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淺析真空預(yù)壓法的密封性

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軟基處理工程的快速發(fā)展促使真空預(yù)壓施工工藝愈發(fā)成熟、先進(jìn)，但在實(shí)際施工中常會出現(xiàn)各種各樣的問題，其中以密封性問題最為突出。在此，結(jié)合實(shí)操工程中實(shí)際施工中普遍出現(xiàn)的密封性問題，調(diào)查、分析、探討、研究真空預(yù)壓軟基處理法的密封效果，并提出切實(shí)可行的解決方案。

真空預(yù)壓 密封技術(shù) 壓膜溝 密封膜

1.引言

近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建筑和道路用地的緊張，圍海造地工程大面積地在港口疏浚、河湖整治工程中推進(jìn)，出現(xiàn)了大批港航、水利與地基處理捆綁發(fā)包的綜合工程，軟基處理施工成為港航、水利工程施工單位必須涉足的一個(gè)領(lǐng)域，而真空預(yù)壓法作為軟基處理最重要的一種方法，具有技術(shù)可行性高、造價(jià)經(jīng)濟(jì)、質(zhì)量可控等優(yōu)勢。

2.真空預(yù)壓法的原理

真空預(yù)壓加固軟土地基，是排水固結(jié)法地基加固的一種類型，作用原理為地基在真空負(fù)壓作用下，孔隙中的水逐漸排出，孔隙體積逐漸縮小，地基固結(jié)變形，同時(shí)，有效應(yīng)力逐步提高，地基強(qiáng)度逐漸增加。真空預(yù)壓法由排水系統(tǒng)和抽真空裝置組成，排水系統(tǒng)由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(jié)所需時(shí)間；抽真空由射流泵抽氣實(shí)現(xiàn)，在加固區(qū)域覆蓋2-3層密閉薄膜，沿四周用粘性土埋入壓膜溝中形成密封，借助射流泵和橫向埋設(shè)在砂墊層中的pvc濾管，將密封膜下的土體間空氣及水分抽出形成真空，使土體排水并壓密。

在抽真空前，膜上下均受一個(gè)不變的大氣壓P0作用，抽真空后，膜下壓力逐漸下降，穩(wěn)定后壓力為P1，膜上下形成壓力差P=P0-P1，這個(gè)壓力差稱為真空度。膜下真空負(fù)壓通過豎向排水板傳至地基深層并形成深層負(fù)壓源。真空預(yù)壓地基加固的技術(shù)核心是在地基中制造穩(wěn)定和充足的真空度從而形成負(fù)壓源。如果真空預(yù)壓中密封性不好，穩(wěn)定后的壓力P1會增大，使得膜下壓力差P減小，就會影響排水固結(jié)的效果。由此可見，真空預(yù)壓中密封性的好壞至關(guān)重要。

3.密封系統(tǒng)的形成

密封系統(tǒng)是對加固區(qū)起密封作用結(jié)構(gòu)的總稱，其可分為水平密封和邊界密封兩部分。

3.1水平密封

水平密封通常指的是在軟土地基上鋪設(shè)密封膜，再將密封膜踩入到壓膜溝中，使其在土體表層形成一個(gè)密封環(huán)境。水平密封最重要的是密封膜，其關(guān)鍵點(diǎn)主要包括密封膜的質(zhì)量、密封膜的鋪設(shè)及膜上覆水。

3.1.1密封膜的質(zhì)量

密封膜采用聚乙烯（或聚氯乙烯）薄膜，在加工工廠中熱合一次成型；現(xiàn)場拼接，搭接寬度不小于2m，3層鋪設(shè)。如表1。

3.1.2密封膜的鋪設(shè)

密封膜鋪設(shè)前首先需要進(jìn)行場地清理及找平，要求在深層濾管布設(shè)工序前后對施工區(qū)內(nèi)低洼地帶采取補(bǔ)填中粗砂或袋裝砂的方式進(jìn)行找平處理，密封膜鋪設(shè)前徹底清除場地內(nèi)雜物。施工區(qū)區(qū)表層鋪設(shè)2～3層密封膜。鋪設(shè)密封膜前可先鋪設(shè)一層無紡布，防止加固區(qū)域內(nèi)未清理干凈的尖銳物體破壞密封膜。密封膜分層踩入到壓膜溝不透氣層中，分層鋪膜間隙投入人工對已鋪設(shè)密封膜進(jìn)行查漏修補(bǔ)。密封膜的大小可根據(jù)各工程施工工區(qū)的現(xiàn)場實(shí)際平面尺寸定制，每邊可多放出1.5m～2m。

表1 密封膜性能指標(biāo)

圖1 工程保護(hù)邊區(qū)壓膜溝斷面圖

圖2 工程加固區(qū)壓膜溝斷面圖

3.1.3密封膜的保護(hù)

在施工中，需對密封膜進(jìn)行保護(hù)，密封膜鋪好后，禁止穿硬底鞋在膜上行走。進(jìn)入施工區(qū)作業(yè)時(shí)，應(yīng)用土工布鋪設(shè)人工通道。放置沉降標(biāo)時(shí)，沉降標(biāo)下底用土工布包裹，放平并在沉降標(biāo)底座放置袋裝帶等進(jìn)行重壓，以防止戳破密封膜或沉降標(biāo)倒伏。正式抽氣前應(yīng)進(jìn)行試抽氣，以檢查區(qū)內(nèi)和四周是否存在漏氣現(xiàn)象。

3.2壓膜溝開挖及處理

壓膜溝開挖要求挖至不透水不透氣層，即黑砂及淺層墊層以下淤泥或粘土。要在開挖過程中選用有施工經(jīng)驗(yàn)的小型挖掘機(jī)投入施工，控制壓膜溝開挖寬度（不超過2m為宜），開挖過程中盡量避免上層黑砂、中粗砂散落入溝。壓膜溝開挖時(shí)間應(yīng)盡量靠近鋪膜作業(yè)時(shí)間，開挖后清除溝內(nèi)、溝邊雜物，必要時(shí)采用無紡?fù)凉げ紝﹄s物進(jìn)行覆蓋處理。壓膜溝開挖時(shí)盡量降低對深層塑板的破壞，對發(fā)生損壞的排水板進(jìn)行接板處理，并將塑板沿溝邊插入?yún)^(qū)內(nèi)中粗砂墊層中。對邊區(qū)硬質(zhì)土體，較難挖至粘土層的情況，采取換填淤泥或粘土，打設(shè)粘土密封墻等處理方式，保證密封效果，并在壓膜溝之上回填土壓實(shí)，避免密封膜膜頭起浮。

工程壓膜溝斷面圖如圖1、圖2所示。

4.影響真空預(yù)壓密封性常見的問題及解決方法

影響真空預(yù)壓密封性較常見的問題有：水平密封問題、邊界密封問題。

4.1 水平密封常見的問題及解決方法

水平密封問題主要是指密封膜破損影響密封的效果，在真空預(yù)壓施工過程中，導(dǎo)致密封膜破損的情況有很多，其中影響較大的主要分為：①密封膜質(zhì)量不均；②儀器、設(shè)備安裝后與密封膜連接處破損；③進(jìn)出施工區(qū)人工對密封膜造成的破壞；④施工區(qū)內(nèi)地裂、打樁口不均勻沉降等造成的破損；⑤自然因素破壞等情況。

下面詳細(xì)分析破損原因及解決方法。

4.1.1密封膜質(zhì)量因素

工程施工過程中，由于密封膜自身質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不同，存在微孔、抗拉強(qiáng)度不夠等問題，在抽氣過程中出現(xiàn)的細(xì)小漏氣點(diǎn)，影響密封的效果且不易被發(fā)現(xiàn)。解決方法有兩種：

一是選用質(zhì)量好的密封膜，并根據(jù)抽氣季節(jié)適時(shí)調(diào)整選取抗低溫密封膜；

二是在后期施工過程中加強(qiáng)對密封膜的保護(hù)，膜上覆水是一種最常見最有效的方法。抽氣工作開始后，可在膜上進(jìn)行覆水，覆水前需在加固區(qū)四周做好覆水圍堰，覆水圍堰可利用挖設(shè)壓膜溝的土進(jìn)行圍堰，也可以采取人工壘小沙袋的方法。膜上覆水后，密封膜上的微小孔隙因?yàn)樗臐B入而得到充灌，密封性得到了提高，也可防止密封膜長時(shí)間的暴曬或冰凍而出現(xiàn)“老化”現(xiàn)象。一般覆水深度不能超過60cm，以便施工人員對區(qū)內(nèi)進(jìn)行巡查，此外需定期排水對區(qū)內(nèi)密封膜進(jìn)行檢查、修補(bǔ)。

4.1.2儀器、設(shè)備安裝因素

儀器作業(yè)破壞密封膜主要有兩種情況：一是真空泵出膜裝置的安裝；二是監(jiān)測單位檢測儀器的埋設(shè)。常見的處理方法是在與密封膜的搭接口處采用閥欄、橡膠墊等連接，擰緊后用小塊密封膜將搭接口封死；射流泵箱箱底應(yīng)采用土工布包裹，避免鐵皮直角直接接觸薄膜；在施工過程中加強(qiáng)施工區(qū)巡查，查找漏氣源，不斷修補(bǔ)，保證密封性。

4.1.3人為破壞因素

人為破壞的情況較為嚴(yán)重。施工、測量人員進(jìn)出施工區(qū)作業(yè)時(shí)，應(yīng)避免穿硬底鞋，進(jìn)出可用土工布或者泡沫板鋪墊作為通道及安裝場地，并盡量少移動排水設(shè)備，避免二次破壞。施工過程中應(yīng)加強(qiáng)預(yù)防，在密封膜上作業(yè)時(shí)盡量小心、謹(jǐn)慎并做到及時(shí)修補(bǔ)。

4.1.4地裂、樁口破損等影響

因施工區(qū)內(nèi)存在吹泥管口位置，施工前地質(zhì)較硬，抽氣工作開始后，因軟硬地基沉降速率不同，造成地裂產(chǎn)生，裂縫隨著時(shí)間不斷擴(kuò)大，并向下延伸，發(fā)展到一定深度就構(gòu)成漏氣通道，使膜下真空度降低，因此必須采取有效措施予以密封。一般需撕裂密封膜，將裂縫區(qū)域重新填筑中粗砂或澆灌攪拌好的泥漿，修補(bǔ)平整后，鋪設(shè)一層編織布，并重新粘貼好密封膜。

塑料排水板打設(shè)施工階段，地質(zhì)較硬區(qū)域打設(shè)完成后形成樁口，需填筑中粗砂整平，抽氣施工開始后，因負(fù)壓的存在，中粗砂收縮較快，地表沉降較緩，因此容易吸破密封膜，產(chǎn)生漏洞，使膜下真空度下降。施工人員可根據(jù)加固區(qū)內(nèi)埋設(shè)的膜下壓力表來檢查，發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)檢測真空表壓力值下降，首先在其附近查找是否存在漏氣情況，查找到漏氣部位重新填補(bǔ)中粗砂與地表平齊，并分層修補(bǔ)密封膜，確保密封性，修復(fù)完成后觀測壓力值，壓力回升至設(shè)計(jì)要求，證明此處已密封完好。

4.1.5自然因素破壞影響

除此以外，造成密封膜漏氣還存在一些自然因素，如大風(fēng)將架設(shè)電纜線的竹竿刮倒后將膜戳破、附近海鷗停留將膜啄破等，處理這些情況時(shí)也是要做到及時(shí)修補(bǔ)。

4.2 邊界密封常見的問題及解決方法

所謂邊界密封實(shí)質(zhì)就是指壓膜溝的密封處理，但是在各個(gè)工程實(shí)際施工中，壓膜溝的密封一直是一個(gè)出現(xiàn)問題最多的環(huán)節(jié)，其出現(xiàn)的問題又主要表現(xiàn)在處理壓膜溝的時(shí)候，以下總結(jié)了幾種不同情況時(shí)壓膜溝的處理方法：

4.2.1加固區(qū)前期施工不當(dāng)時(shí)壓膜溝的處理方法

挖設(shè)壓膜溝是在前期施工工序全部完成后進(jìn)行，之前的工序中有很多因?yàn)椴僮鞑划?dāng)或者人工操作失誤而帶來的質(zhì)量隱患，對壓膜溝的處理帶來一些影響。

塑料排水板打設(shè)期間，因地基不同會采取一些補(bǔ)強(qiáng)措施，如：鋪設(shè)荊笆、竹笆，吹填黑砂等情況。折斷的荊笆以及砂墊層中的貝殼、云母等硬物，很容易戳破密封膜，當(dāng)挖設(shè)壓膜溝將這些物體挖斷時(shí)，應(yīng)安排人工及時(shí)清理干凈，尤其是壓膜溝的內(nèi)壁，清理后盡量鋪設(shè)一層土工布，減少抽真空后，細(xì)小的尖銳物刺破密封膜。

設(shè)計(jì)砂墊層為40cm,實(shí)際施工中，由于加固區(qū)土質(zhì)問題，需進(jìn)行吹填黑砂進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，施工區(qū)中心地勢較低區(qū)域吹砂厚度可達(dá)到1.5m以上，較厚的砂墊層導(dǎo)致壓膜溝無法挖設(shè)到不透氣層，壓膜溝實(shí)際上就是一條“砂槽”，密封效果很差。

依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，可采用如下處理方法：一是打設(shè)粘土密封墻；打設(shè)粘土密封墻之前可先對壓膜溝位置進(jìn)行取土鉆樣，確定打設(shè)深度。二是重新開挖一條壓膜溝，在原先壓膜溝的外側(cè)選一處可挖透的區(qū)域，重新開挖一條壓膜溝，并定制1～2層尺寸適合的密封膜，將加固區(qū)與新壓膜溝連接起來，從而避免了砂墊層太厚對密封效果的影響。

打設(shè)粘土密封墻是一種較簡單的處理方法，但是其施工時(shí)間長。重新開挖壓膜溝工期短，但是它有一定的局限性：①條壓膜溝之間的距離不能太遠(yuǎn)；②兩條壓膜溝中間區(qū)域短時(shí)間內(nèi)無法進(jìn)行真空預(yù)壓。各工程可根據(jù)加固區(qū)周邊實(shí)際情況采取適合本工程的處理方法。

粘土密封墻的主要控制點(diǎn)在粘粒含量、泥漿密度、深度、垂直度、搭接、均勻度等，施工時(shí)需嚴(yán)格、認(rèn)真對待。

4.2.2效果不佳區(qū)域重新處理壓膜溝的方法

真空預(yù)壓施工中，往往會存在一些效果不佳的區(qū)域，這些區(qū)域返工時(shí)壓膜溝的處理也是一個(gè)難點(diǎn)。由于已經(jīng)抽水固結(jié)了很長時(shí)間，加固區(qū)原先含水量高、軟的淤泥質(zhì)粘土已經(jīng)固結(jié)，密封膜無法壓入到不透氣層以下，若是處理不當(dāng)，也會影響密封的效果。

常見的處理方法有兩種：一是深挖壓膜溝法，將壓膜溝挖深至不透氣層以下1～2m，再將密封膜盡量壓入到硬性粘土中，用已挖出的1～2m的粘土進(jìn)行回填，壓實(shí)，并覆水密封。二是灌泥漿法，壓膜溝挖至不透氣層以下50cm，密封膜壓入到硬性粘土中后，再在上面灌入50～80cm厚的泥漿。

以上兩種方法都可以解決硬性粘土帶來的密封性問題。深挖壓膜溝法施工速度快、成本低；灌泥漿法工程量大，各工程可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行處理。

5.結(jié)束語

密封工作是真空預(yù)壓地基處理工程中的一項(xiàng)關(guān)鍵工作，對加固效果影響巨大。在加固過程中應(yīng)重視加強(qiáng)密封效果的監(jiān)測和檢測工作，出現(xiàn)情況應(yīng)及時(shí)采取措施補(bǔ)救，確保軟基加固區(qū)的密封效果良好。

真空預(yù)壓工程施工過程中的密封質(zhì)量，直接決定了膜下真空度的強(qiáng)度與穩(wěn)定度，從而在很大程度上決定了軟基加固工程的效果。水平鋪膜、壓膜溝、粘土密封墻、膜上覆水等密封技術(shù)在實(shí)際工程中的成功應(yīng)用，各工程可結(jié)合本身工況選擇合適的密封技術(shù)，提高真空預(yù)壓的成功率。

[1]龔曉楠.地基處理技術(shù)發(fā)展與展望.北京，中國水利水電出版社，知識產(chǎn)權(quán)出版社，2004年10月第一版.

[2]趙維炳.排水固結(jié)加固軟基技術(shù)指南.北京：人民交通出版社，2005.

[3]王家印，陳宗源.軟土地基處理技術(shù)（第六冊）.2006.