真空预压软基处理技术在水利工程中的应用

1真空预压软基处理技术在水利工程中的应用陈培真陈杰温州市水利局摘要：平阳县宋埠-西湾滩涂围垦工程区内采用涂泥进行吹填，设计采用了真空预压法对吹填区地基进行排水固结，以提高地基承载力。真空预压法是以大气压力作为预压载荷，通过先在需加固的软土地基表面铺设一层透水砂垫层或砂砾层，再在其上覆盖一层不透气的塑料薄膜或橡胶布，四周密封与大气隔绝，在砂垫层内埋设渗水管道，然后与真空泵连通进行抽气，使透水材料保持较高的真空度，在土的孔隙水中产生负的孔隙水压力，将土中的孔隙水和空气逐渐吸出，从而使土体固结的一种软土地基加固方法。该工程吹填区通过真空预压法处理后，各项技术指标均满足设计和使用要求，处理成本也得到了很大的节约，取得了良好的技术与经济效果。关键词：真空预压；软基处理；施工技术VacuumpreloadingforsoftgroundtreatmenttechnologyanditsapplicationinwaterconservancyengineeringAbstract：SongPingyangCountyPort-WestBaybeachreclamationareausingmudforreclamation,wasadoptedinthedesignofvacuumpreloadingmethodindredgerfillareafoundationdrainageconsolidation,soastoimprovethebearingcapacityoffoundation.Vacuumpreloadingmethodistoatmosphericpressureasthepressureload,thefirstintheneedtoreinforcesoftgroundsurfaceispavedwithalayerofpermeablesandorgravel,beforeitiscoveredwithalayerofgas-impermeableplasticfilmorclothrubber,sealedallaroundandatmosphere,inthesandcushionburiedseepagepipeline,andthencommunicatedwiththevacuumpumpusedforpumpingair,thepermeablematerialtomaintainahighdegreeofvacuum,theporewaterinthesoiltoproducenegativeporewaterpressure,soilintheporewaterandairissuckedout,sothatthesoilconsolidationforsoftsoilfoundationreinforcementmethod.Thereclamationareabyvacuumpreloadingtreatment,varioustechnicalindicatorsmeetthedesignanduserequirements,processingcostisgreatlysaved,andachievedgoodtechnicalandeconomiceffect.Keywords：Vacuumpreloading；Softfoundationtreatment；Constructiontechnology平阳县宋埠-西湾滩涂围垦工程位于平阳县城东北方向12公里的东海岸，建设规模为围海造地面积9983亩，其中海堤、护塘地及护塘河占地1209亩，道路网面积1044亩，工程回填面积7730亩。回填区工程内侧涂面较高的2150亩土地采用土石回填，围区外侧涂面较低的5580亩土地采用吹填土回填，其中4711亩吹填工业建设用地采用真空预压处理。21施工流程在全面进行真空预压施工前，先进行现场施工试验，选定面积约为20000m2的试验区进行现场真空预压试验，根据试验成果确定合理的施工技术参数，用来指导后期的全面施工[1]。施工流程[2]：测量放样→塑料排水板→安装监测设备→安装透水管→密封膜铺设→设置测量标志→安装真空泵→抽真空预压→卸载→质量检测。图1真空预压软基处理工艺图2施工工艺2.1塑料排水板打设真空预压竖向排水通道宜穿透吹淤造地区和浮泥区。本工程垂直排水系统采用塑料排水板，塑料排水板间距为90cm。（1）工艺顺序：桩位放样→移机就位→安装塑料排水板→连接桩尖、贴紧管靴、对准桩→施插导管至设计标高→上拨导管→切割排水板→下一根板施工。（2）施工方法：插板机开至排水板插设区域就位，人工从插板机打设架顶将塑料排水板穿入排水板套管，并伸出套管底。用锚靴将排水板别在导管底端固定。锚靴安装好后，将套管底对准板位，用插板机自身液压系统调整打设架，使排水板套管垂直于卵石、碎石混合垫层表面，再用液压压力将套管压入涂面下，插入深度为设计深度加50cm。排水板套管插入到设计要求深度后，用液压反向将套管慢速拔出，拔出后的套管底高出卵石、碎石混合垫层顶50cm。剪板时尽量保持剪口平整，避免破坏滤膜。在剪断排水板时，要留有露出原地面20cm的“板头”。2.2密封土工膜铺设（1）加固区四周开挖压膜沟：压膜沟采用人工进行开挖。压膜沟内外坡要求平整，且无砂料存在；沟内回填的粘土要求不含杂质，并分层压实。3（2）密封膜铺设：密封膜采用2层聚乙烯薄膜，膜厚0.13mm。并在加固区四周薄膜埋入0.5m深淤泥内进行密封。在真空预压密封膜上覆水0.2m。膜上覆水不但使密封效果更好，避免阳光直晒，保护密封膜，而且可以增加预压荷载，可以作为安全储备。2.3滤水管安装本工程滤水管采用φ50mm±1mm塑料软管，采用工厂集中化生产，管体打孔并采用外包透水滤布后，成卷运到施工工地。滤管连接件与滤管连接牢固，连接长度不小于100mm；滤管及其连接件在预压过程中能适应地形变形。滤管出膜处保证密封效果[3]。2.4抽真空预压（1）施工设备:采用7.5kW真空射流泵。（2）设备布置：真空射流泵沿加固单元的四周均匀布置，每台真空射流泵的控制面积为1000m2左右。施工后期抽真空设备开启数量超过总数的80％。（3）试抽气：试抽气时间为4～10天，检查滤水管安装、密封膜铺设和真空泵安装是否合格。（4）正常预压：当其膜下真空度达到并稳定在80kPa以上时，即进入真空预压工程的正常预压阶段，连续抽真空90天。2.5卸载标准根据实测沉降曲线推算的地基土平均固结度达到80％；或加固后的地基承载力大于55kPa；或连续5～10d的平均沉降速率不大于2mm/d。图2真空泵及管网布置图3原位观测措施4现场监测是软粘土地基排水加固工程中一个不可缺少的技术环节，通过现场原型观测，可以分析判断软土在预压加固过程中和预压后的固结程度、强度增长和沉降、变形的变化规律，评价地基处理效果，合理确定卸载（停止抽真空）时间，同时观测资料也是完善设计和指导施工的依据[4]。主要监测项目有：膜下真空度观测、表面沉降观测、孔隙水压力监测、地下水位监测。观测项目布置表序号观测项目布设要求观测频次技术参数1膜下真空度观测5个测点/单块加固区1次/4小时-100kPa～02地表沉降观测3个测点/单块加固区1）加载期、压载期前30天内：1次/天；2）加载期第31天至卸载：1次/3天。3孔隙水压力观测平面：1个测点/单块加固区垂直方向：每个测孔内按2.0m垂向间距设置孔隙水压力计0～300kPa4地下水位观测平面：1个测点/单块加固区（1）膜下真空度观测①观测设备：选用MCY型压阻真空测量仪和YZG型压阻真空度计传感器，测量范围：0.1～300kPa，观测精度±1kPa。②测点埋设：安装时采用插杆绑扎传感器，固定于膜下地表层上，传感器垂直或水平安放。观测导线从膜下穿出或埋于膜下土体中引出。③观测方法：在抽真空前，需及时量测膜下真空度与大气气压值，以此观测值作为初始值。施工过程观测采用直读法，将传感器导线与读数仪连接，开机读值。（2）地表沉降观测①监测网布置：在施工区影响范围以外设立观测基准点，数量根据场区施工条件及实际地形地貌确定，一般不少于5个。基准点设在坚实土基上或深埋，要求引测方便。②测点埋设方法：测点采用沉降板观测标，采用300mm×300mm×10mm钢板作底板，中央焊接一根长100cm直径20mm的钢管或钢筋，按设计位置在密封膜上铺设5cm砂垫层并找平后放置沉降板，并在其上回填一定厚度的土袋，保证标点牢固稳定，埋设时需保证沉降板水平和沉降杆铅直，测杆露出水面30～50cm以便观测。③观测方法：采用水准测量法，按三等精度要求施测。预压前进行三次观测，取平均值作为观测初始值。（3）孔隙水压力观测①观测设备：选用4500型振弦式渗压计。②测点埋设：采用一孔多点埋设法，每个探头垂直间距2m。③观测方法：埋设后连续观测，当连续三天读数值变化小于2kPa时，取读数平均值作为实始值。施工过程观测采用直读法，将孔隙水压力计的导线与读数仪连接，开机读值。当测读发现异常或不稳定时，应及时复测。（4）地下水位观测5①观测设备：采用测压管和电测水位计。②测点埋设：采用直径108mm钻具成孔，将测压管逐根连接放入孔内，直至达到预定深度，测压管周围回填中粗砂，填至孔口0.5m时，改用粘土封至孔口，待测压管埋设完毕后，采用清水洗孔。③观测方法：测压管埋设三个晴天后，连续进行三次观测取平均值定为初始值。采用电测水位计自孔口放入探头，显示到达水面时记录水位深度。4处理效果检测软土地基加固处理结束后，应对地基处理效果进行检测，主要是地基承载力，为工程竣工验收提供支撑材料。检测项目包括静力触探试验、十字板剪切试验、载荷试验以及钻孔取样室内土工试验。（1）静力触探试验各加固区内平面上按75m×75m网格布置触探试验孔，根据qc、fs贯入曲线的线型特征，参照临近钻孔的分层资料划分土层，确定该区排水板长度；确定淤泥、含砂淤泥处理后的工程性状，辅助确定孔隙水压力。（2）十字板剪切试验各加固区内平面上按75m×75m网格布置十字板剪切试验孔，测出土的抗剪力矩，以确定土体抗剪强度和灵敏度。（3）平板静载试验单块加固区内随机布置3个载荷试验点，检测地基承载力是否满足设计要求。（4）钻探取样各加固区内平面上按75m×75m网格布置钻孔，并在不同深度取样进行室内试验。取样深度分别为0.3m、0.9m、1.5m，1.5m以下加固深度范围内每隔1m取一个样。考察土层固结效果，通过室内试验测定土层物理力学参数，包括土工密度、含水量、比重、颗粒分析、液塑限、固结、压缩、无侧限抗压强度和三轴试验等，确定是否达到设计要求[5]。5结论通过平阳县宋埠-西湾滩涂围垦工程的实践，积累了大量真空预压法处理软土地基的实际施工经验，总结出适合本工程地质条件下的关键施工技术参数，对类似工程的软基处理具有一定的指导意义。该方法处理效果好、成本低、施工工艺简单、工期短，相信今后在类似水利工程中的应用将越来越广泛，并在设计和施工技术上不断创新。参考文献：[1]陈珉.真空预压现场施工要点探讨[J].科技风，2011，12：25-29．[2]陈杨，杨帅东,程兴.真空预压法处理软基的施工流程与控制要点[J]．山西建筑，2010，25：30-33．[3]黄成盖.真空预压法软基处理施工常见问题处理措施[J].交通科技，2009，03：13-16．[4]朱艳.真空预压法加固软土路基现场试验研究[J]．黑龙江科技信息，2009，28：30-33．[5]孙玮，范洪浩，俞峥巍.浅析真空预压法加固软基应用[J].中国水运，2010，4：30-33．