摘要：某码头+水闸项目位于浙北地区，处于杭州湾北岸中部益山与独山之间的六里湾岸段，工程总平面由外海卸煤码头、陆域堆场、内河港池、水闸四部分组成。陆域形成采用吹填砂，包括整个陆域范围。受政策处理、宕渣料源紧张、工期要求等多方面影响，内河港池以西吹填区被1#隔堤、2#隔堤分成三块区域，由西向东依次为区域一、区域二、区域三。陆域区域一于2012年6月完成吹砂至+3.0 m高程，1#隔堤西侧约25.4万m2区域采用堆载预压法加固软土地基，加载4.5 m厚宕渣；区域二、三于2014年3月完成吹砂至+3.0 m高程，并将区域二分为A1-A4、B1-B4八个区块，采用真空预压法加固软土地基，真空预压总面积约16.62万 m2，是浙北地区首个真空预压软土地基处理工程。
本文主要讨论陆域区域二软基处理工程中的施工难点和创新工艺，为浙北地区真空预压加固软土地基技术推广提供实践支撑。
1 地质概况
本工程位于嘉兴港独山港区D区，益山与独山之间的六里湾岸段，处于长江三角洲徐缓沉降区内，第四纪以来新构造运动的主要表现为区域性沉降和堆积了较厚的松软沉积物。工程新建一条五十年一遇标准的海堤，该堤轴线从独山围堤的西端开始，沿着-2.0m等深线走向，经独山外侧向西，终于嘉兴电厂卸煤码头栈桥根部北侧，陆域纵深370m左右。
煤堆场陆域建于滩地上，地平坡缓，滩地地面标高为-2.0m～0.0m，设计地面标高为3.0m，吹填形成陆域。
1.1地质资料
根据**设计研究院2011年5月《**中转码头工程施工图设计阶段工程地质勘察报告》和吹填砂施工情况，真空预压区地质特征自上而下分述如下：
吹填砂，砂源为九龙山海域海砂，细度模数1.98，含泥量2.36%，层厚3~5 m。
1淤泥质粉质粘土，含水量49.7%，孔隙比1.401，液性指数1.48，层厚0.3~4.7 m。
1淤泥质粉质粘土，含水量39.0%，孔隙比1.105，液性指数1.20，层厚1.4~21.7 m。
2淤泥质粉质粘土，含水量41.3%，孔隙比1.165，液性指数1.05，层厚2.2~17.1 m。
1淤泥质粉质粘土，含水量40.6%，孔隙比1.161，液性指数1.15，层厚2.5~13.0 m。
2淤泥质粘土，含水量47.1%，孔隙比1.310，液性指数1.04，层厚2.3~3.3 m。
另外，地勘资料显示该区域不同深度点状分布硬沙层。
1.2地基要求
地基处理的主要目的是减小工后沉降，以满足沉降控制标准。根据设计，堆场煤炭堆载初期堆高8 m，地基承载力80 kPa，最终堆高12 m，地基承载力120 kPa。道路设计荷载要求可承受30 t汽车。
2 主要施工工艺及质量控制
由于同地区缺乏真空预压软基处理经验，项目于2012年7月至2012年11月选取区域一2500 m2 试验块进行真空预压试验，监测面层沉降、深层分层沉降、空隙水压力、真空度等试验数据，并进行相关室内外土工试验，根据试验结果优化区域二软基处理设计，有针对性地加强区域二真空预压施工工艺质量控制。
真空预压大多数工艺为隐蔽工程，出现质量问题难以排查，所以该工程施工不仅要遵守设计说明和相关规范，更要根据现场实际施工反馈调整施工过程，以达到最优的质量控制。
2.1排水板
排水板采用B型板，等边三角形布置，间距1.3 m，深度19 m，排水板的外露长度20 cm。工程使用的所有批次排水板均经过厂家自检、施工单位自检、监理抽检、第三方送检等多项检测，确保排水板各项技术指标满足设计要求。排水板装运和储运期间做好保护工作，避免因暴晒、污染、老化、外力等原因破坏排水板质量。
施工前测量并用石灰标记打设位置，确定后的位置留有明显的标记。打设机就位后，管靴与板位标记偏差控制在5 cm以内。排水板打设位置与设计位置的最大偏差控制住10 cm以内。打设机上设置人工操作的机械平衡装置，保证打设机械的平衡度和垂直度，打设后塑料排水板的垂直度偏差控制在1.5%以内。
打设过程中，板进尺长度不够时，不允许搭接，以保证塑料排水板的排水性能。出现回带长度超过50 cm情况立即重新补打。
由于区域二紧邻独山山脚，地质复杂，排水板打设过程中多次出现排水板无法打设到设计深度的情况，施工单位针对异常情况立即停止异常区域内排水板打设，对未达到设计深度的排水板及时统计报设计，分析原因。设计根据施工日志和现场勘查及时提出应对方案，对于可以继续打设的区域采取补打方案，适时调整打设深度；对于打设深度仅有3~6 m的小部分区域采取开挖措施，根据实际地质情况调整该区域排水板方案，确认有岩层的区域调整该区域密封墙施工方案；对于小部分已无法采取补打或换填措施的区域，待真空预压结束后根据实际沉降采取措施。
2.2密封墙
本工程密封墙采用黏土密封墙，由两排桩径为Φ70 cm泥浆搅拌桩组成，搭接宽度为20 cm，桩中心距50 cm，密封墙深度以8.5 m（桩底高程不高于-5.5 m）为控制标准。根据泥浆试验，为达到设计要求渗透系数小于1×10-6 cm/s及粘粒含量大于15%，现场施工时主要以泥浆比重1.35 kg/m3进行控制。打设方式采用四喷四搅方式，控制上搅时间不少于10 min，下搅时间不少于8 min，打设定位对中，控制桩位放样误差小于50 mm，搅拌轴垂直度偏差不超过1.5%。
真空预压原理是负压固结，是将整个加固区域变成一个密封体，然后通过真空泵对密封体进行抽真空，使密封体与大气接触面形成气压差，利用大气压力加速土体固结，因此整个真空预压区域密封性能直接影响真空预压成败。真空预压的密封系统由密封墙、密封膜、压膜沟和膜上覆水组成，其中只有密封墙是隐蔽工程，开始抽真空后出现问题无法补救，是整个真空预压质量控制的重点。
根据真空预压试验块经验教训，区域二真空预压决定对密封墙进行钻孔取芯试验来确保密封墙质量满足设计要求，主要试验指标为渗透系数小于1×10-6 cm/s及粘粒含量大于15%。由于设计要求、规范以及以往同类工程均未有对密封墙钻孔取芯试验描述，而且目前国内对是否需要进行密封墙钻孔取芯试验存在争议，所以业主和施工单位就密封墙钻孔取芯试验的取样时间、位置、数量等事项进行多次沟通确认。黏土密封墙钻孔取芯试验最终在外围南、北两长边各钻孔取芯3块，外围东、西两短边各钻孔取芯2块，共取芯10块，相邻钻孔位置大于50 m，所有芯块试验指标符合设计要求。
真空预压黏土密封墙钻孔取芯试验如果操作不当，不仅无法真实反映密封墙技术指标，反而会对黏土密封墙密封性造成破坏，影响真空预压效果。
2.3抽真空
抽真空装置选用7.5 kW真空射流泵，按照真空预压管路布置图进行安装，每750 m2布置一套，共217台，真空泵进水口和出膜口尽可能保持在同一平面。《真空预压加固软土地基技术规程》（JTS 147-2-2009）推荐“每台（抽真空）设备的控制面积宜为900~1100 m2”，但是考虑到本工程是嘉兴地区首个真空预压软基处理工程，为规避施工中不确定因素，施工按每台真空泵控制面积650~750 m2布设泵机，抽真空时按每台真空泵控制面积900~1100 m2开启泵机，根据监测结果进行调整。
抽真空前期如果开泵数量过多、压力变化急剧，可能会破坏密封墙密封性，影响真空预压效果。抽真空开泵过程温和，控制膜下真空度缓慢上涨，利用30天左右的时间将膜下真空度提高到80 kPa，施工后期增加开泵率、调整真空泵开行位置，保证所有区块膜下真空度稳定在80 kPa以上。抽真空过程安排专人对密封膜进行巡视，发现破膜、漏气，立即修补。
抽真空过程尤其要重视施工现场临时用电安全：发电机、配电箱、线路等必须由专人定期维护检查，做好记录；电缆必须架空，不得浸泡水中；所有人员进入真空预压施工区域前必须对施工区域进行验电，进入人员须穿戴绝缘工作服和绝缘手套。
3 监测数据修正、分析
为及时反馈真空预压加固效果，本工程主要监测开泵数、面层沉降、分层沉降、膜下真空度、竖向真空度、孔隙水压力等指标，对监测数据分析、修正，根据监测结果提供综合分析报告，对施工过程进行预判，指导施工。
监测仪器数量及平面布置见图3-1。其中竖向真空度监测仪器只放置在A1、A3、A4、B4区块。
图3-1 监测平面布置图
2014年8月10号，所有区块抽真空已近一个月，已进入施工关键期，取当日监测数据修正后见表3-1。
表3-1 2014.8.10主要监测数据
根据设计计算书，土体最终理论沉降约为1000 mm，区域一堆载预压软基处理沉降观测结果显示平均沉降约为800~900 mm。区域二真空预压荷载80 kPa，与区域一堆载预压荷载相同，预期真空预压施工结束时沉降约为700~800 mm。
从表3-1中面层沉降数据来看，前阶段真空预压效果较为理想，达到了设计预期效果，但多数区块膜下真空度仍未稳定在80 kPa以上，后续施工中将增加开泵率或调整真空泵开行位置，保证所有区块膜下真空度稳定在80 kPa以上，以满足设计要求。《真空预压加固软土地基技术规程》（JTS 147-2-2009）要求：“施工后期抽真空设备开启数量应超过总数的80%”。表3-1中竖向真空度数据显示超过4 m真空度衰减较快，且真空最深仅传递到设计预压面以下7 m处，根据分析，测量方法或测量仪器可能存在偏差，由于仪器埋设已无法重新调整，只有在后续监测过程中优化竖向真空度的监测方案。真空预压施工监控中面层沉降和膜下真空度为主控项目，当面层沉降和膜下真空度2项数据与设计预期不吻合时，需要利用其他监测项目数据分析偏差原因。
到2014年10月6日，所有区块沉降趋于稳定，根据现场实测沉降资料推算沉降量及固结度见表3-2，推算公式为：
表3-2 试验结束各区块实测沉降量及推算固结度
沉降量及固结度计算采用双曲线拟合法。
实测沉降量与设计预期以及区域一堆载预压沉降对比基本吻合。
真空预压所有区块停泵卸载后进行工后检测，主要包括现场原位强度检测、钻探与室内试验和地基承载力检测。工后检测结果表明，地基承载力等指标符合设计要求，达到了预期地基加固效果。
4 结论
浙能嘉兴独山煤炭中转码头区域二软基处理工程是浙北地区首个真空预压地基处理成功案例，工程地质条件在嘉兴港区具有代表性，对工程施工总结如下：
本工程塑料排水板采用B型板，施工后期发现排水板老化现象较严重，由于本工程工期较短，技术指标尚能满足要求，建议土体含水率高、施工工期长的工程采用A型板，间距也可适当缩小；
密封墙质量控制确保渗透系数小于1×10-6 cm/s及粘粒含量大于15%，土源土样试验须在排水板施工期及时完成，各项试验指标应高于设计标准；建议对密封墙进行钻孔取芯试验，但是要控制钻孔数目、位置，尽量少钻孔；海边螃蟹、跳跳鱼等生物较多，压膜沟应尽量深挖，避免海洋生物活动破坏密封系统；
抽真空要控制开泵数和开行位置，本工程前期逐渐增加开泵数，利用约50天时间将膜下真空度控制在稳定80 kPa以上，施工后期开泵率一直控制在布泵数的80%以上，卸载后保持20%开泵率继续运行2~3天，这种“前慢后稳”的开泵方案达到了设计预期沉降效果，且卸载后能够将回弹控制在理想范围。
通过与区域一堆载区类比，真空预压法加固软土地基在能耗、工期、环保等方面明显优于堆载预压法，加固后土工试验各项指标均满足设计标准。
论文作者:董舟舟
论文发表刊物:《基层建设》2018年第18期
论文发表时间:2018/7/23
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