广东建材２０１１年第１１期 施工技术 真空预压法在吹填软基处理中的效果分析 杨茂勇 （广东金东海集团有限公司深圳分公司） 摘 要：结合海泉湾工程实例，对真空预压法加固软土地基的机理进行阐述，利用现场监测数据，对 表面沉降、分层沉降、孔隙水压力、水平位移的变化进行分析，总结出一些结论。 关键词：真空预压法；表面沉降；孔隙水压力；水平位移；膜下真空度 １工程概况 均匀含１０％￣３０％石英质粗砂。摇震无反应，光泽反应光 珠海海泉湾度假区位于珠海市高栏港区平沙镇西 滑，干强度及韧性高，呈饱和、可塑，局部软塑状态。钻孔 南，濒临黄茅海，与台山市隔海相望，距市区约５Ｏ公里， ＬＫ１一ＬＫ２６、ＳＧ２、ＳＧ ４、ＳＧ ６、ＳＧ ７、ＳＧ ９、ＳＧ ｌ１号遇见该 珠港大道在度假城北面经过，黄茅海深水道在其南面通 层，层厚０．５～１９．６ｍ。 过。二期工程位于平沙镇二虎山南侧，场地拟建温泉会 ③粗砂②一３：褐灰，灰白等色，主要成份为石英质， 所、体育公园、酒店、商业中心、文化广场、景观湖、房地 不均匀含１０％￣３５％粘性土，呈饱和、稍密，局部中密状 产等。二期工程约２．３６平方公里陆域由吹填形成，吹填 态。钻孔ＬＫ１、ＬＫ２、ＬＫ４、ＬＫ６、ＬＫ７、ＬＫＩＯ、ＬＫ１３、ＬＫ１４、 后形成陆域范围内进行软基加固。 ＬＫ１６、ＬＫ１９、ＬＫ２０、ＬＫ２２一ＬＫ２６、ＳＧ１、ＳＧ ２、ＳＧ ４、ＳＧ ６、ＳＧ 根据野外钻探揭露，拟建场地内埋藏的地层主要为 ７、ＳＧ １０、ＳＧ １１号遇见该层，层厚０．５０～６．８０ｍ。 人工填土（Ｑｍ１）层，第四系海陆交互相沉积（Ｑｍｃ）层及第 ④淤泥质粘土②一４：灰黑色，含少量有机质，局部含 四系残积（Ｏｅ１）层，下伏基岩为燕山期花岗岩，场地内各 砂或贝壳及腐木，略具臭味，摇震反应缓慢，光泽反应光 地层按自上而的顺序描述如下： 滑，干强度及韧性高，呈饱和、流塑状态。钻孔ＬＫ１一ＬＫ５、 （１）人工填土（Ｑｍ１）①一１（①为地层编号，下同）：褐 ＬＫ７一ＬＫ２６、￥６２、￥Ｇ４、ＳＧ６、ＳＧ７、ＳＧ９一ＳＧ１２号遇见该层，层 黄、灰褐色，主要由粘性土混合少量砂及植被组成，部分 厚１．５０～１５．Ｏｍ。 孔含少量碎石，结构松散。钻孔ＬＫ１一ＬＫ４、ＬＫ ６一ＬＫ ７、ＬＫ （３）第四系残积（Ｑｅ１）砂质粘性土③：褐灰，灰白等 ９一ＬＫ １０、ＬＫ １２一ＬＫ １６、ＬＫ １９、ＳＧ１、ＳＧ４一ＳＧ５、ＳＧ７一ＳＧ８、ＳＧＩＯ 色，由花岗岩风化而成，原岩结构可辨；无摇震反应，光 遇见该层，层厚０．６Ｏ～２．５ｍ。 泽反应稍有光泽，干强度及韧性中等；呈饱和、硬塑状 人工填土（Ｑｍ１）①一２：为人工吹填砂，灰褐色，主要 态。钻孑Ｌ ＬＫ ３、ＬＫ ５、ＬＫ ６、ＬＫ ８、ＬＫ ９、ＬＫ １２、ＬＫ １５、 由石英质粉细砂混少量粘性土组成，呈松散状。钻孔 ＳＧ ２号遇见该层，层厚０．８０～７．１Ｏｍ。 ＳＧ １、ＳＧ ４一ＳＧ ５、ＳＧ ７一ＳＧ ８遇见该层，层厚３．０～１０．２ｍ。 （４）燕山期（Ｙ ｙ）花岗岩：褐灰、灰白等色，主要矿物 抛石（Ｑｍ１）①－３：灰白、青灰，褐红等色，主要由抛填 成分为石英、长石及黑云母，中粗粒结构，块状构造。本 石块组成，主要为花岗岩及砂岩，块石直径１０￣５０ｃｍ， 次钻探揭露的花岗岩，按其风化程度的不同，可分为全 钻孔ＳＧ１一ＳＧ６、ＳＧ９、ＳＧ１卜ＳＧ１２遇见该层，层厚０．４０～ 风化、强风化及中等风化花岗岩三带： ７．ＯＯｍ。 ①全风化（Ｙ ４）花岗岩④一１：褐灰、灰白色，绝大部 （２）第四系海陆交互相（Ｑｍｃ）沉积层，该地层由淤泥 分矿物已风化成土状，可见残余结构，岩芯呈土柱状，浸 ②一１、粘土②一２、粗砂②一３及淤泥质粘土②一４组成： 水易崩解，合金钻具易钻进。钻孔ＳＧ ２、ＳＧ ４、ＳＧ ６、ＳＧ ①淤泥②一ｌ：灰黑色，含有机质，具腥臭味，局部孔 ９、ＳＧ １１遇见该层，层厚２．３０～８．５０ｍ。 混贝壳碎屑、砂、及腐木。摇震反应缓慢，光泽反应光滑， ②强风化（Ｙ ３）花岗岩④一２：褐黄、褐红色，大部分 干强度及韧性高，呈饱和、流塑状态，各钻孔均遇见该 矿物成分已显著风化，裂隙极发育，岩芯呈土柱状或土 层，层厚０．５０￣２４．３ｍ。 夹碎状块，合金钻具可钻进。钻孔ｓＧ ２、ＳＧ ４、ＳＧ ６、ＳＧ ②粘土②一２：灰褐、褐黄等色，主要由粘粒组成，不 １１遇见该层，揭露层厚３．１０～５．３０ｍ。 ③中等风化（Ｙ ２）花岗岩④－３：青灰、灰白、肉红 一７１— 施工技术 广东建材２０１１年第１１期 色，主要矿物成份为石英、长石及黑云母，中粗粒结构， 整平一铺设聚氯乙烯薄膜一施工密封沟一设置测量标 块状构造，节理裂隙发育，岩芯呈块状及短柱状，金刚石 志一安装真空泵一抽真空预压固结土层 钻具能钻进。仅钻孔ＳＧ ７、ＳＧ ９遇见该层，揭露层厚 ３．１０～３．２０ｍ。 本真空预压工程共３４个真空预压单元块，计划共 使用７．５ｋＷ真空泵６８０台，设计总容量预计达２４００ｋＷ。 根据本次勘察结果，结合珠海地区软基处理经验， 为确保真空预压工程的供电，发电机和供电网络布置， 为满足场地道路管线及其它轻型建（构）筑物场地地基 配电方式为电缆分路馈送，即在发电机棚内，设置多叫 基础的要求，控制建筑物室内外地坪的沉降，该场地宜 路配电箱，用截面积为的五芯橡皮铜芯软电缆沿围堰送 采用插塑料排水板真空预压软基处理措施。 ２真空预压机理 真空预压法是排水固结法处理软土地基的有效方 法，它是利用专门的设备，通过抽水真空泵在砂垫层中 形成一定的真空度产生负压，使土体孔隙中水分排出， 从有效应力原理可知：孔隙水排出，孔隙水压力减少后， 形成负的超静孔隙水压力，有效应力就相应的增加，在 压力差作用下，土体中的水分被排出，土体得到加固，士 体强度得到提高，达到最终加固地基的目的。 根据太沙基有效应力原理有：０＝ｏ’＋ｕ（式１） 两边微分并移项得：ｄ ｏ’＝ｄ ｏ—ｕ（式２） 即：ｄ ０’＝ｄｕ （式３） 式中：ｏ是总应力，ｏ’是有效应力，ｕ是孔隙水压 力。 对于真空预压，土体得总应力不变，由于孔隙水压 力不断减少而造成土体有效应力不断增大，士体在增大 的有效应力作用下进一步发生固结沉降，同时土体得强 度得到提高，在真空预压过程中，由于真空预压是一一种 球应力，三个方向的应力增量均相等，土体中有效主应 力同步增人ｄｕ，同时随着土体有效应力的增大，土体发 生排水固结，最大剪应力与莫尔强度包络线对应的距离 增大，便逐步远离破坏线，土体越来越安全，所以真空预 压加固过程中不会出现地基失稳的现象，同时，真空预 压过程中十体不会产生剪应力，地基土也不会发生剪切 破坏。 ３施工程序 真空预压施工前，应充分作好施工准备工作，制定 施工技术措施。检验排水板、聚氯乙烯薄膜及中粗砂是 否符合技术标准及设计要求，并将检验报告提交监理工 程师审核批准。 在取得监理工程师批准后，开始进行真空预压的下 一步施丁。主要施工步骤有：测量放线搭设排水板一密 封帷幕一铺设主支滤排水管一铺设上层砂垫层一砂面 ７２ 电至各用电点，而所有的控制箱均要考虑雨季防水 漏 电保护装置。 （１）测量放线：用经纬仪和水准仪进行３４单元块测 量放样，用木桩（每２０ｍｌ根）或小竹杆（内插）和白 灰 放出各加固单元边线的准确位置，并用红漆在木桩或小 竹竿上，并标出砂垫层项面的标高；木桩与小竹竿之问 也可用红尼龙绳连接。 （２）铺设主支滤排水管：主支滤排水管分为主（干）管 和支虑管。主管为４寸镀锌铁管，支虑管为２寸镀锌铁 管，外包土工布滤水网。主管和支滤管间采用变径一通、 四通连接，同管径的对接采用丝扣连接。全部吸水管均 须埋入砂层中，并通过出膜器及吸水管与真空泵连接。 在挖密封沟的同时，可进行主（干）管和支滤管的加 、 连接和安装埋设。进行此道工序的同时，应将露出砂挚 层表面的塑料排水板头埋入砂垫层中。 （３）按照设计要求，在真空预压范围内铺设砂垫层， 共需砂垫层３２万ｌＩｌ。，采用含泥量少于５％中粗砂， 次 铺设０．４０ｍ厚。摊铺方式采用人工分块摊铺平整。 （４）为保证真空预压加固效果，两个相邻单元块之 间，须开挖真空预压密封膜沟，单元块内要预留２ｍ间隔 不铺设砂垫层。密封沟布置在各单元块的四周，在真空 预压施工中它主要起周边密封的作用。根据密封沟的位 置，可分为加固块外侧的密封沟和两单元块之问的密封 沟，它们分别具有不同的断面。密封沟施工采用液压反 铲挖掘机结合人工开挖，在铺设密封膜后，密封沟还要 用淤泥或粘土回填。 （５）在完成上述两项工作后，应先拣除砂垫 表面的 尖棱小石子、尖锐贝壳及其他杂物，并人工细平砂垫层 表面。待埋设完真空表测头及其他观测仪器后，用人： 将三层聚氯乙烯专用密封薄膜分层铺放覆盖整个真空 预压单元块。然后将膜体周边埋入密封沟内，用淤泥、粘 土回填密封沟并压实，再向上修筑密封水围堰。 （６）出膜连接与真空泵系统安装：真空主管道通过出 膜器及吸水胶管与真空泵连接。出膜器的连接必须牢 广东建材２０１１年第１１期 固，密封性可靠安全。 施工技术 深度要求埋入不压缩变形土层１．０ｍ以上。在软土层中 （７）在完成上述工作后，即可开始抽真空及抽充密封 按３～４ｍ的间距埋设测环，软土层底于硬土层交界面处 水膜。开始抽真空以后，加固单元块内膜下真空度会持 须埋设１个测环，在土层分界处也须埋设磁环。磁环埋 续上升。当其膜下真空度达到并稳定在８０ＫＰａ以上时， 设时应充分考虑土层的分层情况，且分层沉降导管的长 即进入真空预压工程的正常预压阶段。根据我司的施工 度必须适应沉降的需要，不得出现导管单根长度过小导 经验，在试抽真空３０天左右，即可进入正常真空预压阶 致磁环无法自由下滑的现象。 段。 （５）空隙水压力监测。主要监测施工过程中饱和软土 （８）真空预压卸荷验收当真空预压加固单元块在膜 层内在不同深度处得空隙水压力的增长和消散过程，分 下真空度达８０ＫＰａ的条件下连续抽真空三个月，或地基 固结度Ｕｔ≥８０９６时，即可以停机卸荷，交工验收。 ４现场监测 本工程中，根据真空预压法加固地基的特点，结合 吹填区场地的地质情况，在加固区域布设了监测断面， 监测项目按照设计要求主要包括表面沉降、分层沉降和 孔隙水压力等方面，针对吹填区的加固监测采用如下具 体要求。 ４．１监测技术要求 （１）所有测点均需要安装记录（或安装结构图）并测 量坐标，需钻孔埋设的需附地质桩状图，安装记录作为 监测资料的一部分存档，埋设完毕的次日提交。 （２）变形观测精度。变形观测点的观测精度满足二等 精度要求，即：点位中误差不超过±３．Ｏｍｍ，高程中误差 不超过±１．Ｏｍｍ。沉降观测往返较差、附合或环线闭合差 精度要求≤０．３０ｎ（单位ｍｍ，其中ｎ为侧段的测点数）。 （３）表层沉降监测。场地插板期间的沉降可采用以下 一种方法测量：①在插板前后分别按ｌＯｍ×ｌＯｍ问距测 量场地高程，前后两次测量高程之差即为插板期间的沉 降量；②插板前在砂垫层上埋设沉降板进行观测；真空 预压区在铺设密封膜后应重新进行沉降板的埋设（将沉 降板从砂垫层顶移至密封膜上）。 控制点标高应定期进行复核，在校核中如果发觉所 设置引用的控制点有变化，应及时予以更正，避免引起 观测数据的偏差。 沉降标板底面积不小于０．５ｍ×０．５ｍ，板上沉降杆 必须是可以接长的，每一节长度为１．５ｍ，连接到堆载顶 面以上ｌｍ为止。根据工程进展的情况，在预压区应将沉 降板内管子外管逐节升高，同时在填方过程中，须对管 口安装活动防护罩。 （４）深层（分层）沉降监测。分层沉降用于监测土层及 其下卧土层在预压期间的沉降情况。每组分层沉降埋设 析土体不同深度不同时间的有效应力排水固结的变化 情况，用以推算饱和软土层经处理后的固结度、强度及 强度增长，分析地基的稳定性，控制加载速率，避免堆载 过多或过快而造成地基的破坏。每组空隙水压力的测头 宜分孔埋设；如在同一孔内埋设多个探头，则必须对测 管进行分段封堵。空隙水压力测头在软土层中按大致 ３～４ｍ的问距埋设测点（与分层沉降测环位置对应）。 （６）水位监测。监测预压过程中地下水的变化情况。 水位管的虑管部分埋入稳定水位至少２．０ｍ以下，且进 入原泥面以下不少于３ｍ。一般情况下水位观测与空隙 水压力观测同步进行。 （７）深层侧向位移观测（测斜）。监测预压过程中不同 深度土层各点的水平位移情况，测斜管需穿透护岸砂袋 及下部土层，并进入强风化岩层至少１ｍ．要求每隔０．５ｍ 深度观测１次。测斜管采用钻孔埋设。 （８）边桩。监测表层土体的水平位移情况。应打入标 志桩或设置明显标志点。 ４．２巡视检查 （１）地基处理施工期间，每天均应由专人进行巡视检 查，对现场施工工况、周边环境、监测设施或其他内容进 行巡视检查。 （２）巡视检查宜以目测为主，可辅以锤、钎、量尺、放 大镜等工具以及摄像、摄影等设备进行。 （３）对自然条件（气温、雨量、风级、水位）、防护结构、 施工工况（现场施工进展、堆载施加情况等）、周边环境、 监测设施（基准点及监测点完好状况、监测元件的完好 及保护情况、有无影响观测工作的障碍物）等的巡视检 查情况应做好记录。检查记录应及时整理，并与仪器监 测数据进行综合分析。 （４）巡视检查如发现异常和危险情况，应及时通知建 设方及其它相关单位。 ４．３报警值、监测点维护及其它 （１）所有监测设施处均应记录施工的加载过程并绘 一７３— 施工技术 广东建材２０１１年第１１期 制加载过程曲线，荷载要求转换为ＫＰａ单位。如监测设 （业主、设计、施工、监理等）的发送与共享工作，要求做 施处的加载与其他周围加载不一致需在监测日报中描 到每天的监测数据当天通过内部网，电子邮件或其它有 述清楚。 （２）所有监测点均需在施工前准确地（不少于３次） 效方式发送给所有参建单位。 （９）施工单位是现场施工的第一责任人，施工单位应 测定其初读数；监测频率可根据施工情况进行调整。各 重视监测数据、充分利用监测数据，施工单位应有专人 监测设施的观测必须认真、细致精确、严格按照规范规 每天对监测数据进行分析跟踪，要主动提供监测数据控 定的操作规程进行。监测设施埋设后２天内向业主、监 制施工节奏，对现场施工全面负责。对监测数据或有关 理、设计提供监测设施埋设图。 （３）施工期需加强观测，监测时必须根据施工堆载速 度，跟踪测定地基变形（土体沉降和位移）、强度和空隙 谁压力等。 监测控制标准如下： 地表沉降：联合堆载区沉降速率￣＜２０ｍｍ／ｄ。当加固 区边界处的表层沉降超过１０ｍｍ／ｄ时，须做出警戒； 水平位移（测斜和边桩）：位移速率预警值３ｍｍ／ｄ， 报警值４ｍｍ／ｄ，并控制位移速率￣＜４ｍｍ／ｄ。最大累计位 移≤２００ｍｍ； 空隙水压力：∑△Ｕ／∑Ａ Ｐ≤０．５～０．６。 （４）堆载期间，监测单位须每１天向业主、监理、设计 提供监测资料及分析报告；满载后前１个月期间，每２ 天向业主、监理、设计提供监测资料及分析报告。 （５）施工单位和监测单位应对现场监测设备进行保 护。在整个施工期内，监测单位应对仪器进行维护，使其 保持良好状态，监测单位应对其工作做好计划和安排， 对仪器进行防护，不使仪器造成意外损伤。当监测仪器 发生损坏时，应停止５０ｍ半径范围内的所有工作，并立 即通知业主代表和施工监理。在２４小时内在损坏仪器 附近重新安设～个新的仪器，使监测数据能够保持延 续。 （６）在施工期间，只要监测指标超标，或有危险裂隙 等情况，或其它异常情况即应发出监测警报。当监测结 果达到警戒值（监测控制标准）时，必须增加监测频率并 立即向监理、业主进行口头报告，以便及时采取相应措 施确保施工和周围环境的安全，并在２４小时内书面报 告递交到监理工程师和业主代表、设计代表。当监测指 标超标时，须待沉降、位移等低于设计值且稳定３～７天 方可继续施工。 （７）取得资料后监测应及时进行整理和过程分析，及 时反馈给有关单位；对施工速率控制或改进施工方法或 优化设计参数提出建议或措施，做到信息化指导施工。 （８）监测单位应做好监测数据与工程施工相关各方 ７４—— 报表的反映要积极主动，当出现紧急情况，应首先白行 采取必要措施，不允许施工单位以没有接到监测单位或 监理或设计等单位的指令为理由而不采取或拖延采取 相关措施。 ５结论 （１）结合海泉湾新造吹填陆域的周边环境及施工材 料条件，在工期紧张、加固基础面积大的情况Ｆ，采用适 宜的真空预压加固地基方法非常合理，能够满足施 Ｉ 工 期及施工强度的要求。 （２）利用真空预压大气加固地基与常规堆载排水预 压相比，不需要大量堆载材料（本地堆载料缺乏），施 成本低，工期能够大大缩短。 （３）在同等条件下，真空预压处理后的地基比堆载排 水法处理地基密实度高，加固均匀，平均沉降量人，抗剪 强度增长率也较大。 （４）真空预压加固深度较大，海泉湾地区土体得沉降 主要在地面以下２５ｍ左右土体，要求沉降均匀，真空预 压完全满足施工处理的要求。 （５）真空预压能够使地基产生较大的沉降速率，吲时 在预压阶段土体中产生水平向位移，能够提高工作商层 的有效荷载及稳定性，不会对周边产牛不稳定破坏，有 效地缩短施工工期。 （６）本次大面积的吹填软基中，采用真空预压加载的 方法加固地基得到成功应用，有效地保证施工ｊ二期，同 时降低了采用以往常规软基加固处理方法的施＿［成本， 达到业主期望的效果。●
