梁廣雪， 梁廣會， 趙海娟， 姚慶東

(1.江蘇鹽城水利建設有限公司， 江蘇 鹽城 224014； 2.南通通源建設監(jiān)理有限公司， 江蘇 南通 226006；3.鹽城市大豐區(qū)水利局， 江蘇 鹽城 224100)

軟土地基在我國分布范圍比較廣，作為構筑物的基礎十分不穩(wěn)定,容易出現(xiàn)較大的工后沉降及地基的不均勻沉降等情況,對構筑物的穩(wěn)定性產(chǎn)生極大影響。如何在軟土地基進行建筑物施工，通過科技創(chuàng)新，采取新的施工工藝，使原天然地基處理后承載力達到設計要求，確保建筑物質量與安全，是一個值得探討和研發(fā)的新課題。

本文結合南水北調東線第一期工程里下河水源調整工程阜寧站段，經(jīng)過對深基坑聯(lián)合高堆載施工技術方案的研究，進行相關指標的檢驗和控制，得出深基坑聯(lián)合高堆載處理軟土地基的研究成果。

1 概況

南水北調東線第一期工程里下河水源調整工程阜寧泵站位于阜寧縣陳集鎮(zhèn)金星村境內(nèi)，主要任務是在江水北調期間，將阜寧腰閘至通榆河總渠地涵段共1.79萬hm2耕地用水源由總渠水源調整為抽引里下河水源入總渠灌溉。工程設計流量30m3/s，布置1600ZLB7.5-4.5型立式軸流泵，配YKS500-20立式異步電機5臺套，單臺流量7.5m3/s，配套電機功率500kW，總裝機容量2500kW。工程主要建設內(nèi)容包括泵站站身、站下清污機橋、穿堤涵洞防洪閘、上下游引河開挖、房屋工程等工程。阜寧泵站站身采用濕室型墩墻結構，底板底高程為-6.7m，底板長28.5m，寬度20m。上游1節(jié)翼墻采用空箱結構，上下游其他翼墻采用扶壁結構。

2 地基預壓處理監(jiān)測及要求

站址處地基為淤泥質粉質粘土夾輕粉質砂壤土，厚度較大，設計采用真空聯(lián)合堆載預壓進行站身及翼墻地基預壓處理，預壓面積為2 682.4m2，地基處理預壓面底高程-4.5m，預壓面頂高程8.5m，原始地面平均高程3.5m。預壓處理前先將地基開挖至高程-4.5m。

預壓監(jiān)測現(xiàn)場共布置沉降標14個、沉降管3個、孔壓計3個、測斜管4個、真空計探頭3個、真空表3個，用于真空聯(lián)合堆載預壓處理觀測，設計要求：

(1)堆載速率以現(xiàn)場監(jiān)測為準，控制在：邊樁水平位移小于5mm/d，基底中心點沉降速率小于15mm/d，孔隙水壓力小于等于0.6，日堆載高度小于25cm，分層應均勻。

(2)在密封溝外側1.5m處，設直徑50cm管井排水，管井高程3.5～-32m。

(3)要求卸載前地基固結度達到90%以上，卸載前的沉降穩(wěn)定標準為：連續(xù)7d平均沉降量小于或等于1mm/d，加固前后取土試驗，加固前后進行十字板剪切試驗，以檢驗其加固效果。

3 工藝特點

3.1 采用移動軌道施工技術

深基坑軟土地基塑料排水板施工，考慮到樁機架底部土體出現(xiàn)不均勻沉降而傾覆，采用平板移動軌道施工技術。主要要點是：在軌道下側鋪設可移動平板，材料為高強竹膠板，軌道鋪設在平板上，平板根據(jù)樁架位置不斷移動，從而保證樁機架的垂直度和靈活移動性。

3.2 采用主管、濾管、抽真空裝置保護技術

從高填土(從-4.5～8.5m，共填土高度13m)堆載對膜內(nèi)主管道的影響進行研究，保證真空主管道能夠持續(xù)穩(wěn)定工作。

3.2.1 主管、濾管選擇及布置

埋于砂墊層中的管道分主管和濾管兩種，主管為Φ90mm的PVC管，壁厚大于2.4mm；支濾管為Φ75mm的PVC管，壁厚大于2mm?？紤]到高填土對管道的影響，首先計算管道所需的徑向承載力，一是考慮承受足夠的徑向真空壓力而不變形，二是考慮承受上部土體傳導的軸向壓力不變形。然后到市場進行比選，采購合格產(chǎn)品后，首先送專門檢測機構進行試驗，符合設計要求后使用。

支濾管上先穿打Φ6mm、孔間距30～40mm的小孔，外包一層無紡土工布濾膜，以防雜物堵塞孔、管。在把支濾管裝入濾布套之前，要把主管和濾管內(nèi)外清洗干凈，避免將砂、泥留在管內(nèi)，因為泥沙被吸入泵體會損壞泵葉。

主管的端部與濾管采用三通聯(lián)接，主管與濾管之間用三通或四通聯(lián)接。現(xiàn)場鋪設時，將濾管的末端用木塞封死，然后再套上預先縫制好的反濾布套。同時反濾布將濾管上的孔洞蓋住，再用細繩把濾布套兩端捆扎牢靠。濾水管排距為5.5m，最外層濾水管距場地邊的距離為3m，射流泵抽出水經(jīng)抽排至下游小中干渠。

安裝結束后，將整個主管、濾管埋入砂墊層中，出膜裝置的開口部分暫時用布包好，以防砂子進入管內(nèi)。

3.2.2 主管的出膜裝置

主管的出膜裝置使整個膜內(nèi)、膜外抽真空系統(tǒng)形成一個有機整體，使管路系統(tǒng)連續(xù)、通暢。本技術從抽真空出膜管道防護技術方面研究，提高抽真空效果，加快地基土壤固結，保證地基承載力盡快達到設計預想。

首先在主管的出口部位聯(lián)結1個帶有法蘭盤的彎曲鋼管，法蘭盤上焊有4個固定的螺桿，實施時先在膜內(nèi)法蘭盤上放置1個密封橡膠墊圈，將密封膜穿過固定的螺桿置于法蘭盤上，再將膜外的墊圈和有4孔的膜外法蘭盤(其上已焊有65cm長的1節(jié)彎管)置于膜上，加上螺栓擰緊，再通過鋼絲螺紋橡膠管就把抽真空裝置與膜下的管路系統(tǒng)聯(lián)系起來，形成一個抽氣系統(tǒng)。本技術考慮到出膜管道全部埋在土中，自由伸展度不可能達到，先將抽真空出膜主管道預留沉降長度(根據(jù)設計圖紙指標計算最大沉降1.73m)3.5m，其次，利用子母管道法，在鋼絲螺紋橡膠管內(nèi)部再布設1根直徑略微小一點的軟濾管，軟濾管外側也裹好反濾布套。同時保證該軟濾管能承受同樣的徑向壓力。

3.2.3 抽真空裝置

抽真空裝置由高壓射流泵、射流噴嘴、循環(huán)水箱組成。

(1)本技術首先從真空泵安裝高程上進行研究，保證抽真空能夠盡快達到設計的真空度要求。

處于真空狀態(tài)下的氣體稀簿程度，通常用真空度表示。若所測待處理土體內(nèi)的壓強低于大氣壓強，其壓力測量需要真空表。真空度數(shù)值是表示出系統(tǒng)壓強實際數(shù)值低于大氣壓強的數(shù)值，即，真空度=大氣壓強-絕對壓強。本技術忽略由于泵安裝高程引起的大氣壓強降低值。

同時，由于本軟土地基處理技術中，射流真空泵不僅僅是從土體中抽空氣，而且還要將軟土中的水排出，屬于水氣混合體。因而出膜口處的絕對壓強還跟水頭高度存在一定的因果關系。

在本軟土處理技術中，真空泵處的水頭為位置水頭。其余在本技術中不予考慮。那么，真空泵的安裝高程絕對影響膜內(nèi)的真空度。據(jù)此計算，真空泵的安裝高程與出膜口高程差不能大于2m，從而能保證達到設計的80kPa要求。 因此，本技術將真空泵安裝在高程-4m左右，與出膜口保持一致。

(2)對真空泵保護措施上進行技術研究，保證真空泵能夠持續(xù)穩(wěn)定工作。同時加強真空泵出水的抽排。由于真空泵安裝在-4m高程，那么，真空泵工作場所則全部在堆載土體之中，要保證泵的正常工作，則必須對泵進行保護。

本技術的做法是：真空泵外用有企口的水泥套管保護泵體，套管為鋼筋混凝土結構，每節(jié)2m，直徑1.5m，每臺真空泵用4節(jié)。套管根據(jù)堆載土體進度逐步上升。管內(nèi)采用鋼爬梯用于檢修。管節(jié)之間接頭外用土工布裹好，同時用木方做骨架，以保證管與管接頭不致錯榫損壞。

4 研究目標及達到的效果

4.1 綜合技術的研究目標及特點

由于目前真空聯(lián)合堆載預壓方法在施工工藝等方面的研究不多。本工程主要是在深基坑采用該方法施工中，對抽真空出膜管道防護技術、真空泵保護、防護技術的使用進行研究，目標是保證真空泵能夠持續(xù)穩(wěn)定工作、保證達到設計真空度的要求，保證堆載施工的順利進行。本研究的特點是：

(1)采用移動軌道施工技術，實現(xiàn)深基坑(8m)軟地基塑料排水板施工。

(2)通過改進真空泵防護，增設外套管保護措施，保證真空泵能夠持續(xù)穩(wěn)定工作。

(3)通過高填土(填土高度13m)堆載中，改進和控制真空膜內(nèi)管道防護技術，保證真空主管道能夠持續(xù)穩(wěn)定工作。

(4)通過觀測堆載速率，研究出控制測斜結果的影響技術，以保證堆載施工的順利進行。

4.2 綜合技術的創(chuàng)新點

真空聯(lián)合堆載預壓技術，針對軟地基處理提出和實現(xiàn)了“雙壓兩改雙控”技術創(chuàng)新：①“雙壓技術”就是通過真空預壓產(chǎn)生負壓和高堆載預壓產(chǎn)生正壓，使兩者形成聯(lián)合作用，孔隙水壓力的壓差更大，造成孔壓消散更快，加固效果更好；②“兩改技術” 就是通過改進真空泵防護措施，增設外套管保護(防護)技術，達到真空泵持續(xù)穩(wěn)定工作目的；通過高填土(填土高度13m)堆載中，對抽真空膜內(nèi)管道防護技術進行改進和控制，達到真空主管道持續(xù)穩(wěn)定工作的效果；③“雙控技術” 就是通過觀測堆載速率，研究出測斜結果的影響技術控制要素，以保證堆載施工的順利進行；通過高填土堆載中抽真空膜內(nèi)管道防護技術的控制，保證真空主管道能夠持續(xù)穩(wěn)定工作。

4.3 綜合技術應用效果

(1)表層沉降：在抽真空初期沉降速率較大并有逐漸變緩趨勢，堆載開始后沉降速率增長明顯，在堆載過程中最大沉降速率滿足設計要求，保證了堆載過程中地基的穩(wěn)定性，恒載期間沉降逐漸變緩。真空聯(lián)合堆載預壓恒壓期間，地表平均沉降量1519mm，最大沉降量1841mm，最小沉降量1275mm，平均沉降速率為0.7mm/d，滿足設計要求。

(2)深層分層沉降：根據(jù)監(jiān)測結果，對地基處理的主要部位為中上層，沉降量主要集中在中上層土層，說明中上層土層含水量高，下層土質含水量低，滿足設計要求的處理深度。

(3)孔隙水壓力：抽真空初期,孔隙水壓力消散明顯，堆載期間，伴隨著堆載高度的增高，孔隙水壓力出現(xiàn)反彈-消散的正常反復，真空預壓聯(lián)合堆載期間孔隙水壓力不斷消散，出現(xiàn)異常反彈情況能夠及時處理，最終各點消散量可達80～150Kpa左右。

(4)深層側向位移：抽真空初期,場區(qū)整體向內(nèi)收縮，在荷載作用下，場區(qū)整體向外偏移，偏移速率滿足設計要求，保證了堆載施工過程中地基穩(wěn)定性，真空預壓聯(lián)合堆載恒載期間，偏移速率逐漸減小。

(5)預壓技術指標：根據(jù)監(jiān)測結果分析，本項目真空聯(lián)合堆載預壓施工，已滿足了固結度達到90%和沉降速率不大于1mm/d的設計要求。

(6)工后沉降值：本工程經(jīng)試運行期到單位工程驗收時，泵站站身最大沉降量5mm，最小沉降量3mm，翼墻墻身最大沉降量10mm，最小沉降量1mm。工后沉降量也滿足設計要求。

5 結 語

鑒于真空聯(lián)合高堆載預壓處理深基坑軟地基綜合施工技術的產(chǎn)生，不僅突破了軟土地基采用混凝土基礎、樁基礎等傳統(tǒng)方案，且工藝成熟、過程控制簡單、監(jiān)控數(shù)據(jù)采集無紙化、施工成本低等特點，為水利工程軟土地基施工處理積累了寶貴的經(jīng)驗，在工程設計、施工領域產(chǎn)生了深遠的影響。為此，無論是從社會效益上來講，還是經(jīng)濟效益上來講，都具有廣闊的前景，適用于水利、碼頭堆場、機場、發(fā)電廠、高速公路等類工程的軟地基處理。

水利工程一般基礎都為深埋基礎，軟土地基分部范圍較廣，深基坑軟土地基采用真空聯(lián)合高堆載預壓處理能夠用較低成本達到預期的承載力效果，經(jīng)濟優(yōu)勢明顯，極具發(fā)展?jié)摿Α?/p>