徐婷婷，李連明

（廣州南華工程管理有限公司，廣東 廣州 510230）

真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法是在真空預(yù)壓法和堆載預(yù)壓法的基礎(chǔ)上發(fā)展形成的一種軟土地基處理方法，具有真空預(yù)壓和堆載預(yù)壓的雙重效果，適用于設(shè)計(jì)荷載大、承載力要求高、工后沉降少、工期要求緊的工程[1]。

1 工程概況

港珠澳大橋珠澳口岸人工島填海工程位于珠海市九州港碼頭南約2 500 m、情侶南路東約2 000 m的拱北灣，自然水深-2.5～-3.0 m，原泥面以下為15～18 m厚的淤泥，東南護(hù)岸為大開挖清除淤泥拋石護(hù)岸，西北護(hù)岸為半直立式護(hù)岸，即對原地基進(jìn)行處理，然后其上安裝預(yù)制的空心方塊（小沉箱）。西、北護(hù)岸真空聯(lián)合堆載預(yù)壓范圍：長2 551.6 m、寬110 m帶狀，面積266 123 m2，分11個(gè)區(qū)域施工；其中北標(biāo)段7個(gè)區(qū)域，面積171 524 m2。北標(biāo)段島內(nèi)區(qū)由于陸域形成吹填施工造成原泥面變形，局部淤泥相對集中，原泥面擠壓抬高，淤泥層變深，為保證地基處理的效果及工期要求，原設(shè)計(jì)的堆載聯(lián)合降水法改為真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法進(jìn)行地基處理，面積511 235.6 m2，分18個(gè)區(qū)域施工[2]。

2 施工工藝及應(yīng)用

2.1 真空預(yù)壓法施工工藝

真空預(yù)壓法：是在需加固的軟土地基表面鋪設(shè)1層不小于1.0 m透水砂墊層，在砂墊層頂面打設(shè)垂直塑料排水板，排水板間距在0.7～1.3 m，并穿透淤泥0.3 m以上，保證淤泥中垂直和水平方向的排水；在需加固的軟土地基周圍進(jìn)行連續(xù)泥漿攪拌墻或其它形式不透氣密封；然后在砂墊層上覆蓋1層不透氣的密封膜（塑料薄膜或橡膠布），覆蓋密封膜前在砂墊層內(nèi)埋設(shè)滲水不漏砂的濾管以及各種監(jiān)測設(shè)備并引出密封膜外，管道及各種監(jiān)測設(shè)備與密封膜連接保證不透氣；管道與真空泵連通進(jìn)行抽氣，以大氣壓力作為預(yù)壓載荷，在土體孔隙水中產(chǎn)生負(fù)壓力，使透水砂墊層中保持較高的真空度，將土體中孔隙水和空氣逐漸吸出，從而使土體固結(jié)。

2.2 堆載預(yù)壓法施工工藝

堆載預(yù)壓法：是在軟土地基中形成垂直、水平方向的排水后，再在地面上堆載預(yù)壓，使軟土體中孔隙水沿塑料排水板溝槽排至砂墊層，以加速軟土地基的沉降，使軟土地基密實(shí)固結(jié)。

2.3 真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法施工工藝

真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法，是將真空預(yù)壓法和堆載預(yù)壓法整合并同時(shí)進(jìn)行。真空預(yù)壓期間，受真空預(yù)壓荷載的影響，加固土體產(chǎn)生側(cè)向收縮變形；而在堆載預(yù)壓期間，土體受堆載影響，加固土體產(chǎn)生側(cè)向擠出變形。上述兩種變形在施工過程中可相互抵消，從而可使地基處理的預(yù)壓速度加快，且地基在預(yù)壓過程中不會(huì)產(chǎn)生變形失穩(wěn)。

2.4 在人工島填海工程中的應(yīng)用

港珠澳大橋珠澳口岸人工島填海工程半直立式的西、北護(hù)岸及島內(nèi)區(qū)部分采用了真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法進(jìn)行地基處理。具體方法如下：

1） 西、北護(hù)岸陸域回填到+1.0 m標(biāo)高后，西、北護(hù)岸鋪設(shè)1層1.0 m厚中粗砂墊層；島內(nèi)區(qū)陸域回填到±0.0 m標(biāo)高后，鋪設(shè)1層2.0 m厚中粗砂墊層。以保證水平方向的透水，在中粗砂墊層頂面按1.0 m間距打設(shè)塑料排水板，以保證淤泥土體中垂直方向排水。

2）砂墊層鋪設(shè)完成后，按劃分區(qū)域打設(shè)泥漿攪拌墻進(jìn)行豎向密封，根據(jù)JTS 147-2—2009《真空預(yù)壓加固軟土地基技術(shù)規(guī)程》規(guī)定區(qū)域劃分宜為20 000～40 000 m2。泥漿攪拌墻按照設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和要求，外側(cè)采用雙排樁，直徑φ700 mm，縱橫兩樁彼此搭接200 mm，間距500 mm；分區(qū)之間采用單排樁，直徑φ700 mm，兩樁彼此搭接200 mm，間距500 mm。

3）在鋪設(shè)密封膜前在砂墊層中埋設(shè)各種監(jiān)測和檢測設(shè)備，包括地表沉降監(jiān)測、分層沉降監(jiān)測、孔隙水壓力監(jiān)測、水位觀測和深層側(cè)向位移觀測及真空度觀測測頭，所有監(jiān)測和檢測設(shè)備在區(qū)域內(nèi)均勻布置，并引出密封膜外。

沉降監(jiān)測需監(jiān)測塑料排水板打設(shè)期間的沉降和真空聯(lián)合堆載預(yù)壓期間的沉降，沉降監(jiān)測桿底盤面積不小于0.5 m×0.5 m，測桿接出堆載頂面1.0 m，按75 m間距正方形布置。

分層沉降監(jiān)測按間距150 m布置，埋入不變形土層1.0 m以下，軟土層中大致按每3.0 m間距埋設(shè)1個(gè)測環(huán)。

孔隙水壓力監(jiān)測按間距150 m布置，在軟土層中大致每3.0 m間距埋設(shè)1個(gè)測頭，與分層沉降相對應(yīng)。

水位觀測按間距100 m布置，水位觀測管需進(jìn)入穩(wěn)定水位以下2.0 m，且進(jìn)入原泥面3.0 m以上。

深層側(cè)向位移觀測沿護(hù)岸按200 m布置，觀測管底部進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖層1.0 m。

同時(shí)按每600～800 m2均勻埋設(shè)真空度測頭，測頭埋設(shè)兩濾管中間離邊界5.0 m處砂墊層頂面以下0.25 m，引出密封膜與真空表連接。

4）鋪設(shè)真空濾管道，真空濾管道采用UPVC塑料花管，花管管壁上每隔5～8 cm有直徑φ5～7 mm的小孔；外包1層質(zhì)量為90 g/m2的無紡?fù)凉げ甲鳛檫^濾層，過濾層只透水氣不透砂；濾管按間距6.0 m布置，并埋入砂墊層0.25 m深。真空濾管道與四周的主干管連接，主干管采用通徑為76 mm的UPVC管（壁厚δ=3.5～4.0 mm，能承受400 kPa的壓力），主干管伸出密封膜0.3 m與真空泵連接。

5）鋪設(shè)密封膜，在鋪設(shè)密封膜前全面檢查和清除砂墊層頂面的尖銳雜物，并在砂墊層頂面先鋪1層土工布或紡織布，防止對密封膜的損壞；密封膜雙層鋪設(shè)，每層鋪設(shè)均仔細(xì)檢查密封膜的完好情況，不得有破損；采用人工將密封膜踩入四周的泥漿攪拌墻頂面0.2 m以上，密封膜與泥漿攪拌墻將真空聯(lián)合堆載區(qū)域圍成完全封閉的整體。

6）真空泵安裝與連接，真空泵按每800～1 000 m2均勻布置1臺(tái)在需預(yù)壓處理區(qū)域的邊界四周，與主干管出膜口連接抽氣。

7）真空聯(lián)合堆載預(yù)壓，真空泵與出膜口連接完成后，開始抽氣，當(dāng)膜下真空度達(dá)到85 kPa開始恒載計(jì)時(shí)；恒載計(jì)時(shí)15 d后，在密封膜上鋪設(shè)1層土工布或紡織布，防止堆載料破壞密封膜，然后分級上料堆載；西、北護(hù)岸堆載厚度為3.6 m，分1.5 m、1.5 m、0.6 m三級加載，預(yù)計(jì)堆載預(yù)壓時(shí)間105 d；島內(nèi)區(qū)堆載厚度為5.6 m，分1.5 m、1.5 m、1.5 m、1.1 m四級加載，預(yù)計(jì)堆載預(yù)壓時(shí)間135 d。為保證島內(nèi)陸域形成與堆載上料的平衡，真空聯(lián)合堆載預(yù)壓區(qū)域的堆載料需借用其它區(qū)域的堆載料，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，部分區(qū)域先期采用真空預(yù)壓，待有堆載料時(shí)再行加載，以減少真空聯(lián)合堆載預(yù)壓的時(shí)間。

3 地基處理效果分析

3.1 地表沉降分析

真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法通過地表沉降速率觀測指導(dǎo)堆載施工的速度，通過地表沉降觀測推算土體固結(jié)度和殘余沉降量，以及確定堆載預(yù)壓的卸載時(shí)間。設(shè)計(jì)要求滿載期間膜下真空度85 kPa以上，殘余沉降不大于250 mm，差異沉降按坡度不大于1/400，西、北護(hù)岸固結(jié)度80%以上、島內(nèi)區(qū)固結(jié)度85%以上。以西、北護(hù)岸B5區(qū)、島內(nèi)5區(qū)作為典型施工區(qū)域進(jìn)行分析。

B5區(qū)滿載有效時(shí)間114 d，總沉降量為1 717 m，固結(jié)度90.7%，殘余沉降107～250 mm，差異沉降按坡度1/2 884，達(dá)到設(shè)計(jì)的卸載要求。實(shí)測地表沉降時(shí)間曲線如圖1。

圖1 B5區(qū)地表平均沉降-荷載-時(shí)間曲線圖Fig.1 Curve of average settlement-loading-time of ground surface in B5 area

5區(qū)滿載有效時(shí)間82 d，總沉降量為2 429 mm，固結(jié)度94.4%，殘余沉降169～250 mm，差異沉降按坡度1/862，達(dá)到設(shè)計(jì)的卸載要求。實(shí)測地表沉降荷載時(shí)間曲線如圖2。

圖2 5區(qū)地表平均沉降-荷載-時(shí)間曲線圖Fig.2 Curve of averagesettlement-loading-time of ground surface in No.5 area

3.2 孔隙水壓力分析

真空預(yù)壓法在軟土體中產(chǎn)生負(fù)壓力，使軟土體中的孔隙水吸出；堆載預(yù)壓法在荷載的作用下，使軟土體中孔隙水沿排水板溝槽排出；土體中的孔隙水壓力不斷消散，有效應(yīng)力不斷增加，從而使土體固結(jié)。5區(qū)、B5區(qū)實(shí)測孔壓與荷載、時(shí)間曲線如圖3、圖4。

圖3 5區(qū)孔隙水壓力-荷載-時(shí)間曲線Fig.3 Curve of pore water pressure-loading-timeof No.5 area

圖4 B5區(qū)孔隙水壓力-荷載-時(shí)間曲線Fig.4 Curveof pore water pressure-loading-time of B5 area

可以看出：抽真空的前期，在負(fù)壓的作用下，孔壓迅速減小；隨著堆載荷載的增加而孔壓有所增大，滿載后又逐漸消散。且觀測測頭附近土體中孔隙水消散良好，說明真空聯(lián)合堆載預(yù)壓區(qū)域均取得較好的效果。

3.3 地基處理效果檢驗(yàn)

真空聯(lián)合堆載區(qū)域卸載后進(jìn)行了室內(nèi)土工試驗(yàn)及現(xiàn)場十字板試驗(yàn)，并與地基處理前勘察資料進(jìn)行對比[3]。

1） 室內(nèi)土工試驗(yàn)

B5區(qū)和5區(qū)卸載后分別進(jìn)行原狀取土鉆孔，進(jìn)行室內(nèi)主要力學(xué)指標(biāo)土工試驗(yàn)，并與該區(qū)域真空聯(lián)合堆載預(yù)壓前勘察的力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行對比，詳見表1。

從表1分析：軟土地基經(jīng)真空聯(lián)合堆載預(yù)壓后，軟土層的含水量w、孔隙比e、液性指數(shù)IL、壓縮系數(shù)a1-2等指標(biāo)均變??；剪切強(qiáng)度指標(biāo)（C、φ）、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu等指標(biāo)均有所增大；土質(zhì)明顯改善，壓縮性降低、強(qiáng)度增加，由淤泥已改變?yōu)轲ね痢?/p>

2）十字板原位試驗(yàn)

B5區(qū)和5區(qū)卸載后分別進(jìn)行現(xiàn)場十字板強(qiáng)度試驗(yàn)，并與該區(qū)域真空聯(lián)合堆載預(yù)壓前勘察的十字板強(qiáng)度進(jìn)行對比，詳見表2。

表1 地基處理前后主要物理力學(xué)指標(biāo)對照表Table 1 Comparison of the main physico-mechanical indexesbefore and after foundation treatment

表2 地基處理前后十字板強(qiáng)度對照表Table 2 Comparison of the vane shear strengths before and after foundation treatment

從表2分析：十字板抗剪強(qiáng)度明顯提高，處理后的十字板抗剪強(qiáng)度比處理前提高5.6～6.2倍。

4 施工出現(xiàn)問題及解決辦法

由于港珠澳大橋珠澳口岸人工島位于離陸地較遠(yuǎn)，四周海域?qū)掗煟茱L(fēng)浪、潮水影響大，同時(shí)施工時(shí)間跨越臺(tái)風(fēng)和雨季，臺(tái)風(fēng)及降雨對施工影響很大。本工程真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法進(jìn)行地基處理的施工過程中出現(xiàn)了以下情況，對施工進(jìn)度造成了一定的影響。

1）西、北護(hù)岸地基處理區(qū)域外圍采用砂袋臨時(shí)圍堰防護(hù)，在高潮位大風(fēng)浪時(shí)，臨時(shí)圍堰容易受風(fēng)浪影響而被破壞，影響真空聯(lián)合堆載預(yù)壓的正常施工，需經(jīng)常性修復(fù)臨時(shí)防護(hù)圍堰。

2） 2012年“韋森特”臺(tái)風(fēng)，造成正在真空聯(lián)合堆載預(yù)壓期間的北護(hù)岸B7（東端）東北角堆載砂料全部流失、坍塌，真空泵被坍塌的砂全部淹埋，密封膜與泥漿攪拌墻連接處全部損壞，這個(gè)區(qū)域的真空度下降為0 kPa；沿線其它6個(gè)施工區(qū)域的真空泵不同程度遭到損壞，膜下真空度部分下降到50 kPa以下。經(jīng)近1個(gè)月時(shí)間的真空泵搶修，沿線6個(gè)區(qū)域的膜下真空度才恢復(fù)到85 kPa以上；北護(hù)岸B7東北角，經(jīng)全力搶修真空泵、修補(bǔ)密封膜及與泥漿攪拌墻的連接、重新進(jìn)砂分級堆載，前后花去兩個(gè)多月時(shí)間才全部恢復(fù)抽氣，使膜下真空度達(dá)到85 kPa以上。西、北護(hù)岸地基處理拖延兩個(gè)多月時(shí)間。

3）島內(nèi)區(qū)真空聯(lián)合堆載預(yù)壓區(qū)域施工期間，遭遇2013年4—6月珠海市特大雨季，強(qiáng)降雨造成島內(nèi)區(qū)嚴(yán)重積水。548臺(tái)真空泵連續(xù)兩次近50%的真空泵被積水淹沒損壞，膜下真空度下降到60 kPa以下；一次全部被積水淹沒損壞，膜下真空度下降到30 kPa以下。為恢復(fù)膜下真空度，前后更換真空泵近200臺(tái)，搶修真空泵500多臺(tái)次。為有效排除降雨的積水，保證真空泵不被積水淹沒，根據(jù)現(xiàn)場情況，在西、北護(hù)岸開挖5處、每處埋設(shè)3根φ700 mm排水管道，與島內(nèi)連通以利及時(shí)排水；適當(dāng)抬高真空泵安放位置，但真空泵水箱進(jìn)水口高出了出膜口，真空泵的功效就會(huì)降低，也就會(huì)延長預(yù)壓時(shí)間，因此只能適當(dāng)抬高真空泵。

4） 島內(nèi)8區(qū)在真空聯(lián)合堆載預(yù)壓恒載89 d、滿載施工至3 d時(shí)，膜下真空度在布設(shè)的43臺(tái)真空泵全部開啟的情況下突然全部下降為40 kPa以下。該區(qū)為直角三角形，東邊與7區(qū)相臨、南邊與9區(qū)相臨成垂直狀，西北向?yàn)槿切涡边叀?/p>

經(jīng)對現(xiàn)場排查分析：所有43臺(tái)真空泵運(yùn)行正常；相臨的7區(qū)、9區(qū)真空度未下降，說明豎向泥漿攪拌墻密封完好；可能是因滿載產(chǎn)生荷載應(yīng)力，對三角形的密封膜產(chǎn)生不均勻拉力，致使密封膜大面積破裂，其它區(qū)域?yàn)橹苯撬倪呅位蚪浦苯撬倪呅?，荷載應(yīng)力對密封膜產(chǎn)生的拉力較為均勻，未出現(xiàn)類似情況。

由于堆載砂已全部完成，不可能開挖檢查和修補(bǔ)密封膜，經(jīng)設(shè)計(jì)同意該區(qū)域由真空聯(lián)合堆載預(yù)壓改為堆載預(yù)壓，并由設(shè)計(jì)計(jì)算堆載預(yù)壓的加載厚度，在原滿載基礎(chǔ)上再加載3.9 m厚的堆載砂，就能滿足預(yù)壓效果和工期要求。該區(qū)加載3.9 m堆載砂預(yù)壓101 d后達(dá)到卸載要求。

5 結(jié)語

真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法進(jìn)行軟土地基處理，在港珠澳大橋珠澳口岸人工島填海工程中得到較好的應(yīng)用，地基處理效果良好。施工過程中由于大風(fēng)浪、臺(tái)風(fēng)、強(qiáng)降雨的影響，真空泵多次遭遇積水淹沒、堆載砂的淹埋，對工期造成了一定影響；因此，采用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法進(jìn)行軟土地基處理施工時(shí)，必須做到場地內(nèi)排水暢通，做好大風(fēng)浪、臺(tái)風(fēng)季節(jié)關(guān)鍵部位的防護(hù)，防止損壞真空泵等設(shè)備而影響工期；同時(shí)區(qū)域劃分盡可能呈直角四邊形布置，長寬比控制在1/3之內(nèi)，避免三角形等異型布置，防止密封膜受力不均拉裂。

[1]港珠澳大橋珠澳口岸人工島填海工程施工圖設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和要求[R].廣州：中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，2009.Technical standards and requirements for the reclamation project construction-diagram design of Zhuhai-Macao Port in the HZMB[R].CCCC-FHDIEngineering Co.，Ltd.，2009.

[2]JTS147-2—2009，真空預(yù)壓加固軟土地基技術(shù)規(guī)程[S].JTS147-2—2009，Technical specification for cacuum preloading techniquetoimprovesoft soils[S].

[3]JTS257—2008，水運(yùn)工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[S].JTS 257—2008，Standard for quality inspection of port and waterway engineeringconstruction[S].