張艷芬，莫海軍

(1.廣東科學技術職業(yè)學院建工學院，廣東珠海519090;2.澳門龍昌建筑工程有限公司)

1952年，瑞典皇家地質學院杰爾曼教授(W.Kjellman)首次提出了真空預壓加固法，隨后美國、日本、蘇聯(lián)、法國等的探索和研究，在機理研究、設計理論、施工工藝等方面都得到了較大的發(fā)展。我國從20世紀80年代開始，對真空預壓加固軟土地基施工工藝和設計方法等方面也做了大量研究，并在工程應用中得到很大的發(fā)展，已廣泛應用于高速公路、港口、機場、堤壩邊坡等工程的地基處理中，加固效果明顯并取得了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益［1，2］。本文通過澳門國際機場二期工程南停機坪地基加固工程的實際應用，對真空預壓法主要工法進行了研究分析。

1 真空預壓法的原理

真空預壓加固軟土地基，是排水固結法的一種類型，其作用原理為地基在真空負壓作用下，孔隙中的水被慢慢排出，孔隙體積慢慢縮小，地基發(fā)生固結變形，同時，有效應力逐漸提高，地基強度逐漸增長。真空預壓法由排水系統(tǒng)和抽真空裝置組成，排水系統(tǒng)由砂井或塑料排水板等豎向排水體組成，其目的是增加土層的排水途徑并縮短排水距離，減少軟土固結所需的時間;抽真空裝置由射流泵抽氣實現(xiàn):在需要加固的軟基表面覆蓋沙土并鋪設不透氣的薄膜，借助射流泵和埋設在砂墊層中的管道，將膜下土體間的空氣抽出形成真空，使土體排水而壓密［2］。

2 工程概況及地基處理方案選擇

澳門國際機場二期工程南停機坪地基處理面積為62 500 m2，主要為八至十年前的海灘回填區(qū)。經(jīng)現(xiàn)場鉆孔勘測，其地質構成大致為:第一層為人工吹填砂層，厚度5.5～8.0 m，為松散～中密細中砂層，上部覆蓋砂質粘土夾碎石，SPT值(標準貫入試驗)為7～26;第二層為海相沉積的淤泥，厚度7.5～13.5 m，軟塑飽和狀態(tài)，局部卵石層及砂的透鏡，厚度5.0～17.5 m，SPT值為2～5;第三層為粘土和砂質粘土層，厚度6～16.5 m，硬～堅硬狀，SPT值為5～18;第四層為中砂和粘土質砂層，中密，呈不連續(xù)分布，厚度3.0～12.0 m，SPT值為16～28;以下為花崗巖風化殘積層，埋藏深度40～60 m不等。

設計要求預壓加固后土壤平均固結度不低于95%，設計荷載下沉降量的95%以上在地基處理施工中完成，根據(jù)沉降計算該場地土最終沉降量約2.5～3.0 m左右。

澳門地區(qū)填海區(qū)工程地基處理慣例采用堆載預壓法，但在本工程中，若采用堆載預壓，堆載高度至少5～8 m，將影響現(xiàn)有機場的飛行安全，并且工期較長。故改用塑料排水板+真空預壓法處理該工程地基，主要參數(shù)要求:膜下真空度不小于80 kPa，彎沉盆直徑不小于100 m，盆底彎沉降量不大于25 mm，預計抽真空工期60 d。

3 真空預壓地基處理施工工藝

工程地質勘測顯示，本工程淤泥層上部覆蓋透水層，須設置止水帷幕將預壓處理區(qū)進行分區(qū)處理;根據(jù)場地地形特點，預壓處理區(qū)劃分為三個區(qū)域，面積分別為15 995 m2、25 110 m2、21 606 m2，施工區(qū)域劃分見圖 1。

圖1 施工區(qū)域劃分及密封墻平面布置

為縮短工期，三個區(qū)域實行流水作業(yè)，各個分區(qū)內施工順序為:塑料排水板施工→密封體施工→抽真空預壓施工→施工監(jiān)測(貫穿始終)。各個施工過程在某一區(qū)域內橫斷面布置如圖2。

3.1 塑料排水板施工

塑料排水板采用SPB－C型，按1.3 m間距布置，濾膜連接采用膠粘式，因工程場地軟土層上覆蓋砂層或卵石礫石層，須進行引孔才能保證排水板順利施打。引孔直徑15 cm，深度6～8 m，并在引孔施工完成3 h內完成塑料排水板施打。塑料排水板施打深度根據(jù)各區(qū)域地質分層分布情況確定，控制埋深不超過25 m，以防穿透下部砂層透水漏氣，影響抽真空效果。

圖2 真空預壓橫斷面

3.2 密封體施工

3.2.1 密封墻

根據(jù)地質勘察資料，本工程場地分布有吹填砂土層、卵石及礫石層，臨海一側有8 m厚的拋石堤，塊石區(qū)孔隙率為40%，真空預壓施工之前需進行密封處理，達到止水止氣效果。本工程采用靜壓注漿樁防滲帷幕法對透氣層進行密封處理，這種方法是通過鉆孔向土中加壓注入一定水灰比的漿液，漿液在周圍土體中通過滲透、填充、壓密擴展，在注漿孔周圍形成方向各異、厚薄不一的片狀、條狀、團塊狀漿脈，隨其凝結硬化，形成不規(guī)則的樁體，起到密封效果。本工程采用雙排靜壓注漿樁施工，兩排樁搭接形成密封墻:臨海一側為一排水泥漿樁(臨海)和一排泥漿樁，其余各側為雙排泥漿樁。靜壓注漿開孔直徑89 mm，成樁直徑2 m，樁距1.8 m，兩排樁排距0.5 m，形成深度8 m、厚度2.5 m的密封墻，平面布置見圖3。

圖3 靜壓注漿樁搭接示意

注漿孔鉆孔至淤泥層內1 m，孔位誤差不超過2 cm。注漿管采用2#焊接銹化鋼管，塊石層深度范圍內交叉或螺旋十字鉆Φ8通孔，管頭高出地面0.2 m作為注漿聯(lián)結接頭。注漿采用高壓注漿泵，注漿壓力0.2～0.6 MPa，直至達到終止注漿條件。注漿自下而上，先內排再外排。泥漿液水灰比1∶0.4～1∶0.45，水泥漿液水灰比1∶0.05，另摻水玻璃作為速凝劑，含量為水泥重量的3%。

3.2.2 密封溝

密封墻頂部設置密封溝，溝深1.2 m，溝底寬度1.5 m，在開挖的密封墻體上灌注厚度0.2 m的新鮮泥漿，在密封膜鋪設完成后，回填1.0 m厚新鮮泥漿至地表。為保證密封效果，密封溝及密封墻滲透系數(shù)要求小于1×10－6。

3.3 抽真空預壓施工

3.3.1 排水通道

在真空負壓作用下，地基深層軟土孔隙水通過排水板集中至膜下砂墊層中，在砂墊層中埋設濾管，通過出膜裝置連接射流泵將水排至密封膜外。濾管采用UPVC管，每隔5～8 cm鉆Φ6的小孔制成花管，花管外纏繞尼龍繩再包一層無紡土工布隔土。濾管垂直羽狀布置，支濾管直徑60 mm，布設間距6.5 m，主濾管直徑90 mm。為防止沉降造成濾管折斷，管間連接用鋼絲螺紋橡膠軟管套接，套接長度不小于10 cm并用鉛絲綁扎牢固，鉛絲接頭應朝下埋入砂層以防刺破密封膜。濾管埋置于砂墊層內，須預先在砂墊層開挖濾管溝，溝深約30 cm，濾管埋好后用中粗砂填平。

3.3.2 密封膜鋪設

密封膜采用二層聚乙烯薄膜，厚度0.12～0.14 mm，橫向抗拉強度大于16.5 MPa，斷裂伸長率大于220%，在條件允許的情況下可根據(jù)預壓區(qū)實際長度每邊各加5 m，由工廠熱合一次成型。由于澳門地區(qū)勞務限制，工程每預壓區(qū)分三塊密封膜布置，待三塊膜鋪好后進行現(xiàn)場熱合或用膠水黏合密封，膜接頭長度不小于2 m。密封膜鋪設速度應盡量快速，膜面應平整無皺褶。

在密封溝外圍修筑0.5 m高止水圍堰，在抽真空過程中抽出的地下水排向加固區(qū)，形成30～40 cm的水膜并作為補充荷載，覆水深度要求水膜能將外露密封膜全部覆蓋。

3.3.3 抽真空施工

設計要求膜下真空度達到80 kPa柱，按800 m2面積安置一套抽真空裝置布置。真空泵水平放置于加固區(qū)上，進水口和出膜口保持同一平面高度，提高真空泵功效。

密封系統(tǒng)及抽真空裝置施工完成后先進行試抽，如發(fā)現(xiàn)異常須對密封膜全面檢查，及時修補薄膜破漏處。為防止真空預壓對加固區(qū)周圍土體造成瞬間破壞，須嚴格控制抽真空速率，可先開啟半數(shù)真空泵并逐漸增加，當真空度達到55～60 kPa，經(jīng)檢查無漏氣現(xiàn)象后開始膜面蓄水并開足所有真空泵，將膜下真空度提高到大于85 kPa。當連續(xù)10 d觀測的沉降速率小于2 mm/d，或按實測沉降曲線推算的固結度滿足要求時，可停止抽真空結束預壓。

4 施工監(jiān)測及試驗

為監(jiān)控施工質量、評價加固效果以及控制卸載標準，真空預壓加固處理須進行監(jiān)測，包括表層沉降監(jiān)測、邊界水平位移監(jiān)測、膜下真空度監(jiān)測、孔隙水壓監(jiān)測等。監(jiān)測觀測點布設須考慮如下原則:盡量布設在排水板間距的中心，尤其強度測試點應避開排水板位置;各測點宜對稱布設并靠近各分區(qū)軸線;水平位移監(jiān)測一般布置在吹填砂土坡腳。

地表沉降監(jiān)測按每2 000 m2布置一個監(jiān)測點，采用水準儀器測量，初期每天觀測一次，穩(wěn)壓滿15 d后可2～3 d觀測一次，如遇特殊情況應隨時增加觀測密度。另外工程設置了4個分層沉降計以監(jiān)測預壓過程中不同深度處的沉降，在淤泥層每3 m深度記錄讀數(shù)。

地表水平位移監(jiān)測采用邊樁觀測，沿加固區(qū)邊界每50 m間距布設，用全站儀測量。初期每天觀測一次，滿一個月后每3 d觀測一次。另布設6個傾斜管，埋深23～28 m進入堅硬土層，觀測抽真空過程中不同深度處的水平位移。

5 遇到的問題及處理

在抽真空施工過程中，加固區(qū)域Z2出現(xiàn)了一條長5.5 m、寬5 cm左右的不規(guī)則裂縫，根據(jù)工程經(jīng)驗，此類裂縫是膜下土體不均勻沉降造成的，主要原因為地質結構不均、塑料排水板施打深度不足或排水板質量存在問題等。裂縫出現(xiàn)后，沿裂縫的長度方向鋪設了三層寬度為3 m的塑料膜，膜上修筑寬2.5 m、高2 m的沙袋圍埝，通過沙袋圍埝的重力加快裂縫處地基下沉，一周后檢查裂縫已自動愈合。

Z3區(qū)域抽真空過程中，真空度有下降趨勢，密封系統(tǒng)存在漏氣現(xiàn)象。全面檢查真空膜完整性，未發(fā)現(xiàn)明顯裂縫，初步推斷為密封溝壓膜出現(xiàn)質量問題。經(jīng)仔細檢查，發(fā)現(xiàn)臨海一側有一段密封溝壓膜土體明顯向內側移，長度達15 m，溝底與密封墻頂出現(xiàn)水平裂縫。通過向裂縫內注入新鮮泥漿封堵，真空度穩(wěn)定性明顯提高。

6 結束語

真空預壓排水法在澳門地區(qū)首次應用，實施效果良好。在施工工藝及關鍵工序方面積累了一定的經(jīng)驗，并在施工過程中收集了地基土變形、強度增長及孔隙水壓力分布等方面的大量數(shù)據(jù)，為本地區(qū)后續(xù)的填海工程地基處理提供了有效的參考借鑒。真空預壓法作為一種快速有效、造價節(jié)省的軟基處理方法值得進一步研究推廣。

［1］朱建才，溫曉貴，龔曉南.真空預壓加固軟基施工工藝及其改進［J］.地基處理，2005，16(2):28 －32

［2］葉柏榮.綜述真空預壓法在我國的發(fā)展［J］.地基處理，2000，11(3):49－57