2.2埋设真空管路和膜下测头

滤管间距纵、横向呈框格形布置。按每个预压区设计要求的尺寸，先将滤管摆设并连接好，接头处用塑料扎丝绑扎牢固，然后在管路旁边铺膜标高基面挖滤管沟，沟深约15cm，然后一边挖沟一边埋管入沟。滤管相接处用二通、三通等连接，并用塑料扎丝绑扎以确保牢固。为防止塑料扎丝接头刺破密封膜，塑料扎丝接头应朝下埋入砂层。在铺设过程中要确保滤管上的滤膜不被破损，出膜处采用无缝镀锌钢管和接头相连接，出膜面约30cm。

膜下测头即膜下真空度测量采气端，采用硬质空囊，钻以花孔，外包无纺布，将真空表集气塑料细管插入空囊中并固定即可。真空细管另一端从密封膜引出，制成喇叭口和真空表相连接，以直观反映膜下真空度。

膜下真空度测头分别布置在角点和加固区中心，角点膜下真空度测头距加固区边线5m。

3.2.3场地整平

为防止抽真空过程中真空膜被硬物刺破，埋好真空滤管后，需将外露的塑料排水板头埋入砂面以下，将插板时形成的孔洞填实，并将面层的淤泥块和所有有棱角的硬物捡出，用铁铲将砂面拍抹平实。

3.2.4密封膜的加工与运输

（1）密封膜采用聚氯乙烯薄膜，在工厂热合一次成型，厚度为0.12～0.16mm，其加工后形状与加固区一致，加工后的薄膜面积不得小于设计面积，密封膜每边长度应大于加固区相应边3～4m。

（2）薄膜加工后可采用热合法，严禁有热穿，热合不紧等现象，不宜有交叉热合缝。发现原料有孔、洞时，应及时补好，热合完毕后，应由用户验收。

（3）密封膜的性能指标应满足设计或规范要求

（4）加工后的薄膜在运输前，应沿垂直热合缝方向收拢，不得卷成一卷，弯曲盘折半径不得小于1m，运输时应轻拿轻放，不得拖、拉，运输车厢内应预先铺好垫布或帆布，以保证密封膜安全运输。

3.2.5密封沟与围堰

（1）密封沟的开挖应沿加固区边界进行，其深度应切断透水层，内外坡应平滑无砂料存在。沟底宽应在0.4m以上，密封沟断面开挖完成以后，在开挖断面上铺设200g/m2聚丙乙烯编制布一层用以保护密封膜，再铺设密封膜，密封膜铺设要求平整均匀，满足密封要求。

（2）密封沟回填料应为纯粘土，不含杂质，回填时确保与密封膜接触部位采用细颗粒粘土铺筑，应避免大块回填料直接撞击密封膜，以免击破漏气，回填时应分层夯实。

3.2.6真空压力测头的制作与埋设

真空压力测头可为一个小型过滤管，用软塑料管将其膜外真空压力表联接。测头应埋入砂垫层中，塑料软管经过密封膜沟底引出。

3.2.7密封膜的铺设

（1）铺设时应先从上风向至下风向伸展，加固区四周预留量应基本一致。施工人员应穿软底鞋上膜，严禁穿带钉鞋上膜。每铺一层，均应由专人检查，若有孔洞，及时粘补。在密封沟内侧应把膜铺平，薄膜过长时，可将其折于沟底，不可外铺于外侧坡上。

（2）对于地基土粘料含量大，含水量高，地下水位很浅的地区，可采用平铺膜工艺，但必须清理干净铺设地面处的砂料及其它杂物以免刺破真空膜。

（3）铺膜的时间应为白天，当风力大于6级时，不宜铺膜。

3.2.8射流泵的安装

射流泵在安装前应试运转一次，如真空压力达不到0.096MPa则应维修，直至达到要求。安装时，需摆放整齐，必要时可把射流泵坐于土台之上，最后接通电源。

（1）真空射流泵、膜上管道等外露部分应做好防腐、防锈措施。

（2）密封膜铺好之后，可施放地面沉降观测盘于膜上，其具体位置及数量应符合设计图纸。

3.2.9试抽真空及正式抽气

试抽真空同时仔细检查每台射流泵的运转情况及薄膜的密封性，发现问题及时处理。正式抽气要求真空续荷载维持在不低于设计要求的真空荷载以上，在抽气过程中，要维持泵的正常运转，射流箱内循环水要不断补充。

真空压力值每天观测一次，发现真空压力有下降现象，立即查找原因，及时处理。

3.2.10施工记录

每天按要求时间，进行真空度记录。对于设备运转情况，供电情况及真空预压有关的施工情况均要详细记录，真空度记录按监理要求及时整理上报。

3.2.11真空预压卸载标准

按设计文件要求卸载。一般按实测沉降曲线推算的固结度＞85%，连续10天实测沉降速率不大于2mm/d即可终止预压。

4结语

真空预压技术作为近些年兴起的软土地基处理方法，对深厚软弱淤泥质地基处理效果明显。由于其施工方法简单，成本低廉，环保等优点，在国内外工程建设领域得到大力推广应用。真空预压技术能针对淤泥质等软土地基的固结作出巨大贡献，满足工程需求，促进工程发展，从最大程度上保证工程的质量和安全。一台抽真空设备的加固面积一般在1000㎡左右，且加固后达到相当于80KPa堆载预压的加固效果，与同等堆载预压相比，一般可降低造价1/3、缩短工期1/3。

参考文献

[1]华茂明.真空预压法在软土地基加固中的应用[J].建筑工程技术与设计，2015（5）.

[2]宋强.真空预压软土地基加固理论和技术研究现状[J].工程技术：全文版，2016（3）：00074-00074.

[3]崔正春.真空预压法在港口工程软基处理中的应用及其数值分析[J].工程技术：引文版，2016（65）：00026-00027.