探讨真空预压在吹填造地施工中的应用|真空预压
摘 要：本文主要阐述了在该项目中对吹填造地工程加固软土地基的工程实例的总结分析，归纳出吹填成陆地基真空预压设计和施工时值得注意的几点问题，并进行分析探讨。 关键词： 真空预压、要点分析、加固方案
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
1 概 述
某大型集装箱码头工程，码头岸线约1900m，码头采用重力式沉箱结构，港区用地达220万㎡。码头后方陆域将包括集装箱堆场、港区道路及仓库车间和辅助建筑区等。陆域形成利用了吹填港池及航道疏浚土。疏浚土主要由淤泥和淤泥质土等软土组成，采用水力法吹填，其含水量十分高、压缩性非常高。成陆后，吹填土厚度约4m，吹填土之下为淤泥和淤泥质土，厚度约15～25m，陆域软土总厚度达20～30m。本工程软基处理采用本地区试验获得成功的真空预压法加固。
本工程地质情况土层及土的物理力学指标。如表1.
2 加固方案
1）设计标准
本工程在设计中对加固软土地基做出设计标准，固结度≥89%，工后残余沉降＜26cm，场地使用高程5.3m，交工高程4.6m，使用荷载统一按均布荷载46kPa设计。
2）设计方案
在设计方案中，塑料排水板采用正方形布置形式，间距为1.0m，插板深度插穿淤泥或其下卧淤泥质土层。中粗砂垫层厚度700mm，中细砂过渡层1000mm，中细砂层下铺一层土工布和土工格栅。每分块四周采用泥浆搅拌墙密封，抽真空满载85kPa预压85d达到设计要求后卸载。
表1土层及土的物理力学指标
3 要点分析和探讨
3.1 沉降和真空度的影响
吹填施工采用水力吹填法，其特点是靠近管口区域土质主要以砂、黏土球等粗颗粒土质为主，而随着吹距越远吹填土的颗粒将越来越细，密度越小，含水量、孔隙比和压缩性越高。砂、黏性土和淤泥的压缩性差别很大，对沉降的影响区别很大。砂土和黏性土属于低压缩性土，在施工荷载作用下的压缩沉降量是有限的；而新吹填的淤泥类土，特别是未经过晾晒的淤泥含水率可达150%～200%，孔隙比可达3以上，属于超软土，在施工荷载作用下沉降量很大，压缩比大于原状淤泥.因此，陆域形成后进行软基处理设计时，应充分考虑不同吹填土土质和分布情况，区别对。表2是对本工程实测分层沉降资料分析总结，得出不同疏浚土在真空预压等荷载作用下沉降关系的对比。
根据数据分析在不同性质的软土沉降在真空预压下的对比，如下表2，砂或黏性土区域地基处理时的沉降量十分有限，单位长度沉降百分比一般在2%/m～5%/m；而吹填淤泥区域的沉降量则十分可观，单位长度沉降百分比一般在12%/m以上，大者可超过20%/m。
经笔者多年来的工作经验在本工程实践知，砂性土如果吹填过于厚，超过6m时，对真空度具有一定的损失，真空度比吹填淤泥区小约5kPa左右。真空预压设计时，还需注意疏浚土的砂性土的分布对真空度存在影响问题。
3.2 高程和厚度的确定
1）吹填高程的确定
表2真空预压下不同性质软土沉降关系对比
根据陆域形成时的吹填高程的确定跟总体高程设计、地基处理和道路堆场是一个有机结合体。设计中在确定吹填高程时必须综合统筹考，充分顾及各分项工程的需求，方能合理地设计吹填高程。以下公式给出了高程的计算方式：
H吹填=H使用-H结构层-H砂垫层+H沉降 （1）
通过上面的原则，本工程高计算出高程为5.1m
2）砂垫层厚度的确定
本工程中真空预压加固软土地基时，必须设置一层砂垫层，要求含泥量约≤4%，渗透系数≥3×10-5m/s。砂垫层在作为径向汇水、排水的水平向排水通道外，还兼有以下两个作用：①提高软土地基承载能力，使施工机械、设备和人员等能在砂层面上作业；②作为道路堆场结构层的基层材料，满足面层结构对基层CBR和压实度的要求。根据使用荷载情况，计算得出面层结构下工作基层的CBR和压实度参数（表3）。
表3道路堆场工作基层 和压实度参数表
以上分析，本工程砂垫层厚度取1.7m，为节省投资，在满足基层材料要求的前提下，设计取中粗砂垫层70cm，其下100cm则用中细砂代替。
3.3表层软土改良在土工织物中的应用
目前，大面积软基处理工程最常用土工布和土工格栅。本工程土工布采用340g/㎡编制土工布，土工格栅采用TG20-20聚丙烯双向拉伸土工格栅。经工程实践证明，铺设土工布和土工格栅对增加软土地基的承载能力和泥砂隔离具有很好的作用，基本能够满足机械设备等作业要求，以及避免砂垫层混入淤泥中。但对某些晾晒时间短、含水量高的区域仍容易拱“淤泥包”，需通过加铺土工格栅或者采用更高规格的土工格栅，一般宜选择规格在TG40-40双向拉伸或TG100高强度单向拉伸以上的土工格栅。
3.4真空预压周边密封措施
1）泥浆搅拌墙的应用
经本地区的泥浆实践证明，淤泥含量在35%以上，并掺入膨润土5%时密封效果良好；另外，双墙结构比单墙结构密封效果好。真空预压法加固软土地基，密封膜四周的密封措施的好坏至关重要。常用的密封措施有黏土密封沟、钢板桩+黏土密封沟、泥浆搅拌墙等。本工程吹填土厚度约4～5m，黏土密封沟将难以实施，钢板桩+黏土密封沟则造价很高。因此，采用打设泥浆搅拌桩墙进行密封，单墙结构或双墙结构的搅拌墙均可满足密封要求。本工程采用桩径700m，搭接200m，双墙结构，深度打穿上部吹填土层及砂层进入原状淤泥类软土层不少于500mm，采用四喷四搅方式施工。泥浆搅拌墙材料可就地采用淤泥制浆获得，为提高泥浆质量可适当掺入3%～5%膨润土。
2）围垦土石堤的密封措施
通过本程的结果显示，该方案密封效果基本达到预期要求，可以形成约80kPa真空度，虽比设计值稍低，但仍很有作用，给解决特殊问题提供了一条很好的途径采用泥浆搅拌墙无法打穿堤身块石。经过研究、比较，设计采用了低掺量水泥土旋喷桩进行密封，桩径700mm，搭接200mm，水泥掺入量150kg/m，深度打穿砂、石等透气层进入原状淤泥1000mm。
3.5 选取参数Ms值
JGJ79-2002《建筑地基处理技术规范》中Ms值取0.8～0.9设计中根据试验区获得经验系数取1.0，而对本工程实测沉降资料的分析，得出Ms值一般在0.8～1.06两者基本吻合，说明本地区沉降经验系数Ms取1.0是合理的。真空预压设计进行沉降计算时，沉降经验系数Ms如何取值是很关键的，关系到沉降预测的准确性。
3.6 对周边环境的影响范围
当前，我国对真空预压对周边环境的影响范围和破坏的研究，只是处于初始阶段，且众说纷纭，观点不一。有的认为真空预压影响范围在15m内，有的则认为30m内。通过对本工程的监测资料分析研究得出，真空预压对于未经处理的软土地基的影响范围可达40～50m，可造成地基开裂达20～30m和大面积不均匀沉降；而对已经处理过的软土地基则影响范围一般在20m以内，真空预压边界外20m处测得深层水平位移量1～2cm。
4 结 语
上述结合作者多年的工作经验，根据某工程施工实例进行分析，得出以下结论：不同性质的疏浚土在真空预压等施工荷载作用下的沉降量和真空度影响差别较大。因此，吹填疏浚土成陆后真空预压设计、施工时，应充分重视对不同性质疏浚土分布状态的了解和分析，区别对待。吹填高程和砂垫层厚度的确定应充分结合软基处理、道路堆场等分项工程的需求合理确定，须确保满足各相关工程的要求。在大面积吹填疏浚土成陆后进行软基处理，很有必要铺设土工织物进行加筋，从而提高软土面层承载能力，以满足施工作业的需要。对未经过晾晒的超软吹填土，宜选用高强度的土工织物，以减少或避免“淤泥包”的形成。对于不透气黏性土层埋深较大时，采用泥浆搅拌墙法进行密封效果良好。双墙结构的密封效果优于单墙结构。本工程真空预压设计沉降计算Ms取1.0，与实测资料获得的Ms在0.8～1.06基本吻合。经本工程验证真空预压对已成功加固过的软土地基影响范围在20m以内，而对未经加固的软土地基影响范围则可达到40～50m。
参考文献：
[1] 赵维炳.排水固结加固软土地基技术指南[M].北京：人民交通出版社，2009
[2]陈环.真空预压加固软基的理论与实践[J].水运工程,2010
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
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