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摘要：近年來，國家大力發展基礎建設，在珠海地區，尤其是橫琴新區，由于較多建筑物設計處于軟弱地基上，若不對地基進行加固處理，會不利于結構物的穩定性。筆者所在公司承建的中心溝北片區防洪及景觀工程，在位于下村的泵閘進水渠施工項目上，采用了直排式真空預壓的工藝對地基進行加固處理，論文以此為例，首先分析了常規真空預壓工藝與直排式真空預壓工藝的區別，然后對該項工藝、效率和成本進行了詳細介紹，最終該工藝對項目施工進度和成本控制效果顯著，同時很大程度保障了軟弱地基處理的質量效果。

關鍵詞：直排式真空預壓；軟基；排水固結

1.工程概況

本項目位于珠海橫琴新區的小橫琴山腳下,項目建設完成后,將改善下村泵閘取水功能和提升北片區的防洪及景觀效果。本工程按照設計圖紙要求,需進行加固處理的軟土地基部分總面積約為7000m2,從表層往下厚度為8.2m的區域內,土質均為軟塑狀淤泥,經地勘驗證,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。設計要求針對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上直接進行填筑,未對魚塘進行抽排水處理,導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、經濟可行、安全可靠的方案。通過與常規工藝全面對比,并經實踐檢驗,最后確定選擇采用直排式真空預壓的工藝,能夠消除安全隱患,達到降本增效的目的,同時經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.直排式真空預壓工藝與常規真空

預壓工藝的區別以及優點體現隨著我國基建板塊的發展與科技的進步,工程師們已經總結了一套完整的常規真空預壓技術的經驗和教訓,雖然能夠滿足基本施工需要,但也存在諸多不足,比如：常規的真空預壓法在施工過程中的抽真空作業的周期比較長,嚴重影響了其緊后工作的開始時間,導致總時差的消耗,不利于整體工期的目標控制。而直排式真空預壓法,在實踐過程中,發現比常規做法成本低、周期短,同時兼有穩定性、加固性強等優勢,得到了越來越廣的使用[1,2],應用前景較好,成為發展的趨勢。直排式真空預壓法和常規式真空預壓法最明顯的區別就是：直排式工藝在施工過程中取消了鋪設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,又達到了預壓效果。

2.1常規真空預壓工藝的水平排水系統描述

此系統的基本做法是：首先鋪設厚度為50～100cm中粗砂墊層,接著在砂墊層上打設塑料排水板,然后在砂墊層內埋設軟式多孔濾管,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,土體層經失水后,逐漸固結并密實。經研究此系統的工作原理,發現其真空壓力的傳遞過程是：真空裝置作為壓力起點→流經主管道→然后傳遞到支管道→經過鋪設好的中粗砂墊層→經過打設好的塑料排水板→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,導致真空壓力的功率在傳遞過程中發生明顯損失。經實測數據得知,真空泵在出口壓力的初始值為96kPa,但是經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直排式真空預壓工藝的水平排水系統描述

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,壓力傳遞過程中減少了一道阻尼障礙,傳遞路徑發生了變化。經研究此系統的工作原理,發現其真空壓力的傳遞過程是：真空裝置作為壓力起點→流經軟式多孔濾管→然后傳遞到PU管→經過打設好的塑料排水板→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[3]。經實測數據得知,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90kPa,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.直排式真空預壓工藝的管網施工流程

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

4.真空預壓

4.1安裝抽真空裝置

根據施工的實際需求,初步確定和選擇高效節能大功率真空泵系統（以下簡稱為HEHP真空系統）。HEHP真空系統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,本次施工共設置2臺揚程為25m的抽水泵,1臺承擔抽水作業,另外1臺作為備用,保證施工效率。從施工涵蓋范圍來看,真空泵系統每臺泵的可影響的范圍約為5000～6000m2。為了確保每根真空主管均在預壓范圍內,每個水氣分離罐連接真空管的數量不得超過8根。在進行真空預壓時,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揮。抽真空擬計劃采用網電供電,安排經驗豐富的專業電工完成電網布設,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計,嚴格按照確定好的配電方式完成布設作業,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,遵守抽真空施工規范,確保支管內真空度＞85kPa,每臺泵全天候滿負荷作業,檢查所有泵的預壓范圍,并預留10%的備用泵,避免施工中泵損壞而影響施工正常進行。若遭遇真空預壓臨時供電停電的情況,應啟動備用發電機,確保水汽分離作業順利進行。另外,在發電機上安裝電量計量儀器,監測控制日用電量。

5.施工的效率與成本分析

5.1效率分析

常規的真空預壓工藝中,受作業面狹窄的影響,機械設備難以發揮作用,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的損失。而直排式真空預壓工藝中,所有連接構件均事先按照設計尺寸加工成型,具有“模塊化”的優點,施工效率成倍增長[4-5],可提高1.5倍以上,降低了工期履約的風險,同時對于節約成本效果顯著。

5.2常規抽真空工藝壓力傳遞效率

采用此工藝,在打設完塑料排水板后,會出現明顯的反淤現象,造成鋪設好的中粗砂墊層的污染,堵塞了水平向排水系統,也造成了機械設備行走困難,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,不會出現明顯的反淤現象,取消了砂墊層,也不會造成污染和堵塞排水系統,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年當地市場綜合價格,其中常規工藝的材料價為24.7元/m2,人工費單價為1.1元/m2,綜合單價為25.8元/m2；直排式工藝的材料價為15.9元/m2,人工費單價為3.3元/m2,綜合單價為19.2元/m2,節省單價6.6元/m2,成本降低率近6.6/25.8=25.6%。成本分析如表1所示。考慮到近年來政府對環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,采用常規工藝進行真空預壓施工,將導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.沉降觀測結果對比

經加固后的地基監（檢）測結果顯示,兩種工藝效果均能夠滿足工程質量要求,但是也反映出,直排式真空預壓工藝對土體預壓效率要優于常規真空預壓工藝,更有利于工程施工工期和質量的控制。直排式真空預壓和常規真空預壓的沉降值變化情況比較如圖2所示。

7.優缺點分析

常規真空預壓工藝在軟弱地基加固處理中,由于其工作原理性質導致其本身的不足,不能較好的達到預期目標,缺點較明顯,主要表現在以下幾個方面：（1）在打設完塑料排水板后,會出現明顯的反淤現象,造成鋪設好的中粗砂墊層污染,堵塞了水平向排水系統。（2）近年來,國家大力整頓環保工作,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,直排式真空預壓法和常規式真空預壓法最明顯的區別就是：直排式工藝在施工過程中取消了鋪設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,又達到了預壓效果。在實踐過程中,直排式真空預壓法比常規做法成本低、周期短,同時兼有穩定性、加固性強等優勢,得到了越來越廣的使用,應用前景較好,成為發展的趨勢。

8.結束語

在本工程軟土地基處理工藝實踐表明,直排式真空預壓法具有多方面的優勢,既能夠有效滿足業主的工期和質量要求,也能夠確保施工單位成本控制、進度履約的目標。同時,直排式真空預壓法施工方法簡便,管道與排水板連接“鴨嘴”成本低、易生產,易于大規模推廣,經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反涌和邊坡滑移的情況,降低了安全隱患的風險,同時保障了其緊后工序的開始時間以及上部結構物基礎施工的質量,在橫琴地區乃至類似軟弱土層地基處理加固施工時,作為首選的工藝,贏得了行業內高度認可,具有很好的應用前景和發展趨勢。

參考文獻：

[1]張逸民.直排式真空預壓加固軟土地基工作機理及效果研究[D].北京:北京交通大學，2018.

[2]于建海,豆文朋.直排式真空預壓法在高滲透軟黏土地基中的應用[J].水運工程,2012(07):181-184+197.

[3]劉洪亮,李旭彬,崔子元.真空預壓水平排水改進系統在天津南港工業區的應用[J].中國港灣建設,2012(01):52-54.

[4]何祖東.地基處理施工中的直排式抽真空預壓施工技術優化[J].珠江水運,2021(18):43-44.

[5]張文勇.直排式真空預壓法在地基處理中的應用[J].中國水運(下半月),2017(04):258-259.

作者：徐建華 李軍 單位：中交一航局第五工程有限公司