◎徐建華 李軍 中交一航局第五工程有限公司

1.工程概況

本項目位于珠海橫琴新區(qū)的小橫琴山腳下，項目建設(shè)完成后，將改善下村泵閘取水功能和提升北片區(qū)的防洪及景觀效果。

本工程按照設(shè)計圖紙要求，需進行加固處理的軟土地基部分總面積約為7000m，從表層往下厚度為8.2m的區(qū)域內(nèi)，土質(zhì)均為軟塑狀淤泥，經(jīng)地勘驗證，該土層具有較高的含水率和壓縮性，在8.2m往下的范圍約有11m厚度的土層為海相沉積土層，含水率最高能夠達到80%，屬于中高性的壓縮性土質(zhì)。設(shè)計要求針對8.2m厚度的軟塑狀淤泥進行加固處理。

表層土是在原來的魚塘基礎(chǔ)上直接進行填筑，未對魚塘進行抽排水處理，導(dǎo)致表層土的含水率較大，地基十分軟弱，并且具有透水性差的特點。并且項目周邊用地緊張，作業(yè)面狹窄，施工機械無剩余空間可利用，只能臨時占用防洪通道，給施工過程中的安全生產(chǎn)帶來隱患，給施工成本控制帶來難度，給施工進度保障帶來壓力，綜合考慮這幾項因素，同時滿足臨時防洪度汛的要求，對地基進行加固處理時，必須選擇工藝合理、經(jīng)濟可行、安全可靠的方案。

通過與常規(guī)工藝全面對比，并經(jīng)實踐檢驗，最后確定選擇采用直排式真空預(yù)壓的工藝，能夠消除安全隱患，達到降本增效的目的，同時經(jīng)此方案處理后的地基，取得了不錯的加固效果，成為多種方案比選中的最佳選擇。

2.直排式真空預(yù)壓工藝與常規(guī)真空預(yù)壓工藝的區(qū)別以及優(yōu)點體現(xiàn)

隨著我國基建板塊的發(fā)展與科技的進步，工程師們已經(jīng)總結(jié)了一套完整的常規(guī)真空預(yù)壓技術(shù)的經(jīng)驗和教訓(xùn)，雖然能夠滿足基本施工需要，但也存在諸多不足，比如：常規(guī)的真空預(yù)壓法在施工過程中的抽真空作業(yè)的周期比較長，嚴重影響了其緊后工作的開始時間，導(dǎo)致總時差的消耗，不利于整體工期的目標控制。

而直排式真空預(yù)壓法，在實踐過程中，發(fā)現(xiàn)比常規(guī)做法成本低、周期短，同時兼有穩(wěn)定性、加固性強等優(yōu)勢，得到了越來越廣的使用，應(yīng)用前景較好，成為發(fā)展的趨勢。

直排式真空預(yù)壓法和常規(guī)式真空預(yù)壓法最明顯的區(qū)別就是：直排式工藝在施工過程中取消了鋪設(shè)中粗砂墊層這道工序，取而代之的是，將PU管與塑料排水板直接相連，將排水路徑大大縮短，既精簡了工藝流程，又達到了預(yù)壓效果。

2.1 常規(guī)真空預(yù)壓工藝的水平排水系統(tǒng)描述

此系統(tǒng)的基本做法是：首先鋪設(shè)厚度為50～100cm中粗砂墊層，接著在砂墊層上打設(shè)塑料排水板，然后在砂墊層內(nèi)埋設(shè)軟式多孔濾管，要求濾管間距保持一致，最后在濾管周圍用至少2層濾布包裹嚴實，在不影響其透水性功能的前提下，還能達到不透砂的效果。塑料排水板引出的水通過透水性良好的中粗砂墊層，集中排到事先鋪好的密封膜外面，土體層經(jīng)失水后，逐漸固結(jié)并密實。

經(jīng)研究此系統(tǒng)的工作原理，發(fā)現(xiàn)其真空壓力的傳遞過程是：真空裝置作為壓力起點→流經(jīng)主管道→然后傳遞到支管道→經(jīng)過鋪設(shè)好的中粗砂墊層→經(jīng)過打設(shè)好的塑料排水板→最后傳遞到需要加固的淤泥土層。

由于厚度較厚的中粗砂墊層和軟式多孔濾管以及2層包裹濾布的阻尼作用，導(dǎo)致真空壓力的功率在傳遞過程中發(fā)生明顯損失。經(jīng)實測數(shù)據(jù)得知，真空泵在出口壓力的初始值為96kPa，但是經(jīng)過軟式多孔濾管以及2層包裹濾布的阻尼作用到達中粗砂墊層時，其實際真空壓力已降至80kPa以下，再經(jīng)中粗砂墊層的阻尼作用，最后傳遞到塑料排水板板頭往下大約3m深處的位置時，實際真空壓力值只剩56kPa，真空壓力損失率高達42%。

2.2 直排式真空預(yù)壓工藝的水平排水系統(tǒng)描述

由于此工藝精簡了工序，將濾管和塑料排水板直接相連，取消了中粗砂墊層的鋪設(shè)，壓力傳遞過程中減少了一道阻尼障礙，傳遞路徑發(fā)生了變化。

經(jīng)研究此系統(tǒng)的工作原理，發(fā)現(xiàn)其真空壓力的傳遞過程是：真空裝置作為壓力起點→流經(jīng)軟式多孔濾管→然后傳遞到PU管→經(jīng)過打設(shè)好的塑料排水板→最后傳遞到需要加固的淤泥土層。

此工藝減少了真空壓力的阻尼障礙、縮短了傳遞路徑、降低了能量損失，從而使土體層的密實加固效率提高。經(jīng)實測數(shù)據(jù)得知，真空泵在出口壓力的初始值同為96kPa，在傳遞至PU管時的壓力值大于90 kPa，最后傳遞到塑料排水板板頭往下大約3m深處的位置時，實際真空壓力值仍大于80kPa，真空壓力損失率不超過17%。

3.直排式真空預(yù)壓工藝的管網(wǎng)施工流程

直排式真空管網(wǎng)施工流程為：施工準備→GPS測量放線→PVC管網(wǎng)布設(shè)→板頭處清理修整→將板頭之間互相連接→將整個PU管網(wǎng)進行閉合→檢查管網(wǎng)密封的效果→最后將管網(wǎng)整體固定。實際操作如圖1所示。

圖1 直排式真空預(yù)壓管網(wǎng)實際操作流程圖

4.真空預(yù)壓

4.1 安裝抽真空裝置

根據(jù)施工的實際需求，初步確定和選擇高效節(jié)能大功率真空泵系統(tǒng)（以下簡稱為HEHP真空系統(tǒng)）。HEHP真空系統(tǒng)主要由水氣分離罐和大功率真空泵組成，其工作原理為啟動真空泵，抽取土體中的水和氣體，進入水氣分離罐后水氣出現(xiàn)分離，氣體進入上部灌體，并從真空泵將氣體排出；水則進入下部灌體，配合抽水泵排水，本次施工共設(shè)置2臺揚程為25m的抽水泵，1臺承擔抽水作業(yè)，另外1臺作為備用，保證施工效率。從施工涵蓋范圍來看，真空泵系統(tǒng)每臺泵的可影響的范圍約為5000～6000m。為了確保每根真空主管均在預(yù)壓范圍內(nèi)，每個水氣分離罐連接真空管的數(shù)量不得超過8根。在進行真空預(yù)壓時，確保真空泵的進水口和出膜口在相同平面，避免干擾真空泵能的發(fā)揮。抽真空擬計劃采用網(wǎng)電供電，安排經(jīng)驗豐富的專業(yè)電工完成電網(wǎng)布設(shè)，選擇高強絕緣電纜，采用三相五線制，并加強對配電方式的設(shè)計，嚴格按照確定好的配電方式完成布設(shè)作業(yè)，提升施工的安全性。

4.2 試抽真空

做好抽真空前的準備工作，遵守抽真空施工規(guī)范，確保支管內(nèi)真空度＞85kPa，每臺泵全天候滿負荷作業(yè)，檢查所有泵的預(yù)壓范圍，并預(yù)留10%的備用泵，避免施工中泵損壞而影響施工正常進行。

若遭遇真空預(yù)壓臨時供電停電的情況，應(yīng)啟動備用發(fā)電機，確保水汽分離作業(yè)順利進行。另外，在發(fā)電機上安裝電量計量儀器，監(jiān)測控制日用電量。

5.施工的效率與成本分析

5.1 效率分析

常規(guī)的真空預(yù)壓工藝中，受作業(yè)面狹窄的影響，機械設(shè)備難以發(fā)揮作用，效率低下，同時占用的便道會影響村莊防洪度汛的能力，可能會造成村民財產(chǎn)的損失。

而直排式真空預(yù)壓工藝中，所有連接構(gòu)件均事先按照設(shè)計尺寸加工成型，具有“模塊化”的優(yōu)點，施工效率成倍增長，可提高1.5倍以上，降低了工期履約的風(fēng)險，同時對于節(jié)約成本效果顯著。

5.2 常規(guī)抽真空工藝壓力傳遞效率

采用此工藝，在打設(shè)完塑料排水板后，會出現(xiàn)明顯的反淤現(xiàn)象，造成鋪設(shè)好的中粗砂墊層的污染，堵塞了水平向排水系統(tǒng)，也造成了機械設(shè)備行走困難，影響其排水效果，同時增加了真空壓力傳遞的阻尼作用力，導(dǎo)致壓力傳遞能量損失較大，對于軟土層加固密實效果不明顯，壓力傳遞利用率僅為58%。

5.3 直排式抽真空工藝壓力傳遞效率

采用此工藝，真空壓力傳遞阻尼作用力減少，傳遞效果顯著，不會出現(xiàn)明顯的反淤現(xiàn)象，取消了砂墊層，也不會造成污染和堵塞排水系統(tǒng)，操作方便快捷、效率高，真空壓力傳遞損耗小、利用率高，從而縮短了加固時間，提高了加固效果，壓力傳遞利用率可達83%。

5.4 成本分析

按照2017 年當?shù)厥袌鼍C合價格，其中常規(guī)工藝的材料價為24.7元/m，人工費單價為1.1元/m，綜合單價為25.8元/m；直排式工藝的材料價為15.9元/m，人工費單價為3.3元/m，綜合單價為19.2元/m，節(jié)省單價6.6元/m，成本降低率近6.6/25.8=25.6%。

成本分析如表1所示。

表1 兩種工藝成本比較分析表

考慮到近年來政府對環(huán)保督查政策力度的加大，中粗砂材料供給市場情況的變化波動較大，中粗砂價格上漲較多，采用常規(guī)工藝進行真空預(yù)壓施工，將導(dǎo)致增加更多的施工成本，必須通過新工藝改變這種不利局面。

6.沉降觀測結(jié)果對比

經(jīng)加固后的地基監(jiān)（檢）測結(jié)果顯示，兩種工藝效果均能夠滿足工程質(zhì)量要求，但是也反映出，直排式真空預(yù)壓工藝對土體預(yù)壓效率要優(yōu)于常規(guī)真空預(yù)壓工藝，更有利于工程施工工期和質(zhì)量的控制。

直排式真空預(yù)壓和常規(guī)真空預(yù)壓的沉降值變化情況比較如圖2所示。

圖2 直排式真空預(yù)壓和常規(guī)真空預(yù)壓的沉降值變化對比圖

7.優(yōu)缺點分析

常規(guī)真空預(yù)壓工藝在軟弱地基加固處理中，由于其工作原理性質(zhì)導(dǎo)致其本身的不足，不能較好的達到預(yù)期目標，缺點較明顯，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）在打設(shè)完塑料排水板后，會出現(xiàn)明顯的反淤現(xiàn)象，造成鋪設(shè)好的中粗砂墊層污染，堵塞了水平向排水系統(tǒng)。

（2）近年來，國家大力整頓環(huán)保工作，中粗砂供給端緊張，材料價格高漲，造成了工程造價的進一步提高。

（3）造成了機械設(shè)備行走困難，影響其排水效果，增加了真空壓力傳遞的阻尼作用力，導(dǎo)致壓力傳遞能量損失較大，對于軟土層加固密實效果不明顯。

綜上所述，直排式真空預(yù)壓法和常規(guī)式真空預(yù)壓法最明顯的區(qū)別就是：直排式工藝在施工過程中取消了鋪設(shè)中粗砂墊層這道工序，取而代之的是，將PU管與塑料排水板直接相連，將排水路徑大大縮短，既精簡了工藝流程，又達到了預(yù)壓效果。在實踐過程中，直排式真空預(yù)壓法比常規(guī)做法成本低、周期短，同時兼有穩(wěn)定性、加固性強等優(yōu)勢，得到了越來越廣的使用，應(yīng)用前景較好，成為發(fā)展的趨勢。

8.結(jié)束語

在本工程軟土地基處理工藝實踐表明，直排式真空預(yù)壓法具有多方面的優(yōu)勢，既能夠有效滿足業(yè)主的工期和質(zhì)量要求，也能夠確保施工單位成本控制、進度履約的目標。同時，直排式真空預(yù)壓法施工方法簡便，管道與排水板連接“鴨嘴”成本低、易生產(chǎn)，易于大規(guī)模推廣，經(jīng)此方法加固后的地基在后期開挖過程中，能夠有效確保不出現(xiàn)反涌和邊坡滑移的情況，降低了安全隱患的風(fēng)險，同時保障了其緊后工序的開始時間以及上部結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)施工的質(zhì)量，在橫琴地區(qū)乃至類似軟弱土層地基處理加固施工時，作為首選的工藝，贏得了行業(yè)內(nèi)高度認可，具有很好的應(yīng)用前景和發(fā)展趨勢。