增壓式真空預壓（OVPS）實驗工程研究

王建平1  金亞偉2金亞軍2錢明2徐霞2

1上海第三航務勘察設計研究院

2江蘇鑫泰巖土科技有限公司, 江蘇省宜興市新莊鎮(zhèn), 214267

摘要：真空預壓軟基加固增壓法（“OVPS系統(tǒng)”軟基處理法）是一項真空預壓施工的新工藝。采用了增壓技術(shù)，用新型防淤堵排水板取代了傳統(tǒng)排水板，取消了吹砂墊層，采用手型接頭直排技術(shù)。在天津臨港工業(yè)區(qū)進行了試驗研究，檢測結(jié)果表明：“OVCS系統(tǒng)”軟基處理法處理效果好于傳統(tǒng)真空預壓處理效果。

關(guān)鍵詞：地基處理，排水固結(jié)，真空預壓，“OVPS系統(tǒng)”軟基處理法，增壓技術(shù)，防淤堵排水板，手型接頭，直排技術(shù)

作者簡介：王建平(1985- ) 男，天津人，從事巖土工程研究及管理。金亞偉(1962- )，男, 宜興人,從事巖土工程及土工材料研究

 

一. 引言

1.我國圍海造地區(qū)域的地基處理工程，直接關(guān)系著后續(xù)工程整體建設進度和工程質(zhì)量的好壞，其中地基處理技術(shù)發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

2.根據(jù)實際情況，灘涂區(qū)域表層多為吹填淤泥或淤泥質(zhì)土，屬低強度、高壓縮性土層，其滲透系數(shù)一般不超過10-7cm/s。針對這種場地條件，目前的真空預壓技術(shù)難以在地基承載力和工后沉降等方面達到工程建設的要求。譬如，在采用傳統(tǒng)的真空預壓技術(shù)方式進行地基處理后，地表下仍存在著較厚的軟弱土層，不僅會造成較大的剩余沉降量，而且地基承載力也往往無法達到設計要求，直接影響后續(xù)工程建設，造成工期拖延和投資追加。此外，隨著城市生態(tài)化的發(fā)展，急需大量河道淤泥再造濕地, 創(chuàng)造宜居環(huán)境。

3.針對以上情況，試驗區(qū)位于臨港工業(yè)區(qū)長江道北側(cè)，中石油地塊B33區(qū)內(nèi)，面積約為23695平方米，（見圖-1）。該區(qū)域是圍海造地吹填土，顆粒細,含水量高,土層厚度6.5m，含水量達80%以上,滲透系數(shù)為10~7cm /s 。吹填土的中值粒徑隨著深度的不同而不同,上部小于0.005mm,中部小于0.01mm,下部小于0.017mm 。天津臨港區(qū)屬大面積淤泥土，吹填的土體是一種含水量較高、孔隙大、滲透性差、強度及承載力極低，且具有明顯的流變性。在這軟土地基上建筑，必須先進行加固較差的軟土地基處理，我公司通過認真研究，創(chuàng)建了真空預壓新方法，手型接頭的研制成功，改變了原來排水板無法與真空管連接，必須采用砂墊層作為真空管與排水板的連結(jié)通道，避免了砂粒進入真空管造成管道堵塞，從而降低真空度及影響排水通道。手型接頭可使真空直接傳遞至排水板內(nèi)部即是直達加固土體內(nèi)部，在軟基中增設增壓管，對軟土進行水平向增壓，使土體中的水分子定向流動，從而快速、高效的排出加固土體內(nèi)部的結(jié)合水，加速土體固結(jié),使真空預壓的機理得到了更充分的應用。軟基加固采用增壓式真空預壓(OVPS系統(tǒng))法對本試驗應用。

二. 試驗目的

吹填土造陸試驗工程希望達到以下目的（1）免砂法, 免黑砂黃砂,實現(xiàn)低碳環(huán)保；（2）防淤堵法, 證明防淤堵排水板效果 ；（3）增壓法, 徹底解決上部吹填土體固結(jié)效果；（4）深淺層聯(lián)合真空法, 縮短真空時間提高固結(jié)效果。

主要技術(shù)考核指標為:處理深度為-13.50m(天津港理論高程),固結(jié)度≧90% ,十字板平均強度不低于26.5Kpa ,合同試驗工期為6月。

三. 核心專利技術(shù)

3.1增壓技術(shù)

對軟基采取真空預壓的同時，在軟基中增設特殊微孔增壓管，對軟土進行水平向增壓，使土體中的水分子定向流動，加速土體固結(jié)，使得上層土體對下層土體形成堆載，相當于真空聯(lián)合堆載的處理效果。

3.2直連接技術(shù)

區(qū)別于原有靠砂墊層使排水板與真空管連接的方法，而是通過手型接頭連接排水板，使真空直達土體內(nèi)部，從而不用砂墊層，降低成本。

3.3防淤堵技術(shù)

防淤堵排水板的特殊結(jié)構(gòu)（屬連續(xù)梁結(jié)構(gòu))，使其具有整體性好、抗拉強度高、通水量大的特點。該排水板的濾膜通過特殊工藝，具有自吸功能，并且可根據(jù)淤泥的中值粒徑調(diào)整孔徑的大小，達到最佳泥水分離的目標。傳統(tǒng)排水板為擠出成型的塑料芯板 ,芯板外部包復化纖無紡布（屬支架梁結(jié)構(gòu))，其整體性差、側(cè)壓變形大，通水量只有防淤堵排水板的一半；值得注意的是，傳統(tǒng)排水板濾膜孔徑都是一樣的，而應用在不同淤泥中產(chǎn)生涂抹和井阻效應后，必然會出現(xiàn)不同程度的淤堵現(xiàn)象。

3.4長短板聯(lián)合抽真空技術(shù)

原真空預壓深淺層系統(tǒng)是分開獨立的,而我們利用淺層真空系統(tǒng)處理后在深層真空系統(tǒng)作用時,繼續(xù)發(fā)揮淺層真空系統(tǒng),使淺層土體固結(jié)強度大大提高。

4普通真空預壓法和真空預壓軟基加固增壓法的區(qū)別

4.1普通真空預壓法原理圖

4.2真空預壓軟基加固增壓法原理

四. 工程實驗過程

 

工程區(qū)

（1）鋪設土工布

鋪設300克/米2針刺土工布和150克/米2編織土工布。

（2）打設淺層防淤堵排水板及連接手型接頭,三通,真空管覆蓋密封膜組成淺層真空系統(tǒng)。排水板間距1.0m,深度距離淤泥面以下4米, 防淤堵排水板板頭距離淤泥層底標高以下0.5m,

（3）淺層抽真空

（4）鋪設土工布

鋪設300克/米2針刺土工布。

（5）打設深層防淤堵排水板及連接手型接頭,三通,真空管覆蓋密封膜組成深層真空系統(tǒng)。防淤堵排水板正六邊形布置，中間放置增強壓管。排水板間距1.0m；插板深度距離淤泥層底標高以下0.5m，防淤堵排水板板頭高出土層20cm。排水板打設深度為18.5米

（6）手行接頭主要是改變原來排水板無法與真空管連接，必須采用砂墊層作為與真空管的連接通道，避免沙粒進入真空管造成管道堵塞。手行接頭使真空直達排水板內(nèi)部也就是直達軟基內(nèi)部，減少沙層，節(jié)約成本。板頭全部連接形成真空系統(tǒng)。

（7）增壓管施工

防淤堵排水板正六邊形布置，中間放置增強壓管。增壓管選用有特殊微孔做成的過濾層，并且又能收縮的水平井微孔透水增壓管。能勻速分布壓力，使土體水分子在壓力作業(yè)用下定向流動。另外，增壓管由彈簧支撐，可以壓縮以適應大變形沉降。增壓管采用水沖孔或震動壓管放置，深度為4.米，管頭三通連接成增壓系統(tǒng)。

（8）檢查增壓系統(tǒng)密封性，真空系統(tǒng)連接可靠性后覆蓋土工布，打設密封墻。

（9）土工膜覆蓋最外層是確保真空預壓密封的有力保證，所以必須采用真空預壓密封專用膜，方能確保整個真空預壓內(nèi)部的真空度。膜下管道采用手形接頭及直徑Ф32mmPVC管，與離心泵和射流箱相連接。真空預壓的真空度要達到650mmHg以上。

（10）增壓施工步驟：

a、先將防淤堵排水板及增壓管打入軟基。

b、先將打設好的排水板板頭插入手型接頭，用槍釘固定，再將PVC軟管連接，組成真空系統(tǒng)。

c、增壓管由水鉆孔成孔后放置增壓管，管頭三通連接增壓系統(tǒng)。

d、布置密封溝，鋪設PVC專用真空膜。

e、預抽真空至-0.03MPa，檢查真空膜是否漏氣。

f、將真空保持在-0.03MPa左右，連續(xù)抽真空直至出水量明顯減少。

g、提高真空至-0.06MPa，連續(xù)抽真空至出水量明顯減少。

h、提高真空至-0.08MPa，連續(xù)抽真空至出水量明顯減少。

j、保持真空在-0.08MPa開始逐步加正壓至0.03MPa，使出水量減少后逐步加正壓至0.02－0.04MPa。保持真空在0.08MPa，連續(xù)抽至無出水。具體根據(jù)實際情況調(diào)整增壓系統(tǒng)。

k、增壓管布設簡圖（見圖-2)

g.防淤堵排水板、增壓管和手型接頭，見圖-3）

 

五.試驗區(qū)軟基加固后的質(zhì)量評價

5.1監(jiān)測數(shù)據(jù)

5.1.2沉降曲線圖（見圖-10)                           （見圖-10)

5.1.3邊界變化情況（見圖-11)                            （見圖-11)

5.1.4十字板檢測強度  （見表-1）                        （見表-1）

5.1.5固結(jié)前后力學指標對比表 （見表-2）      （見表-2）

5.1.6深層抽真空沉降表  （見表-3）      見表-3）

5.1.7試驗區(qū)軟基加固后的效果

　�、傧鲁燎闆r：

  “天大”測得深層真空預壓期沉降為1.517m（見表-3），淺層處理沉降26cm，打設深層排水板沉降28cm,累計深淺層處理沉降2.057m。

②由于增壓作用，觀測水位下降   明顯達8.5-9m。

③由于防淤堵排水板濾膜孔徑是針對上部土體的中值顆粒直   徑加以制造的，防淤堵情況效果明顯,邊界位移69cm（見圖-11）。

　�、芨鶕�(jù)“天大”測得有關(guān)數(shù)據(jù)分析，三點法計算固結(jié)度93%（見表-1），

加固后的十字板強度從地面-12.38m平均值28.6Kpa（見表-2）。   

根據(jù)天津大學檢測,符合合同要求,部分指標超過設計實驗要求

六.實驗總結(jié)

    通過實驗證明：

1.采用平型接頭取消黑砂黃砂傳提真空是可行的.

2.防淤堵排水板排水效果極佳.

3.增壓錯施對土體強度提高明顯通過對試驗結(jié)果的對比、質(zhì)量效果分析、經(jīng)濟效益分析，達到實驗目的,可以肯定地說，增壓防堵真空預壓技術(shù)是一項科學的、經(jīng)濟的新技術(shù)，是一項值得大面推廣的新技術(shù)。