真空预压处理淤泥地基技术 (2)

真空预压工艺处理淤泥技术

1. 工程概况 1.1 概述

**堤（A区、G区、H区）内吹填施工于2013年9月完成，吹填物料基本为淤泥质土，吹填面积约72公顷，目前泥面标高约3.5m。1号岛（D、F部分区）吹填砂质土和淤泥混合区，进行地基处理面积约为85公顷。

D区及F区地基处理前场地标高约为6.5m～7.0m，局部区域有积水，出露水面部分经太阳暴晒，出现龟裂。

1.2 工程地质

图1.1 D、F区预压前状况

根据野外鉴别、原位测试结合室内土工试验成果，在钻探深度范围内揭露地层共分为4个工程地质层，即①冲填土（①1流泥、①2淤泥质粉质粘土混细砂、①3粗砂）、②珊瑚碎屑、③粉质粘土、④粉质粘土，其综合地层柱状图如下表1.1所示：

1

工程地质综合柱状图 表1.1

地层 系 地层 统 代号 层 序 号 厚 度 范围值 (m) 厚 度 平均值 (m) 层 顶 埋 深 （m） 0.00～0.00 层 顶 高 程 （m） 5.91～6.20 地层剖面 示 意 土层名称 ①1 6.10～12.00 8.56 冲填土（流泥） 冲填土（淤泥质粉质粘土混细 砂） 冲填土（粗砂） 第 四 系 全 新 统 Q4ml ①2 9.30～11.30 10.05 0.00～0.00 5.90～6.38 ①3 5.10～10.60 7.62 0.00～0.00 4.70～6.20 Q4m 下 更 Q1m 新 统 ② 0.30～3.40 1.84 5.10～12.00 -5.80～0.81 珊瑚碎屑 ③ 0.60～8.20 4.16 7.20～14.00 -7.80～-1. 粉质粘土 第 三 系 上 新 统 N2m ④ 未钻穿 最未钻穿 8.80～19.30 -13.12～-4.00 21.90m 粉质粘土 1.3 地下水和地表水

拟建场地浅层地下水含水层系赋存于①1流泥、①2淤泥质粉质粘土混细砂、①3细砂、②珊瑚碎屑中的孔隙型潜水及各粘土层中的少量孔隙型潜水。以海水补给为主，水量丰富，场地地下水与海水水力作用联系较紧密。实测钻孔地下水稳定水位埋深为0.00～0.40m，高程4.70～6.38m。

根据岩性、室内土工试验分析，①1流泥、①2淤泥质粉质粘土混细砂、③粉质粘土、④粉质粘土属弱透水层，①3粗砂、②珊瑚碎屑属强透水层。

1.4 地层沉降影响分析

场地产生沉降的主要地层为近期吹填的①1流泥、①2淤泥质粉质粘土混细砂，吹填层在自重及后期使用荷载压力下，将产生较大沉降。该沉降对DF区的地坪及道路等将产生如下影响：

道路、管线等沿线较长，主要受土体不均沉降的影响。道路在使用过程中，在车辆荷载等的作用下以及欠固结土体的自沉作用，使土体产生不均匀沉降，造成路面崎岖不平，开裂等现象，在遇有地层变化较大的部位，会出现较大的不均匀沉降，这种沉降使管线等易错位断裂，维修困难。场地上方使用功能各异，出现不均匀沉降将导致地面沉陷、开裂。

由于软基沉降的巨大危害，应该在吹填造地期选择合理的软基处理方法，完成土体的主要固结沉降，以减少后期沉降对场内设施及管线等运营的危害。

1.5 地基处理要求

真空预压后场地使用要求和主要技术要求如下：

① 使用均布荷载2t，工后25年最大残余沉降量≤50cm，平均残余沉降量≤30cm； ② 交工面地基承载力≥60kPa； ③ 处理深度：原滩面开始到现场面层；

④ 总工期：360日历天完成软基处理，节点工期：自开工令下发后180个日历天完成浅层处理，a港池右半部分及b港池优先进场施工软基处理，开工后165个日历天具备港池开挖条件。

2 真空预压加固工艺

2.1 原理

真空预压法加固软基，是把大气作为荷载，在抽气前，薄膜内外都受到大气作用，土体孔隙中的气体与水都处于大气压力，抽真空后，薄膜内的水气被抽出，其压力下降，薄膜内外形成一个压力差，使薄膜紧贴在地面上，此压差称为“真空度”，真空度通过竖向排水通道逐渐向下延伸，同时向其四周的土体传递与扩展，引起土中孔隙水压力降低，形成负的超静孔隙水压力。

真空预压法加固的全过程是总应力没有增加，有效应力是通过降低的负孔隙水压力转化而来，使土体形成向内收缩的应力球。土体就在该有效应力作用下得到加固。如图3.1。

接真空泵密封沟密封沟塑料排水板

图3.1 真空预压加固机理示意图 处理宽度2.2 工艺流程

准备阶段监测检测系统铺设土工格栅铺设一层200g/m2短纤土工布排水系统吹填砂垫层埋设孔压计等监测设备淤泥搅拌桩密封墙施工排水板施工铺设排水管网铺设双层密封膜布设线路、安装设备布设表层沉降观测点密封系统覆水围堰试抽真空恒载真空预压卸载检测

2.3 分区

将拟处理的场地划分为DF1、DF3区2个区。

由于本场地DF1、DF3区现场浮泥较厚，本次设计先在表层浮泥面上铺设底层TGSG20-20土工格栅，在土工格栅铺设完毕后其上铺设一层200g/㎡土工布，土工格栅和土工布用于提高场地的整体性，防止砂垫层沉陷入浮泥中。土工布铺设完毕后，其上均匀铺设一层50cm中粗砂垫层，作为水平排水层，中粗砂含泥量＜5%。砂垫层铺设完毕，强度满足机械施工时，采用机械插板，并进行抽真空。

DF1区面积为8838㎡，采用有砂垫层的真空预压法，砂垫层厚度50cm，机械插板，插板深度1-5m，竖向密封系统为密封沟，真空恒载预压3个月。

DF3区面积为698166 ㎡，拟处理深度为7-11.5米，表层为①1流泥，采用有砂垫层的真空预压法，砂垫层厚度50cm，采用机械插板，恒载抽真空3个月。共用分区线及粗砂区交界线位置，设置淤泥搅拌桩密封墙。淤泥搅拌桩采用双排，桩径700mm，桩长10.9～14m，

搭接200mm。

2.4 真空预压卸载标准

结合相关规范及与以往工程作参照对比，本项目卸载标准暂定如下： A）达到设计恒载期前5～10天实测地面沉降量小于2mm/d；

B）地基土固结度达到设计要求（DF1、DF3区定为80%）。

3 排水系统

3.1 土工布及土工格栅铺设

本工程土工布采用200g/㎡无纺土工布，土工格栅采用TGSG20－20型塑料土工格栅。 土工布及土工格栅采用人工摊铺。在铺设前，先在铺设区进行放线。土工布铺设应保持一定折皱，一般土工布面积为铺设面积的115%。要求土工布、格栅间连接强度不低于其本体强度。为确保铺设的有效性，使铺设的土工格栅、土工布有受力点，在各区铺设的土工织物都要到达回填区的边上并用砂袋或木桩固定，避免施工期间下沉，造成淤泥拱起现象而影响正常施工作业。土工格栅采用高强土工格栅，采用人工铺设方法铺设土工格栅，块与块之间拼接采用厂家专用的连接铆钉或尼龙绳进行现场连接，格栅间连接强度不低于其本体强度。工布的拼接采用手提工业缝纫机缝合，采用包缝或丁缝，缝合处或接头处需要缝三道（先缝一道，折迭后再缝二道）以保证缝合的牢固，搭接宽度≥500mm。在现场临时用地上将土工布缝接成满足需要大小的大幅土工布，按选定方向依次平铺，铺设完毕通知现场监理工程师进行验收，验收合格后方可进行下道工序施工。

3.2 竖向排水体

D、F区需进行加固的主要土层为表层为①1流泥、①2淤泥质粉质粘土混细砂。由于此两个土层渗透系数较小（＜1*10-5cm/s），为更好的消除或减少工后沉降，达到排水固结的目的，必须设置竖向排水体，以缩短排水路径，加速预压排水固结过程。

图3.1 土工布及土工格栅铺设

竖向排水体主要有袋装砂井、塑料排水板等。其中袋装砂井所用设备笨重，砂井施工过程难于避免缩颈现象，造价相对较高；而塑料排水板质量稳定，施工速度较快，造价较低，且材料供给充足，故本次竖向排水体选用塑料排水板。

本工程采用SPB100-B型塑料排水板，铺设完砂垫层后，采用液压插板机插板。 DF1区排水板间距1m，正方形布置，插板深度1~5m，外露0.2m，距②珊瑚碎屑层及坝体≥300mm。

DF3区排水板间距1m，正方形布置，插板深度7~11.5m，外露0.2m，距②珊瑚碎屑层≥300mm。

排水板施工完毕后，应将排水板头周围的泥巴清除，并将其埋入砂垫层中，以保证排水板的通水量。

3.3 水平向排水体

水平向排水系统采用砂垫层，中粗砂厚度50cm，含泥量＜5％，干密度≥15kN/m3，中粗砂满足渗透系数≥5×l0-3cm/s，在砂垫层中间标高位置埋设鱼刺状滤水管，且其布置成回路；滤水管上应覆盖200mm厚左右的砂层。在真空负压作用下，能够使竖井中的孔隙水流入滤水管，再由主管汇聚，然后集中排出。

本区真空预压采用φ40钢丝增强软管排水管网，滤管管网间距为6m通长布置，主管为管径φ63的钢丝增强软管，间距为30～50m，用于连接真空射流泵。

4 密封系统

4.1 垂直向密封系统 （1）密封墙

本场地排水板施工深度距②层（珊瑚碎屑层）透气层≥300mm，排水板深度内不存在透气土层；表层吹填流泥层含泥量较高，渗透系数小（＜密封要求的1*10-5cm/s），能满足真空预压期间的密封要求。但根据现场实际踏勘，靠近堤坝及DF2区为吹填粗砂位置，应为由粗砂向淤泥质粉质粘土或流泥层过度，在此过渡带，吹填粗砂层成为真空预压的透气层，真空预压施工时，需将粗砂层做隔断处理。同时应切断中粗砂垫层回填过程中表层砂及混入淤泥中的中粗砂层，保证真空区域的密封性。因此，中粗砂边界及场地内的共用密封墙边线，采用淤泥搅拌桩密封墙为竖向密封系统，仅DF1区靠堤坝侧无淤泥搅拌桩施工场地区域，采用密封沟作为竖向密封系统。

DF3区密封墙桩长为为8.5m~14m，采用双排泥浆搅拌桩，桩径700mm，桩距500mm，搭接200mm。DF3区内各真空预压共用边线，密封墙桩长5m。淤泥搅拌桩密封墙深度及

施工工艺参数应进行现场探摸和试打调整。实际打设深度在现场沿搅拌桩轴线探摸，探摸间距为50m一个点。设计建议泥浆掺入比为25%～40%，渗透系数要求小于1×10-5cm/s。搅拌桩采取四喷四搅方式施工，泥浆比重≥1.35，施工时下搅速度小于1.2m/min，上搅速度小于0.8m/min。

（2）密封沟

本项目仅有DF1区靠堤坝位置设置密封沟，密封沟可以采用PC120或其他小型挖掘机械开挖密封沟，也可以采用人工踩膜；为保证后期密封系统满足渗流的要求及浮泥表层受太阳照晒产生龟裂缝影响密封，密封沟即挖即填，密封膜应紧随密封沟开挖分层埋入（踩入），埋入深度≥1000mm。

后期真空预压施工过程中，密封沟内应保持一定水位，并使密封沟侧壁处于湿润状态。 如下图：

（3）淤泥搅拌桩

图3.5 挖密封沟或密封墙踩膜密封

由于加固面积大，地质条件存在差异，为了准确地确定搅拌墙的深度，采用钻孔取土样进行探摸以确定影响真空密封的搅拌墙深度。搅拌墙探摸按30～50m间距一个孔的布置原则进行钻孔，根据探摸情况确定搅拌墙深度，要求搅拌桩施工深度切断①3粗砂层。

搅拌桩采用四喷四搅施工工艺。其工艺施工流程一般为：钻机定位--制备泥浆--搅拌喷浆下沉--提升喷浆搅拌--重复下沉提升喷浆复搅--洗管--钻机移位。

根据以往施工经验，在搅拌墙完工后，旁边砂会慢慢回填，致使搅拌墙的厚度缩小，如间隔时间过长，可能导致搅拌墙被填埋而失效，所以在不增加搅拌墙厚度的情况下，必须加快铺设密封膜的速度。

相邻区域在抽真空过程中，随着真空度的提升，共用密封墙处的密封膜经常拉裂，密封墙处形成较深的空洞，一旦出现密封墙处拉裂漏气，降低膜下真空度，影响加固效果，修补也极为麻烦。经分析，密封墙处拉裂的主要原因是：真空预压原理是加固体内形成负压，将土体内的水、气排出加固体，使加固体得以收缩以提高加固体的强度。相邻区域收

缩方向刚好相反，致使共用密封墙处土体颗粒被两侧真空压力抽走，形成空洞，横向收缩造成密封膜拉裂。在铺设密封膜过程中，将3m宽的土工布先踩压在密封墙体内，再将密封膜踩入，同时将相邻区域密封膜间填筑泥包袋，桩帽填泥袋一般高出地面20cm，顶部采用密封膜粘结封堵，解决共用密封墙双向抗渗难题及共用密封墙漏气的难题。

4.2 密封膜

本工程采用2层聚氯乙烯真空密封膜

真空膜的大小按加固区四周各伸出5m左右确定。分层铺放覆盖整个真空预压区块，然后将膜体周边埋入密封墙内。密封膜的边缘埋入密封墙中，桩帽填泥袋及掺膨润土淤泥封堵。

选择无风或风力较小的时间内，分层铺设。先将密封膜按纵向摆放在预压区的中轴线上，从一端开始向两边展开，铺好后应在膜上仔细检查有无可见的破裂口，破裂处应及时用聚乙烯胶水补好。检查无缺陷后即可进行第二层密封膜铺设，两层膜的粘接缝应尽量错开。出膜口应留有可收缩富余的密封膜。所有上膜操作人员必须光脚或穿软底鞋，以防止刺破密封膜。

4.3 覆水围堰

为了增强密封性及防止密封膜老化，在抽真空并达到稳定恒载后，在加固区域四周密封墙及膜面上进行覆水防护，填筑一圈包围加固场地的覆水围堰，围堰截面为底宽约1.0m，顶宽约0.5m，高约0.5m的等腰梯形。将射流真空泵抽出的水打入围堰，覆水厚度30cm。围堰采采用挖掘机在密封墙内侧修筑，后用真空密封膜将拟处理区域及覆水围堰整体覆盖，以防水的渗透、外溢。

5. 加压系统

在密封系统完成施工后，即可进行真空泵等设置并进行试抽真空。试抽真空时间为7～10天，稳定后膜上覆水。

真空预压的抽气设备宜采用射流真空泵，单机功率不低于7.5kW，在进气孔封闭状态下，真空压力不小于95kPa。

每套真空设备处理900～1100㎡的面积，本工程按照每1000㎡布置一台射流泵，各真空预压区配置一定数量的真空度观测计，并均匀布置。

真空管路的连接应严格密封，在真空管路中应设置回阀和截门。本标段真空预压恒载时间3个月。

6. 监测检测

6.1 监测

（1）监测目的

由于地质条件、载荷条件、材料性质、施工条件以及外界其它因素的复杂影响，很难单纯从理论上预测工程中可能遇到的问题，而且理论预测值还不能全面而准确的反映工程的各种变化。所以，理论分析指导下有计划的进行现场监测十分必要，并可用于指导设计。

（2）监测项目 （a）表层沉降观测

此项目贯穿整个真空预压及冲击碾压施工过程，真空预压区在铺膜前后沉降观测点的布置应选取相同点位。观测频率为恒载前每天1次，当真空度稳定后2天测一次，停泵前7天，每天观测1次。特殊情况可加密观测。真空预压停泵卸荷24小时后测量回弹值，一般要连续进行几天，直到垂直排水通道及淤泥中真空度接近零时为止。 沉降标每2000～3000㎡布置一个。

沉降杆可采用自制规格为0.8×0.8m厚10mm钢质沉降板，沉降板中心垂直焊接φ48钢管、φ12螺纹钢支架稳固。

（b）地层中孔隙水压力监测

监测塑料排水板处理后地基的超静孔隙水压力的消散情况及地基的固结状态。 采用钻孔法埋设法，在每个真空预压单元块中心地带布置一组孔隙水压力传感器，每组4个探头，按深度方向每向下每3m埋设一探头。观测频率为插排水板和抽真空期间，观测频率为恒载前每天1次，当真空度稳定后每2天观测一次，特殊情况可加密观测。

（c）分层（深层）沉降监测

为了了解各土层变形与固结情况在每个真空预压单元块中心布置1个分层沉降观测孔，垂直向测量磁环的埋设分层深度对应不同土层，并在磁环埋设对应位置取土样验证土性。沿深度方向每3m埋设一磁环。观测频率为插排水板和抽真空期间，观测频率为恒载前每天1次，当真空度稳定后每2天观测一次，特殊情况可加密观测。

（d）水平位移观测

为保证已施工吹填围堰的稳定性，在场区周边的真空预压区域外距场区1～1.5倍处理深度影响范围内布置1个侧向位移观测点，观测频率为插排水板和抽。真空期间，观测频率为恒载前每天1次，当真空度稳定后每2天观测一次，特殊情况可加密观测。

（f）膜下真空度的观测

膜下真空度观测表埋设于具有代表性的真空～在预压施工期间，每天定时观测，2～4h观测1次，观测精度要求小于±5kPa。膜下真空度稳定保持在85kPa以上。

（g）水位监测

在每个真空预压单元块中心布置1个水位观测孔，埋设水位管。观测孔深度大于处理深度1m以下。观测频率为插排水板和抽真空期间，观测频率为恒载前每天1次，当真空度稳定后每2天观测一次，特殊情况可加密观测。

6.2 检测 （1）检测目的

为了检测真空预压的处理效果，需在地基土处理后进行原位测试和土工试验。检测项目有现场载荷板试验、静力触探试验和取土进行室内土工试验。

（2）检测项目

本工程软基处理效果的检测将主要对处理范围的软土层进行相关原位试验及室内试验，检验软基处理效果。软基处理后将对相关土层进行现场标贯测试、静力触探检测并钻孔取土对相关土层进行相关室内试验。完成后进行相关试验以指导主体工程设计与施工，相关要求如下：

（a）现场载荷试验

其目的是测定软基处理后承压板下应力主要影响范围内岩土的承载力和变形特性，本次试验采用浅层平板（1.0㎡）载荷试验；载荷试验应布置在有代表性的点，在每个区域中心布置1点，如遇特殊情况，另增布置试验点。

（b）室内土工试验

加固后取土样位置在深层观测孔边1m范围内钻孔，每个试验区中心布置1个钻孔。

1粘性土的物理性指分析加固后土体物理力学指标的提高情况。土工试验包括下列项目：○

标包括天然含水率、天然重度、孔隙比、饱和度、液限、塑限、塑性指数、液性指数、力学指标包括抗剪强度（快剪、固结快剪、UU、CU）、压缩系数或压缩指数、无侧限抗压

2土的渗透系数、固结系数、灵敏度等试验项目。 强度；○

（c）十字板试验

在每个真空预压单元块中心布孔(靠近沉降观测点)，分别在加固前、后进行一次现场十字板剪切试验。十字板剪切试验深度在淤泥质软土中每间隔1m试验一次，分别采取原状土和重塑土的Cu指标。按

fa3CuD公式计算各软粘性土层的容许承载力。