真空预压在吹填造陆中的应用

发表时间:2019/6/13   来源:《建筑细部》2018年第23期   作者:李春雷
[导读] 本文从真空预压的优势和原理出发,首先分析了真空预压的设计要点,然后结合案例探讨了该技术效果,供同行借鉴。

上海中船勘院岩土工程有限公司  上海  200000
        摘要:在交通改造、地基处理、吹填造陆等工程中,真空预压是一种常见技术,多通过一定的技术手段,在加固土层产生负压和真空,从而形成压差,达到加固软土的效果。本文从真空预压的优势和原理出发,首先分析了真空预压的设计要点,然后结合案例探讨了该技术效果,供同行借鉴。
        关键词:真空预压;吹填造陆;应用
       
       
        近年来,随着社会经济的发展,沿海地区土地资源越来越稀缺,而通过有效的填海造陆,可改善沿海地区景观,缓解土地资源的紧张问题。更重要的是,填海造陆可和清淤项目共同进行,减少清淤项目成本,重新利用疏浚土,提高工程的总体效益,故而吹填造陆受到越来越多人的追捧,这也给真空预压技术带来广大的应用前景。下面,笔者结合多年经验,对真空预压的应用进行如下研究。
        1、真空预压的优势和加固原理
        1.1真空预压的优势
        通过对吹填造陆工程分析发现,真空预压技术具有以下优势:(1)加固效果好。由于真空预压固结度高,可有效预防地基沉降现象的发生。而且,该技术还具有分布、施力均匀的特征,在吹填造陆中加固软地基时,可确保场地均匀沉降。(2)固结快。真空预压技术用真空压力施工,可规避地基失稳、剪切变形等情况发生。在此基础上,对预压荷载进行适当的加大,可缩短加固时间。(3)施工便捷。由于该技术用真空抽气作业,本身就具有操作简便的优势,在卸载时只需停止抽气即可。(4)工程造价低。用大气压作为真空预压的原动力,无需使用砂土、石块等材料,减少着材料费用,降低着工程造价[1]。
        1.2真空预压加固原理
        所谓真空预压法,是指在软土地基表面铺设砂石,埋入垂直的排水管道,然后再用不透气薄膜隔绝大气,将薄膜埋入土中,借助真空设置抽气,使土体内部和垫层、排水通道形成压差。在压差作用下,土体孔隙水从排水通道排出,使土体凝固。具体来讲,就是在应力不变时,通过对孔隙水压力的减小,使水源渗流,强度增强。在负压影响下,地基不同方向的增加应力相同。因此,在地基竖向凝固时,侧向也会发生移位和收缩。
        2、真空预压的设计要点
        2.1设计要求
        在真空预压施工前,必须保证加固地基固结度≥85%以上,处理后的地基承载力≥60kPa,地基残余沉降量<30cm。
        2.2施工顺序
        一般来讲,真空预压的施工顺序为:(1)施工区域排水、晾晒;(2)清理整平施工场地,铺设一层双向土工格栅和土工布;(3)铺设中粗砂垫层,厚度为0.6m。(4)铺设塑料排水板,监测地面沉降。同时,打设搅拌墙,安装真空滤管。(5)安排专人在每个分区安装监测器材,动态监测工作进程。(6)再次清理场地,二次回填砂土,厚度为0.4m。开挖密封沟,回填黏性土后压实,覆盖密封膜,覆水1m。(7)安装真空装置,抽取真空预压。待膜下真空度处于80kPa以下时,持续抽取4个月,真空加载后对地面沉降度进行观测。(8)确保预压至沉降面符合要求。
        2.3铺设砂垫层
        使用真空预压法加固软土时,一方面真空经由砂垫层传递至淤泥、排水板,另一方面地下水经由排水板到达砂垫层,并通过砂垫层流向主管、滤管,从真空泵排出。通常情况下,砂垫层的透水性、级配、含泥量等,影响着真空预压法的应用效果。因此,除要选用中粗砂外,还要确保含泥量在5%以内。
        2.4控制塑料排水板的打设深度
        塑料排水板是一种竖向的排水管道,具有加快土体凝固、垂直排水的作用。同时,还能传递真空度,充分发挥实用价值。


除材料自身需要具备通气功能外,打设深度、间距同样重要。为预防漏气现象的发生,不能将排水板底部打至砂层,确保排水板标高高于砂层1m,排水板外露30m。
        2.5密封墙和密封膜
        为提高一次真空预压施工成功率,需要对加固区周围进行密封。将密封墙布设于加固地区周边,隔绝透气层和周围土体,保证真空正常[2]。具体施工中,可使用泥浆搅拌桩型式,采用四喷四搅法,在滤管主管铺设、真空度测头埋设后进行。一般情况下,密封墙需要埋于淤泥层底面1m。
        密封膜选用真空膜,结合预压区边长,在每边增加10m左右的密封膜,确保密封膜一次成型,其性能指标包括:厚度0.12-0.14mm,渗透系数≤10-n,直角撕裂强度≥80N/mm,断裂延伸率≥220%,纵横拉深度≥15MPa。真空膜铺设完成后,不能急于将抽出水放于真空膜上,而是应该地毯式的寻找真空膜,便于及时粘补破损的地方。
        2.6覆水
        当真空膜下真空度为60KPa后,在膜上加入适量水,可预防膜老化、破裂,增强加固区域的密封性。而且,水的重量还会加大预压荷载,加快施工进程。
        2.7施工监测
        第一,沉降监测。分析得知,沉降监测主要包括:(1)表层沉降。按照10000m2的距离布设观测点,土工格栅埋设后,真空预压铺膜后移至膜上,用砂包袋压实。此过程中,要求沉降标设置点平整,沉降杆不摇晃。(2)分层沉降。深层沉降观测孔布设时,优选荷载量大、土层厚的位置,距离为2m。
        第二,孔隙压力监测。所谓孔隙压力监测,是指施工期间土地荷载下不同深度内的孔隙水压力消散规律,及时了解强度增长、固结情况。同时,通过孔压系统把控施工速度。
        第三,真空度监测。按照700-1000m2的距离布设测头,总量25个,便于监测膜下真空度。
        3、真空预压的应用效果
        3.1工程案例
        某工程利用沿海滩涂围海造陆,使用常规的真空预压法加固吹填软基,加固面积6km2,各标段为2km2的真空预压荷载为650mmHg的吹填土,余水排尽后铺设一层编织布,同时铺设一层土工布、两层优质荆笆,吹填厚性土、中粗砂垫层,打通排水通道,铺设密封膜、滤管。在真空预压阶段,黄砂供应紧缺,加之铺砂人员不足,工程处于半停工状态。通过和业主交流,开会取消原本的设计方案,改为黑砂垫层真空预压施工,并进行如下修改:(1)在砂垫层上方挖设深20cm、宽20cm的滤管沟,深板露出的板头和滤管相连,用黄砂包裹滤管沟后回填[3]。(2)深板打设过程中,如若发现较软区域,立即在原间距基础上加设深短板。具体施工操作如下:
        第一,待排水板打设完成后,按照设计要求预埋分层沉降仪,便于掌握土层变形情况。结合单位提供数据,在深层预压施工前,插板沉降700-1470mm。同时,根据各分区沉降管口资料,推算固结度在85%以上,卸载前各真空区的沉降速率不能超过2mm/d。
        第二,分析、比较加固前后的实验结果,发现地基土物理学指标改善,主要加固土层指标提高。通过对加固前后的取土、十字板剪切试验得知,加固土层的抗剪强度、含水率明显提高。另外,通过对软地基处理分区进行评价,发现经由真空预压处理后,地基承载力为60KPa,符合设计标准。
        4、结语
        将真空预压法用于吹填造陆工程施工中,可减少投资成本、缩短施工周期、提高施工效果。具体施工中,可采用动态设计法,结合现场地质、监测数据,优化设计方案,为后期施工提供指导;对于周围有构筑物的加固区施工,需要结合实际位移;当地基有厚透水层,且有足够水源时,可采用水泥搅拌桩、钢板等措施施工;黏性土层埋深大时,用泥浆搅拌墙的方法密封,增强加固效果,提高整体质量。
       
       
        参考文献:
        [1]张爱霞,李德光,付长宏,等.吹填造陆及吹填土地基处理方法的几点设想[J].港工技术,2016,53(1):90-93.
        [2]赵云霞.深厚软基真空预压法加固效果分析[J].建筑工程技术与设计,2018,26(10):710-711.
        [3]周涛.真空预压加固吹填淤泥技术应用研究[J].中国水运(下半月),2018,18(9):155-156.

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