（天津港航工程有限公司，天津300457）
摘要：本文详细介绍了真空联合堆载预压的施工工序、方法，以及施工过程中的监测。可为类似工程提供借鉴意义。
关键词：真空联合堆载预压；软基加固；施工技术；监测
前言
真空预压加固软土地基的基本原理，最早由瑞典人杰尔曼教授（w.kjellman）于1952年提出。其原理是将软基处理区域作为一个密封体，通过真空泵负压源将土体中的孔隙水和空气抽排出加固体，从而使土体固结，提高地基承载力。真空联合堆载预压是将真空预压和堆载预压有机结合起来处理软基的一种方法，近年来逐渐在填海造陆、码头后方堆场软基处理中得到广泛应用。下面结合港珠澳大桥珠澳口岸人工岛填海工程南标段岛壁区采用真空联合堆载预压处理工程实例作简要介绍。
1工程概况
港珠澳大桥珠澳口岸人工岛作为港珠澳大桥的重要组成部分，建设总金额为18.35亿元，珠澳口岸人工岛填海工程于2009年12月15日开工建设，人工岛东西宽930至960m、南北长1930m，工程填海造地总面积近220万m2，珠澳口岸人工岛是港珠澳大桥项目最早开工的工程项目，也是港珠澳大桥项目中填海面积最大的人工岛工程。
珠澳口岸人工岛填海工程分为南北两个标段，其中南标段由中交一航局和天航局组成联合体施工，工程主要包括东、南护岸，西护岸，陆域形成和地基处理四个单位工程，其中斜坡式东护岸1027.33m ，斜坡式南护岸1551.37m，半直立式西护岸867.70m，真空联合堆载预压地基处理约10万m2，堆载联合降水预压地基处理约95万m2。
2工程地质条件
本工程探区地层主要由第四纪覆盖层（地层代号①～6）、残积土（地层代号7）和风化花岗岩（地层代号8～⑩）组成。
覆盖层中的1淤泥层为海相沉积地层，遍布全探区，平均厚度10m左右，层中夹有流泥等透镜体或流泥不连续分布，无明显的单元土体划分的界限，局部夹有砂层或底部呈淤泥质土，该层含水率大于70%，强度低，高压缩性。
覆盖层的2层为陆相沉积，几乎遍布全区，位于1淤泥层之下的粘性土，褐黄等色，可塑为主，局部揭露有松散～稍密的砂层，该层厚薄兼有，含水率一般在30%左右，强度中等，中等压缩性。
覆盖层的3及5层为海陆交互相沉积地层，探区内多呈透镜体或不连续分布或缺失，一般厚度不大，局部较厚，以粘性土为主，多呈淤泥质土或粉质粘土状，间有砂层。该层含水率一般小于50%，强度较低，中等～高压缩性。
覆盖层的4及6层为海陆地层，遍布全探区，分别位于3及5层之下。主要由粘性土及砂层组成，砂层比较复杂，各种砂均有，并混有粘性土，同时状态差异很大，犬牙交错，多与粘性土互层。粘性土含水率一般在30%左右，强度中等，中等压缩性。砂的状态由松散～密实都有且没有规律。
残积土⑦主要为花岗岩风化残积而成，已完全变为土，在本区主要呈现为砂质粘性土，部分含砂较少则呈粉质粘土状、粉土状。该土层比较单一，分布较广，含水率一般小于30%，强度中等，中等压缩性。
风化花岗岩遍布全探区，本次钻探大部分钻孔在⑧强风化花岗岩终孔，强度较高，中等压缩性。个别钻孔在⑨中风化或⑩微风化花岗岩终孔。
3施工过程
岛壁区真空联合堆载预压处理面积约10万m2，分为4个小区D1区～D4区，真空联合堆载预压法加固软基的断面示意图如图1所示。真空联合堆载预压加固软基施工主要包括：铺设砂垫层、打设塑料排水板、打设泥浆搅拌墙、真空管安装、密封膜铺设、真空泵安装、抽真空、堆载砂、卸载等工序。
3.1陆域形成及砂垫层施工
首先进行临时围堰底土工格栅和土工布的铺设的施工，抛填水下砂垫层，之后进行水下排水板的插设施工，排水板施工完毕，进行西护岸临时围堰充填砂袋施工，结合充填砂袋的施工进行岛壁区吹填中细砂施工，中细砂吹填至+2.0m标高，验收合格后采用皮带船配合推土机进行中粗砂垫层施工，砂垫层标高+3.0m。
3.2塑排板的施工
中粗砂垫层施工至+3.0m标高之后进行陆上塑料排水板打设，塑料排水板施工采用液压插板机，塑料排水板采用B型，排水板呈正方形布置，排水板间距1.0m。排水板打设底标高-13.13m～-23.45m，排水板外露长度不小于20cm，塑料排水板施工完成并经验收合格后及时将板头埋进砂垫层中。
3.3泥浆搅拌墙施工
在真空联合堆载预压边界区域采用双排泥浆搅拌桩，各分区之间采用单排泥浆搅拌桩，搅拌桩机采用单轴搅拌桩机，单桩设计直径700mm，纵横两桩彼此搭接200mm，间距500mm，泥浆搅拌桩封闭墙的深度探摸按30m一个孔的布置原则，布置钻孔超前探摸，通过探摸确定泥浆搅拌桩打设深度。泥浆搅拌桩泥浆掺入比，要求不小于40%，并掺入5%的膨润土；渗透系数不大于1×10-6cm/s；施工时搅拌头下搅速度1.2m/min，上搅速度0.8m/min，施工采用6喷6搅。
3.4抽真空系统布设
（1）主滤管及其布置
a.埋于砂垫层中的管道分主管和滤管两种，管材为PVC管，主管直径为76mm，滤管直径为50mm，管壁厚2.2 mm～2.6mm。要求能承受400kpa的压力。滤管上分布有均匀间距的孔洞，并在管子外面包裹起反滤作用的无纺土工布。
b.当主管和滤管需连接时，可用三通、四通式加以连接，在主管的端部当它与滤管连接时，应采用三通连接，同时注意要密封。滤管与滤管、主管之间多采用软接头，该种布置形式能保证整个加固区内真空度均匀一致，而且个别泵停机检修对真空度几乎无影响。
c.现场铺设时，将滤管的末端用木塞或PVC圆板封死，然后再套上预先缝制好的反滤布套，注意反滤布一定要把滤管上的孔洞盖住，再用细绳把滤布套两端捆扎牢靠。布设时滤管间距为6m，一切安装结束后，将整个滤管埋入砂垫层中埋深约30cm，而出膜装置的开口部分暂时用布包好，以防砂子进入管内。
（2）主管的出膜装置安装
安装时在主管的出口部位连接一个带有法兰盘的弯曲钢管，放置上密封橡胶垫圈，再将膜外的垫圈和有4孔的膜外法兰盘置于膜上，加上螺栓拧紧，形成主管出膜装置，再通过钢丝螺纹橡胶软管，把抽真空装置与膜下的管路系统联系起来，形成一抽气系统。
（3）抽真空装置安装
抽真空装置选用真空射流泵（7.5kW），按照真空预压管路布置图进行安装，每 800m2～1000m2布置一套，同时每区准备至少4套备用真空泵，以保证抽真空连续进行。每台真空泵与膜下真空主干管连接均设止回阀，以方便日常维护。将真空泵水平放置，真空泵进水口和出膜口保持同一平面，以保证真空泵能发挥到最大功效。
3.5密封系统施工
铺设密封膜前应先捡除砂垫层表面的尖棱小石子、贝壳等杂物，且人工细平垫层表面，待埋设完真空表测头及其它观测仪器后，在加固区内铺设一层土工布，然后再铺密封膜。密封膜的大小按照加固区的面积及平面尺寸预定，每个加固区边预留4m长度。密封膜铺设2层，采用聚乙烯（或聚氯乙烯）薄膜，厚度大于0.12mm。在出厂前先将密封膜一次热和。铺设密封膜时，先将密封膜垂直摆放在加固区中轴线上，从一端开始依次向两边展开，用砂包及时压实。在铺设一层薄膜后，仔细检查薄膜，如存在破损，及时进行修补；铺设第2层薄膜后，同样详细检查，并用砂包压实。
踩膜施工对于保证密封膜的密封效果非常重要。踩膜施工自一端向两侧进行，所有踩膜人员均赤脚作业，安排专人负责质量监督，保证密封膜埋深超过1m，两层密封膜分2次完成。
3.6设置沉降板
为了掌握抽真空期间，加固区内土体的沉降变化规律，根据规范要求，在相距50～100m的断面上布置1～3个沉降观测点。沉降板底座用土工布包裹好，防止弄破密封膜，安置好后建立初始值。
3.7抽真空及真空维持
上述工作完成后，既可开始试抽真空，检验密封情况，真空预压的抽气设备宜用射流真空泵，真空泵空抽时必须达到96kpa以上的真空吸力，膜下真空度应稳定在85kpa以上。
3.8膜上土工布、堆载砂施工
当膜下真空度稳定后达到不小于85kpa并维持15天后，为保证真空膜不破裂，先在密封膜上铺设一层土工布，土工布铺设要求平整、无撕裂现象，土工布铺设完成后，进行岛壁区分级堆载砂施工。
岛壁区分级堆载施工共分4级堆载砂（第一层、第二层、第三层厚度为1.0m，第四层厚度为0.6m），堆载砂厚3.6m（+3.0m～+6.6m），堆载砂完成后再抽真空联合堆载预压约100 天（见图3），当地基土固结度达到设计要求时停止抽真空。
分级堆载砂采用容重不小于17kN/m3，含泥量不大于10%的细砂，回填料应严格要求分层摊铺。铺设下一级砂料时，前一级砂料要求至少向外摊铺50m宽的作为反压。
在加载过程中，要注意观察沉降速率和侧向位移，如果超过规范要求，要停止加载。
在堆载和观测的过程中，必须严防将沉降盘碰斜或撞倒，如发生这类情况，应及时扶正进行补测，以免因此而测得的沉降量失真。
加载速率按照设计要求并根据监测结果，每级堆载的加载时间按≤5天控制，每级荷载在静压10天后再进行下一级的加载。
真空联合堆载预压经监测单位观测、分析达到设计要求后，停止抽气，进入卸载施工。
4施工过程中的监测
4.1膜下真空度观测
观测表取气点布置在两滤管平行距离的中间，位置靠近加固区边的部位且离开加固边界不小于5.0m，严禁将取气端埋入滤管和主管内，膜下真空观测表按800m2～1000m2一个均匀排布在靠边位置，抽真空期间进行膜下真空度观测。抽气开始头几天，每隔2h测读一次，当真空压力达到设计要求后，可每4～6h测读一次，并做好记录，最后绘制成膜下真空的时间过程线。
4.2地表面的沉降观测
在铺好的密封膜膜上按照设计要求布置沉降盘，沉降板由一块面积20cm×20cm，厚度为5mm左右的铁板做成，铁板上中央部分焊上长1m可接长的钢管，放置时其底座下垫两层土工布，以防弄破密封膜。膜面沉降初值观测在沉降标放毕，抽气以前进行。加固区一经抽真空，膜面沉降测量也应正式开始，而且自始自终不能停，初期一天测一次，当沉降速率接近2.0mm/d时，连续观测一周，且经过核算满足以下条件时：（1）地表沉降—时间曲线推算的地基固结度不低于80%；（2）残余沉降量要求不大于250mm；（3）差异沉降按坡度不大于1/400，便可停止抽气进行卸载。
5结语
通过真空联合堆载预压法在港珠澳大桥珠澳口岸人工岛填海工程中运用，充分发挥了真空预压和堆载预压两种软基处理方法的优势，加速了软基排水固结的速度。同时因真空预压使加固区始终处于负压状态，在负压状态下加固区产生向内的收缩变形，该向内的收缩变形可以抵消由堆载砂产生的向外的挤出变形，有利于维护周围地基土的稳定。实践表明真空联合堆载预压方法处理软土地基是一种安全可靠且经济有效的方法。
参考文献：
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[2]JTS147-2-2009真空预压加固软土地基技术规程[S]
[3]刘兵，蔡南树，艾英钵．大面积吹填软土地基真空预压施工工艺[J]．水
运工程，2006（9）
论文作者:阎玉涛
论文发表刊物:《建筑建材装饰》2016年3月第5期
论文发表时间:2017/1/4
标签：预压论文; 真空论文; 人工岛论文; 真空泵论文; 压缩性论文; 泥浆论文; 护岸论文; 《建筑建材装饰》2016年3月第5期论文;