李立新，尹自強，朱福明

（1.中交天津港灣工程研究院有限公司，港口巖土工程技術交通行業(yè)重點試驗室，天津市港口巖土工程技術重點試驗室，天津 300222；2.天津港建設公司，天津 300456）

0 引言

吹填地基表層含水率高，強度低，不能直接上人或施工機械，需要鋪設荊笆、土工布和1 m甚至2 m的粉細砂作為工作墊層。這種傳統(tǒng)工藝存在一些問題：①現(xiàn)階段砂石材料匱乏且價格高昂；②排水板打設過程中翻漿冒泥。打板過程中將吹填土表層工作墊層打穿，下部流泥在工作砂墊層和機械荷載壓力作用下從打板孔道涌出，造成翻漿冒泥，使加固區(qū)表面凹凸不平，且形成大大小小的淤泥匯集坑，后期施工困難，質(zhì)量難以保證；③加固過程中排水板變形嚴重。吹填超軟土[1]含水率、壓縮性高，在真空壓力作用下沉降大，使得排水板產(chǎn)生很大的壓曲變形，導致排水板井阻加大和通水量變小，影響加固效果等。

本文根據(jù)傳統(tǒng)工藝存在的問題開發(fā)了一種吹填超軟土表層硬殼快速形成技術，盲管連接自密封真空預壓工藝。

1 盲管連接自密封真空預壓工藝及原理

1.1 主要工藝

進行吹填土地基加固設計，根據(jù)加固深度及加固面積裁截一定長度、一定數(shù)量的排水板，在排水板上安裝排水板轉(zhuǎn)接裝置和連接尼龍軟管；利用人工插板裝置打設排水板，排水板間距40~60 cm；排水板轉(zhuǎn)接裝置隨排水板插入泥下50 cm左右，排水板轉(zhuǎn)接裝置通過連接軟管和魚刺形接頭連接，魚刺形接頭之間由塑料盲管、中間主管連接到射流泵上，開啟射流泵進行真空預壓加固，時間 20～60 d。

1.2 加固機理

該技術加固機理和普通真空預壓加固機理相同[2]，不同的是以表層原位淤泥作為密封層，以塑料軟管、魚刺形接頭、盲管和中間主管作為排水通道，真空負壓通過排水通道和排水板向地基土傳遞，完成地基加固。

1.3 適用范圍及特點

盲管連接自密封真空預壓工藝是一種吹填超軟土表層硬殼快速形成技術，適用于新近吹填的需要迅速加固淺層超軟土地基。采用該技術可以使吹填超軟土表層（深度3~5 m）迅速形成可以上人和機械的硬殼層，作為地基加固的工作墊層，并解決砂資源緊缺、翻漿冒泥和吹填土加固質(zhì)量差等問題。

2 現(xiàn)場試驗

本文結合現(xiàn)場試驗對盲管連接自密封真空預壓工藝實施、加固效果等進行詳細介紹，分析新工藝的應用前景。

2.1 試驗區(qū)土質(zhì)

試驗區(qū)位于天津臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)，加固面積600 m2，分為2個區(qū)D1區(qū)、D2區(qū)。該區(qū)域為新近吹填土，表層土基本為流泥，吹填土深度為4 m左右。方案設計前對試驗區(qū)進行加固前原位取土和室內(nèi)土工試驗。采用薄壁取土器取土，取土樣本為30個，取土深度最深為3.5 m，室內(nèi)土樣分析結果見表1。

表1 加固前試驗區(qū)取土室內(nèi)試驗結果Table1 Indoor experiment resultsof soilsbefore reinforcement

加固區(qū)初始含水率均值大于85%，十字板強度均值2.0 kPa；黏粒含量均值為56%，屬于典型的超軟黏土[3]。

2.2 試驗方案

D1區(qū)、D2區(qū)加固面積均為300 m2，塑料排水板采用B型，D1區(qū)排水板間距60 cm，D2區(qū)排水板間距40 cm，正方形布置，兩區(qū)排水板打入泥下深度為3.5 m。排水板通過轉(zhuǎn)接裝置和魚刺形接頭連接，魚刺形接頭通過盲管、中間主管連接到射流泵上，兩區(qū)共用1臺射流泵。真空預壓加固處理地基要求板內(nèi)真空度穩(wěn)定地保持80 kPa以上，抽真空時間為60 d。

D1區(qū)、D2區(qū)工藝斷面圖見圖1，魚刺形接頭連接示意圖見圖2。

圖1 盲管連接自密封真空預壓工藝斷面Fig.1 Section of self-sealing vacuum preloading technique

2.3 工藝實施

1） 鋪設施工通道

試驗區(qū)表層強度很低，不能直接上人，為確保施工人員行走和材料運輸安全，需要在加固區(qū)表面鋪設施工通道和工作界面。試驗區(qū)施工通道采用建筑用竹膠板，在竹膠板的兩端打眼，用繩子連接。

2） 安裝轉(zhuǎn)接裝置

根據(jù)排水板的打設深度和轉(zhuǎn)接裝置壓入泥下位置確定排水板裁截長度。在每根排水板上安裝一個轉(zhuǎn)接裝置，轉(zhuǎn)接裝置見圖3。把排水板插入轉(zhuǎn)接裝置中，用鉚釘穿過轉(zhuǎn)接裝置的預留孔洞，固定排水板。為防止在抽真空過程中，土顆粒從排水板的插入位置進入轉(zhuǎn)接裝置造成排水堵塞，轉(zhuǎn)接裝置插口位置用濾布纏繞。轉(zhuǎn)接裝置出水口位置安裝尼龍軟管，作為排水板的排水通道。

圖3 自密封裝置及安裝示意圖（單位：mm）Fig.3 Section of self-sealing deviceand installation method（mm）

3） 排水板打設

排水板的打入端密封、彎折，然后利用人工插板裝置，把排水板垂直壓入泥下預定深度，排水板轉(zhuǎn)接裝置隨排水板插入進入泥下50 cm左右。

4）魚刺形連接頭、盲管連接

魚刺形連接頭是連接排水板和盲管的中間接頭，每個魚刺形接頭有12個小接頭，這些小接頭和排水板轉(zhuǎn)接裝置上的尼龍管相連，形成一個單元體，每個單元體連接著12根排水板。圖4為排水板打設和魚刺形接頭安裝。單元體之間通過盲管連接，最終和抽真空設備相連通。

圖4 排水板打設和魚刺形接頭安裝Fig.4 Installation of band drain and fishbone diagram jointer

盲管連接式自密封真空預壓法施工中需要連接的接頭眾多，是施工的難點，每一個接頭既要保證連接牢固，不會在負壓加載、地基沉降過程中脫裂，又要保證密封性。為了滿足上述要求，施工材料配套是關鍵因素之一，魚刺形接頭中小接頭的尺寸和塑料軟管的尺寸要滿足要求，任何一種尺寸的過大或過小都能夠造成連接不穩(wěn)固或漏氣，在施工技術保證的同時還需要富有經(jīng)驗和責任心的工人認真施工。在試抽氣時，還要仔細排查，發(fā)現(xiàn)接頭有漏氣要及時修補。

5） 抽氣加載

在抽真空設備安裝完成后，進行試抽氣，當壓力達到80 kPa以上，滿足設計要求，開始正式計時。

3 試驗區(qū)監(jiān)測、檢測及加固效果分析

3.1 孔壓觀測

孔壓儀均埋設在4根排水板中心位置。加固區(qū)孔壓消散統(tǒng)計及根據(jù)孔壓消散計算的應力固結度見表2。D1區(qū)排水板間距為60 cm，孔壓消散值偏小，D2區(qū)孔壓消散情況看起來更為符合一般真空預壓加固土體孔壓消散規(guī)律。

表2 孔壓消散統(tǒng)計及應力固結度計算值Table 2 Statistics of pore water pressure dissipation and calculated values of stress consolidation degree

3.2 表層沉降及固結度計算

實測表層沉降及固結度推算值（雙曲線法[4]）見表3。D1區(qū)、D2區(qū)因排水板間距不同，加固后固結度差別較大，分別為65.5%、78.8%。

表3 表層沉降統(tǒng)計及固結度推算值Table3 Surfacesettlement and consolidation degree

3.3 土質(zhì)變化

加固前后含水率、濕密度變化均值見表4。

表4 加固前后含水率、濕密度對比Table 4 Comparison of moisture contents and wet densitiesbefore and after reinforcement

經(jīng)過60 d的地基加固，試驗區(qū)含水量大幅降低，D1區(qū)降低34.97%，D2區(qū)降低42.72%。D1區(qū)濕密度增加9.27%，D2區(qū)濕密度增加13.82%。

3.4 十字板檢測

在加固前及加固20 d，40 d，60 d分別進行原位十字板檢測，統(tǒng)計值見表5。

表5 十字板強度平均值統(tǒng)計Table 5 Average values of crossplate strength

根據(jù)表5，60 cm排水板間距的D1區(qū)在加固過程中十字板強度增長較為緩慢，60 d十字板強度為10.5 kPa；40 cm間距的D2區(qū)十字板強度增長迅速，60 d強度為20.5 kPa。

一般重型插板機械14 t左右，插板機壓力通過枕木向地基土傳播，根據(jù)通常情況下枕木接地面積計算，插板機靜態(tài)接地壓力為20 kPa左右，考慮動態(tài)打設排水板，接地壓力增加，按靜態(tài)壓力1.5倍計算（通過現(xiàn)場實測“倍數(shù)”合理），接地壓力為30 kPa。反算成地基十字板強度，表層十字板強度為9.5 kPa。

根據(jù)試驗結果，采用60 cm排水板間距，60 d能夠滿足排水板打設要求，形成上插板機械的硬殼層。采用40 cm的排水板間距，20 d能夠迅速形成上插板機械的硬殼層。

3.5 排水板間距對加固效果的影響

從加固后土質(zhì)變化、土體強度增長、固結度變化等方面看，排水板間距40 cm的加固區(qū)加固效果遠好于排水板間距60 cm的加固區(qū)。

排水板間距40 cm，60 cm遠低于傳統(tǒng)真空預壓法中推薦的排水板間距（0.7～1.3 m）[4]，一般認為排水板打設過程中會造成涂抹效應[5]，排水板過密因涂抹作用存在使加固效果變差，并且不經(jīng)濟。新近吹填的超軟土屬于擾動土，沒有形成明顯的土骨架，排水板打設產(chǎn)生涂抹效應對加固效果的影響不明顯。

4 應用前景分析

盲管連接自密封真空預壓工藝適用于流塑狀態(tài)的吹填土地基加固。既可以單獨采用，也可以作為超軟土地基的預處理。該工藝具有良好的應用前景。

對于臨時道路、綠化帶等對承載力和沉降要求不是特別高的地基，可以單獨采用，既降低了工程造價，又具有明顯的時間效益。

對于一些后期使用要求不明確的吹填造陸工程，在淺層形成具有一定的承載力工作墊層，滿足后期人員和機械進場的要求，為后期施工搭建了平臺，同時節(jié)省大量的砂石資源，提高了工程質(zhì)量，環(huán)保、高效。

5 結語

本文通過現(xiàn)場試驗研究，得到以下2點結論。

1）本文開發(fā)了一種新技術——盲管連接自密封真空預壓加固超軟土技術。該技術適合新近吹填的高含水率疏浚土，該技術以表層淤泥作為密封層，取消了用作施工墊層的土工布、黑砂墊層、水平排水砂墊層和密封膜。施工工藝更為簡潔、環(huán)保。具有良好的應用前景。

2）根據(jù)現(xiàn)場實測十字板強度及插板機接地強度分析，采用60 cm排水板間距，60 d能夠滿足排水板打設要求，形成上插板機械的硬殼層。采用40 cm的排水板間距，20 d能夠迅速形成上插板機械的硬殼層。

[1] 葉國良，郭述軍，朱耀庭.超軟土的工程性質(zhì)分析[J].中國港灣建設，2010（5）：1-9.YE Guo-liang,GUO Shu-jun,ZHU Yao-ting.Analysis on engineering property of ultra soft soil[J].China Harbour Engineering,2010(5):1-9.

[2] 高志義.真空預壓法的機理分析[J].巖土工程學報，1989，11（4）：45-56.GAOZhi-yi.Analysis on mechanics of vacuum preloading method[J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering,1989,11(4):45-56.

[3]JTS147-1—2010，港口工程地基規(guī)范[S].JTS147-1—2010,Codefor soil foundationsof port engineering[S].

[4]JTS147-2—2009，真空預壓加固軟土地基技術規(guī)程[S].JTS 147-2—2009,Technical specification for vacuum preloading techniquetoimprovesoft soils[S].

[5] 龔曉南.地基處理手冊[M].2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.GONG Xiao-nan.Foundation treatment manual[M].2nd ed.Beijing:China Building Industry Press,2000.