◎ 陳煥龍 花錦峰 中交四航局第二工程有限公司

1.工程概況

深圳海洋科技研發(fā)服務(wù)基地項(xiàng)目第一標(biāo)段堤防工程位于東莞市濱海灣新區(qū)臨海灘涂，主要為建設(shè)1985.52m長(zhǎng)的海堤工程，分西北、西南及東南三個(gè)堤段，呈U型布局，其中西北堤緊鄰龍涌，西南堤和東南堤臨海而設(shè)，受海浪和潮汐的正面沖擊。西北海堤淤泥層厚度5～9m，西南和東南海堤淤泥厚度11～18m；整個(gè)海堤基礎(chǔ)淤泥及淤泥質(zhì)粘土層分布廣泛，呈飽和流塑狀態(tài)，含少量腐殖質(zhì)及貝殼碎，局部夾微薄層細(xì)砂。為提高海堤基礎(chǔ)強(qiáng)度，按設(shè)計(jì)要求，采用真空預(yù)壓工藝進(jìn)行處理，真空恒壓天數(shù)為130天，膜下真空度不低于85kPa；地基處理的寬度為40m、總面積為79030m，分為A1～C4區(qū)共15個(gè)分區(qū)如圖1所示。

圖1 海堤基礎(chǔ)真空預(yù)壓分區(qū)圖

2.真空預(yù)壓工藝原理

真空預(yù)壓處理地基的工作原理是通過(guò)抽真空設(shè)備對(duì)打設(shè)有豎向和橫向排水通道的密封區(qū)塊進(jìn)行抽氣排水。隨著水氣從排水通道內(nèi)被抽離排出，排水通道與土體之間形成氣壓差，在氣壓差的作用下，土體中的孔隙水不斷地通過(guò)濾管排向排水通道匯集在總管后被排出密封區(qū)塊。隨著土體內(nèi)孔隙水的排出，孔隙水壓力逐漸降低，由孔隙水承受的壓力逐漸轉(zhuǎn)化為土體應(yīng)力，從而使地基應(yīng)力得以增加，土體產(chǎn)生固結(jié)。真空預(yù)壓工作原理的特點(diǎn)如下：

1）密封薄膜內(nèi)外存在的氣壓差產(chǎn)生了荷載對(duì)土體形成有效的應(yīng)力。

2）隨著地下水位的降低，土體的浮容重變成濕容重，對(duì)下層土體產(chǎn)生附加應(yīng)力，增加土體的固結(jié)壓力。

3）真空設(shè)備將飽和土體內(nèi)封閉的氣體一并抽離，使得土體的滲透性加大，孔隙水加速排出，土體固結(jié)過(guò)程加快。

3.集成式水氣分離抽真空成套設(shè)備和傳統(tǒng)真空射流泵的比較與分析

施工期間，在西北海堤、西南及東南海堤真空預(yù)壓中，使用了傳統(tǒng)真空射流泵和集成式水氣分離抽真空設(shè)備，根據(jù)兩種設(shè)備性能特點(diǎn)及使用期間的效率等情況，記錄整理出兩種設(shè)備相關(guān)特點(diǎn)與功率參數(shù)等，如表1所示。

表1 傳統(tǒng)真空射流泵與集成式水氣分離抽真空設(shè)備特點(diǎn)與功率參數(shù)比較

4.設(shè)備使用及監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形條件及施工順序，首先在西北海堤C1～C4區(qū)進(jìn)行了地基真空預(yù)壓施工，抽真空設(shè)備為傳統(tǒng)的真空射流泵。西北海堤C1～C4區(qū)真空預(yù)壓的總面積為24157m，需要使用25臺(tái)真空射流泵。為保證膜下真空度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，每5000m備用真空射流泵1臺(tái)，以便能及時(shí)替換恒壓期間發(fā)生故障的設(shè)備，西北海堤真空預(yù)壓共需真空射流泵30臺(tái)。

西南海堤分為9個(gè)分區(qū)B1～B9，東南海堤分為2個(gè)分區(qū)A1～A2，總面積為54872m，經(jīng)綜合分析和充分論證后，采用了11臺(tái)集成式水氣分離抽真空設(shè)備，以更好地避免風(fēng)浪潮汐的侵襲、作業(yè)平臺(tái)受限以及其他的不利因素的限制。

按設(shè)計(jì)要求，地基處理施工期間，應(yīng)進(jìn)行地表沉降、孔隙水壓力、土體分層沉降、地下水位等監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。每個(gè)分區(qū)設(shè)置兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的點(diǎn)位為1#點(diǎn)、2#點(diǎn)。

5.監(jiān)測(cè)及數(shù)值分析

5.1 沉降觀測(cè)

恒壓期間，分別對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了觀測(cè)，采集使用傳統(tǒng)真空射流泵的西北海堤四個(gè)區(qū)和使用集成式水氣分離抽真空設(shè)備的西南海堤四個(gè)區(qū)域，沉降數(shù)據(jù)如表2所示，沉降速率對(duì)比如圖2所示。

表2 真空恒壓期間沉降數(shù)據(jù)表

圖2 沉降速率比較圖

從表2可以看出，使用的傳統(tǒng)真空射流泵抽真空對(duì)土體產(chǎn)生的沉降速率弱于使用集成式水氣分離抽真空設(shè)備對(duì)抽真空土體產(chǎn)生的沉降速率。

5.2 孔隙水壓力值觀測(cè)

通過(guò)觀測(cè)孔隙水壓力消散的情況，來(lái)了解使用不同抽真空設(shè)備時(shí)土體的固結(jié)狀態(tài)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，使用兩種設(shè)備對(duì)超靜孔隙水壓力的消散過(guò)程比較一致，在抽真空初期，超靜孔隙水壓力隨之較快地上升，恒載后開(kāi)始逐步消散，表明使用集成式水氣分離抽真空設(shè)備同樣能達(dá)到土體預(yù)期的固結(jié)效果。根據(jù)各分區(qū)孔隙水壓力觀測(cè)成果繪制成恒壓期間孔壓變化曲線如圖3所示。

圖3 孔壓降-時(shí)間曲線圖

5.3 十字板剪切強(qiáng)度分析

C1-C4區(qū)和B1-B9區(qū)在完成真空恒壓后，分別對(duì)不同土層取樣進(jìn)行十字板剪切強(qiáng)度檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 工后原狀土抗剪強(qiáng)度數(shù)據(jù)表

從檢測(cè)的結(jié)果可以看出，使用傳統(tǒng)射流泵的西北堤C1-C4區(qū)和使用集成式水氣分離抽真空設(shè)備西南海堤B1-B9區(qū)，其固結(jié)度和工后沉降都滿足設(shè)計(jì)要求，土體淤泥層抗剪強(qiáng)度平均值為36.7kpa，滿足海堤穩(wěn)定所需的軟土地基處理后地基強(qiáng)度不低29kPa的設(shè)計(jì)要求，其中B1-B9區(qū)的抗剪強(qiáng)度平均值為37.4kpa，略高于C1-C4區(qū)平均抗剪強(qiáng)度36.0kpa，說(shuō)明集成式水氣分離抽真空設(shè)備在滿足真空預(yù)壓工藝對(duì)設(shè)備性能的基本要求外，還稍顯優(yōu)勢(shì)。

6.效果分析

經(jīng)過(guò)比較分析，不難發(fā)現(xiàn)集成式水氣分離式抽真空設(shè)備相對(duì)于傳統(tǒng)真空射流泵在真空預(yù)壓施工工藝具有顯著優(yōu)點(diǎn)：1）設(shè)備一體化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊操作便利，易于集中控制和管理；電纜管線接點(diǎn)少，安全系數(shù)高，安全有保障。2）充分利用水氣分離罐內(nèi)氣體形成的負(fù)壓差，將各級(jí)土體內(nèi)的水、氣混合物排入水氣分離罐，將水和氣分離后排出，提高循環(huán)水的利用效率，大幅提升了功效，降低了能耗，施工成本較低。3）設(shè)備使用臺(tái)數(shù)少，智能化程度高，具遠(yuǎn)程集中自動(dòng)控制的特點(diǎn)，容易發(fā)現(xiàn)故障且更換方便，不影響密封區(qū)內(nèi)的真空度。4）分區(qū)面積大，減少壓膜溝及泥漿攪拌墻施工長(zhǎng)度，減少工作量。5）通過(guò)信號(hào)管線，將現(xiàn)場(chǎng)真空示數(shù)傳入控制機(jī)房的顯示末端集中顯示，使得分區(qū)內(nèi)的真空情況一目了然，方便現(xiàn)場(chǎng)管理和查找漏氣源，降低了現(xiàn)場(chǎng)管理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

7.結(jié)束語(yǔ)

集成式水氣分離抽真空設(shè)備在深圳海洋科研服務(wù)基地項(xiàng)目第一標(biāo)段堤防工程中的成功使用，展現(xiàn)出了諸多的優(yōu)點(diǎn)，無(wú)論是在現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)、智能化管理，降低工作強(qiáng)度等方面，還是在提高抽真空效率，加快土體固結(jié)，節(jié)能減排和節(jié)約施工成本等方面比其它抽真空設(shè)備更具優(yōu)勢(shì)，可作為后續(xù)項(xiàng)目真空預(yù)壓施工設(shè)備的優(yōu)先選擇，同時(shí)也為后續(xù)項(xiàng)目提供了經(jīng)驗(yàn)參考。