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試析無膜真空預壓排水軟基加固法的工程應用
一、引文
目前在國內(nèi)許多沿海城市采用膜下真空預壓排水的方法加固沿海灘涂，使地基承載力符合港口堆場的使用要求，但在國內(nèi)目前的技術(shù)狀況，膜下真空預壓排水軟基處理的單塊加固面積不能太大，并且在具有含水量高、縮性大、觸變性強、透水性差、抗剪強度低等特點的淤泥上施工，難度相當大;這就要求改進原有的真空預壓排水加固方法，使一次性真空預壓面積大大提高，以減少資金投入和縮短工期。由天津市水利勘察設(shè)計院發(fā)明并獲得專利的低位真空預壓排水軟基加固法(也稱無膜真空預壓排水軟基加固)克服了以上技術(shù)缺陷，我分公司承建的廈門保稅區(qū)二期軟基處理工程利用了此無膜真空預壓工藝，在我局尚屬首例。
二、工程概況
廈門象嶼保稅區(qū)二期工程位于廈門島西北部鐵路西站的海域灘涂地，毗鄰高崎村，北與高崎碼頭相接，南鄰石湖油庫。東西向?qū)捈s0.9km，南北向長約2.0km，工程占地約1.16km ，其中科研工程A、B地塊面積共為0.47km。地塊0.2km ，B地塊0.27km。)。
本工程場地地層結(jié)構(gòu)復雜，地層的巖性、厚度和埋藏分布等在橫向、縱向上變化均較大。135個地質(zhì)鉆孔揭露的地層中，就其成因類型和巖性等可分為9個工程地質(zhì)層，由上而下主要為：素填土、淤泥、砂、砂質(zhì)粘士、淤泥質(zhì)土、砂、殘積粘性土、花崗巖和閃長玢巖脈。
三、施工工藝的選擇
鑒于以上工程特點及工期的要求，根據(jù)有關(guān)專家考察及論證，采用了無膜低位真空預壓工藝進行施工。
無膜真空預壓是在需要加固的軟土地基內(nèi)設(shè)置豎向排水通道，然后通過水平管網(wǎng)作為水平排水通道，其上吹填不透氣的泥封層使與大氣隔絕，水平管網(wǎng)與真空裝置連接進行抽氣，將泥封層底下的水、氣抽出，因而在膜的內(nèi)外產(chǎn)生一個氣差壓，這部分氣壓差即變成從泥封層上向底下垂直作用于整個平面地基上的荷載。抽真空前，軟基土體中的有效應力等于土體自重產(chǎn)生的應力，抽真空后，土體固結(jié)時通過排水減少土體中的水含量，降低水壓力，降低的水壓力轉(zhuǎn)化為土體中的有效應力，當真空負壓完全轉(zhuǎn)化為土體中的有效應力時，真空預壓結(jié)束，此時的土體顆粒間黏結(jié)力大大加強，達到加固軟基的效果，使加固后的地基符合使用要求。
四、主要施工工藝
1. 排水板施工施打排水板采用自行門式打板機進行施工，由于本工程淤泥含水量高、縮性大、觸變性強、透水性差、抗剪強度底的特點，采用在淤泥上鋪設(shè)一層砂墊層后鋪設(shè)打板機軌道的方法解決打板機在淤泥上難以行走的問題，對于打板機在局部有陷塌現(xiàn)象的，以鋪設(shè)竹排墊底形成行走軌道。施工過程專人控制排水板的垂直度、平面位置及回帶長度情況，施打深度控制：開動振動錘情況下無法再下鉆時為已到持力層。
2. 管網(wǎng)鋪設(shè)水平管網(wǎng)分支管與干管兩種，形成水平排水體系，與排水板連接后形成三維排水系統(tǒng);水平支管采用qb60mm 包有一層過濾膜的PVC管，水平干管為qb200mm 雙壁PVC波紋管。干管分布在各分區(qū)的長邊兩側(cè)，支管間距為86.7cm，干管與支管的橫向抗拉強度不小于100KPa，以滿足在抽真空時80KPa吸力的作用下不產(chǎn)生管網(wǎng)本身變形破壞。水平支管與垂直塑料排水板通過排水板板頭的綁扎連接，垂直方向的水通過綁扎骨點的濾膜流進水平支管內(nèi)，再由支管流進干管。采用人工將水平支管用排水板板頭纏繞后鐵絲綁扎牢固，綁扎時水平支管大致控制在一條直線上，綁扎后的水平支管避免踩踏，對濾膜有破損現(xiàn)象的，及時用膠帶補好，防止水平支管吸泥堵管;水平支管與干管的連接方法是：將干管沿管壁開孔，開孔直徑為6.5cm，支管端部插入干管孔內(nèi)后用土工布纏繞綁牢，在支管端部要留有一定長度的富余量，用來在不均勻沉降時拉伸支管，避免支管受拉與干管脫落，垂直排水板和水平管網(wǎng)的全部布置連接完成。
3. 淤泥攪拌樁施工原設(shè)計中沒有淤泥攪拌樁分項工程，屬施工變更項目：因為經(jīng)過有關(guān)施工人員考證，對A地塊周邊進行地質(zhì)鉆探，判斷在場地深層存在一層連續(xù)通海的砂層面，在抽真空時會產(chǎn)生漏氣，導致真空度無法上升，經(jīng)過有關(guān)單位、專家討論，在A地塊四周施打淤泥攪拌樁，用以真空預壓深層閉氣，之后將A地塊23個分區(qū)同時間進行抽真空施工。
因為加固場地臨近海邊，考慮到潮汐水位的沖刷作用，淤泥攪拌樁設(shè)計成雙排，直徑為700mm，相鄰攪拌樁相疊寬度為200mm (即樁距為500mm)，攪拌樁的樁底深度按底于砂層最底面標高1 00cm 進行控制。
比較各類型機械性能后，我們選擇了SJB一40為施工機械。淤泥攪拌樁施工采用六噴六攪的施工工藝，攪拌樁機鉆桿下沉速度不大于0.8m/min，鉆桿鉆速為43轉(zhuǎn)/min，泥源為c標吹填經(jīng)過沉砂以后的純泥，泥漿采用泥漿泵抽上泥漿罐車后運輸?shù)浆F(xiàn)場，在進入擠壓泵之前，泥漿必須采用細孔率網(wǎng)過濾，過濾后的泥漿比重控制在1.3—1.4t/m。。在施打攪拌樁過程中，后臺擠壓泵壓力檔位開到最大檔，以確保攪拌樁時的噴漿半徑達到設(shè)計的樁徑。
4.泥封層吹填采用一艘300m。/h吹泥船吹入泥漿，吹泥口采取減壓、分流進行處理，以免沖力過大破壞己鋪設(shè)的管網(wǎng)系統(tǒng)。泥漿的自然固結(jié)后的厚度不小于0.6-0.8m，吹泥過程保持連續(xù)性，并根據(jù)泥面變化隨時移動吹泥管出口位置和溢流口位置，以盡量保證泥面平整度。取泥點在高崎閩臺避風港錨泊地進行探查，取雜質(zhì)含量小的區(qū)域淤泥，泥源經(jīng)過滲透系數(shù)的取樣檢驗后方可使用，要求滲透系數(shù)不大于1 X 10一cm/s，以保證泥封層的密封性。在吹泥過程中，采用了蓄砂沉淀池沉積泥水中的砂性物質(zhì)，以保證泥封層的淤泥純度。由于原場地高差大，吹填整個場地泥封層后局部位置泥封層無法覆蓋或厚度過薄，若不進行補漿，勢必導致該面積內(nèi)的泥封層密封效果不好，我們采用了泥漿泵從C標抽較純泥漿進行該區(qū)域的補泥施工，以達到密封效果。
5. 抽真空系統(tǒng)安裝根據(jù)抽真空系統(tǒng)機械功效及各抽真空系統(tǒng)之間的獨立性，將A地塊加固場地共劃分為23個加固單元，各單元分布如圖2所示。抽真空系統(tǒng)由真空集水井和井上真空系統(tǒng)兩大部分構(gòu)成，井上真空系統(tǒng)包括真空泵、真空緩沖罐、潛水泵、控制柜、控制閥、真空表、管道等組成。
根據(jù)實際場地情況及降低工程成本的要求，在真空泵類型選擇時我們放棄了射流泵，因為安裝射流泵需要的臺數(shù)多，達400多臺，現(xiàn)場沒有足夠的圍堰安放，另外400多臺射流泵抽真空時需要的電量也相應較大，所以我們選擇W3型號的往復式真空泵作為抽真空設(shè)備，每臺W3型真空泵控制的受預壓土體體積為35，000m。，A標段平均排水板深度為1 2m，每區(qū)面積為10，000m。，所以每區(qū)的抽真空設(shè)備臺數(shù)為4臺，分為兩組，每個干管連接一組真空泵，對于面積偏小的22#、區(qū)只布設(shè)了一組抽真空設(shè)備泵，即2臺真空泵。
五、施工監(jiān)測
1. 緩沖罐、場區(qū)尾部真空度監(jiān)測真空預壓抽真空開始于2004年6月10日，經(jīng)過半個月之后，即6月25日起A地塊所有場區(qū)的尾部真空度均達到設(shè)計要求的80KPa，而在整個抽真空的施工過程中，因為不均勻沉降引起管網(wǎng)破壞，導致掉壓的現(xiàn)象，基本上都能及時將管網(wǎng)修補好，使場區(qū)尾部、緩沖罐的真空度立即回升到80KPa以上。直至9月25日，真空度均能滿足要求，由于管網(wǎng)中能量傳遞過程中存在能量的損耗，使場區(qū)尾部真空度基本上比緩沖罐內(nèi)真空度低10~18KPa。
2. 沉降觀測沉降標安排在施打排水板之后施工，并測出布置初值，按照設(shè)計，每個分區(qū)布置三個沉降標。具體經(jīng)過三個月抽真空后的實際最終沉降量與設(shè)計沉降量對比如表1所示。(因1#分區(qū)大部分變更為堆載預壓，故沒有設(shè)置沉降標從以上表格可以看出，實際的沉降量比設(shè)計的沉降量少了很多，但是根據(jù)設(shè)計說明的連續(xù)5d 的沉降量不大于2mm/d可以作為停泵的依據(jù)，而從沉降觀測記錄表中9月27日前的7d內(nèi)的沉降量均符合以上停泵條件，最后于9月27日停止抽真空作業(yè)。
六、結(jié)束語
無膜真空預壓是一種良好的可靠性較高的軟基處理施工工藝，它充分利用淤泥來代替?zhèn)鹘y(tǒng)密封膜的工藝，達到節(jié)省投資、提高功效的目的，更重要的是無膜真空預壓的抽真空系統(tǒng)中少了砂墊層過渡，而抽真空的吸力是通過水平管網(wǎng)直接作用于排水板，通過排水板一支管一干管一積水井傳遞軟土地基中水、氣，真空度傳遞簡單、直接，預壓效果明顯。此方法能有效滿足了港口堆場建設(shè)的需要，具有較開闊使用前景。
參考文獻:
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