董 阳
（中铁十二局集团华南分公司，广东 中山）
近年来，随着我国基础建设工程蓬勃发展和施工技术的迅速提高，在近海软土地基上进行工程建设越来越多。与水泥搅拌桩、管桩等软基处理方式相比，真空- 堆载联合预压法处理软土地基有造价低、工后沉降小的优点。目前，国内专家学者加强对真空- 堆载联合预压机理研究，如黄俊文[1]，以珠海市近海软土地基工程实例，对软土地基的真空- 堆载联合预压法的处理效果进行研究，得出了沿海地区应用真空- 堆载联合预压法效果更好的结论。然而，在真空- 堆载联合预压法处理软土地基施工过程中，密封膜极易破坏，且需花费大量精力修复。本文以翠亨新区起步区客运港综合片区配套市政路网建设工程项目为依托，从其加固机理、施工工艺改良及加固效果方面对真空- 水载联合预压的工艺进行了详细描述。
真空- 水载联合预压施工过程中，通过密封墙以及密封膜，隔绝加固区域的土层与大气的接触，采用潜水式射流真空泵通过埋设在砂垫层内的水平主管与滤管与打设在土层内的竖向排水板连接，抽走土层内的空气和水，产生负压，孔隙水压力u 随之降低，同时通过导管将地下水回灌到密封膜上，增加总应力σ，有效应力σ/相应增加：
选土体中任一点做受力分析，如图1 所示。
图1 应力分析图
图中：P 为排至密封膜上地下水的重量；
Q 为回灌到密封膜上地下水自重在土体中的附加应力;σC为土体自重对受力点的应力；
u/为抽真空造成的负压，方向向上。将以上数据代入式（2），可以得到加固土体中任一点的有效应力，表达式如下：
因此，随着真空泵不断将地下水回灌到密封膜上，加固区内的地下水不断减少，孔隙水压力不断降低，Q不断均匀增加，避免了土方堆载分级加载造成的孔隙水压力回升问题。有效应力σ/随之一直增大。在此作用下，加固区土体产生固结，产生沉降效果。
试抽真空时，回灌到密封膜上地下水量较少，2022年8 月份，工程所在地遭遇台风天气影响，随之进入一个月的季雨天气，随着地下水的不断回灌，降雨的不断增多，密封膜上的蓄水高度可达到1.5 m，P 可达到15 kPa 左右，适当调整真空泵的功率可增大u/的大小。真空- 水载联合预压法是真空- 堆载联合预压法的改良工艺，采用此法一是避免了密封膜破坏，二是解决了常规真空- 堆载联合预压法中堆载土方的雨季施工难题，在雨季频繁的广东地区显得尤为优越。
中粗砂垫层施工→密封墙施工→排水板施工→密封设备施工→抽真空，见图2。
图2 真空- 水载联合预压施工阶段
2.1 中粗砂垫层施工
场地平整后，使用装载机将符合设计要求中粗砂运至施工堆料区，分两层摊铺中粗砂垫层。施工时，使用推土机进行沿道路中心线摊铺，个别不平整处，采用人工找平，加固区砂垫层全部施工完毕后，统一采用轻型压路机静压，砂垫层中心线完成面略高于边线。
2.2 密封墙施工
粘土密封墙为双排直径70 cm 的搅拌桩，咬合宽度20 cm。粘土密封墙长度为9 m，宽度为1.2 m，施工工艺采用四搅四喷。粘土密封墙采用粘土、水泥作为拌合材料，粘土掺入量为搅拌土体重量的15%。为保证粘土搅拌桩的气密性，粘土搅拌桩考虑参入5%的水泥。泥浆比重≥1.3，水土比0.55～0.65，密封墙施工完成后应检验合格。
2.3 排水板施工
铺设第一层中粗砂后施工塑料排水板，采用静压式插板机打设塑料排水板，等边三角形布置，设计间距1 m，长度25 m，排水板顶部进入中粗砂500 mm。然后铺设滤管、主管、埋设沉降观测仪器。真空管路的连接应密封，设置止回阀和截门。管间宜采用钢丝橡胶波纹软管连接，连接长度应大于10 cm，以适应真空预压的差异沉降。
2.4 密封设备施工
挖密封沟，沟底宽0.6 m，沟面宽1.2 m，高1.5 m，注意控制密封沟的高度略高于中粗砂垫层，密封沟兼做围堰。控制主管连接真空泵的施工质量，保证密封效果。铺设三层密封膜，并在密封膜上、下均采用300 g/m2无纺土工布保护。密封膜采用压延型聚氯乙烯薄膜，密封膜应松弛铺设，并预留加固区沉降量，密封膜宜采用整体铺设，中间无断层，保证气密性，施工完成后与密封膜一起压入密封沟内。
2.5 抽真空
真空泵选用潜水式射流真空泵，电机功率不小于7.5 kW，真空泵应配置真空表、止回阀、闸阀，并接导管将地下水回灌至密封膜上。真空泵空抽时真空压力必须达到95 kPa 以上，密封膜下不应小于80 kPa。将地下水回灌到密封膜上，一是可以隔绝空气，增加密封膜的密封效果；
二是回填土和密封膜不再直接接触，避免了密封膜的破坏；
三是回灌到密封膜上的地下水是随着抽真空慢慢增加的，应力增加持续、平缓，避免了回填土分层加载的不良后果，并有效应对广东地区频繁的季雨天气。
研究项目位于广东省中山市马鞍岛东南部，软基处理总面积约31.8 万平米，为临海吹填深厚淤泥层地质，本次取一个区段3 万平米为试验段，场地加固范围内地层情况如下：
第一层，填土层（Qml）：红褐色、黄褐色、灰褐色等杂色，稍湿，松散状为主，局部为稍密状，主要成分为黏性土、砂土，局部含约10～30%碎石、石块。堆填时间较短，多为新近堆填形成，场地部分区域现进行回填。场地均有分布，平均厚度为4.93 m；
层底标高-10.25～7.13 m。
第二层，淤泥、粉质黏土（Q4mc）：深灰、灰黑色、灰色，流塑状，含腐蚀质和少量贝壳碎片，局部夹淤泥质粉砂薄层，有腥臭味；
该层场地均有分布，平均厚度为22.44 m，层底标高-36.47～-9.86 m。
第三层，粉细砂、粗砂（Q4al+pl）灰黄色、灰白色、浅灰色、黄褐色，稍密状为主，局部松散，主要成分为石英颗粒，局部含黏粒较多，层底标高-37.85～-17.58 m。
第四层，砂质黏性土（Qel）：红褐色、灰白色、黄褐色、灰褐色，由花岗岩风化残积而成，可塑～硬塑，干强度中等，韧性中等，平均厚度为3.69 m，层底标高-38.99～-17.40 m。
抽真空前，按不同标高在加固区土层埋设孔隙水压力计，并在地表埋设沉降标。抽真空过程中，实时监测地表沉降、空隙水压力情况。加固前后进行了十字板剪切试验、室内土工试验，对监测数据进行整理、分析如下：
4.1 孔隙水压力消散监测数据分析
孔隙水压力消散情况见图3，抽真空前期孔隙水压力消散速度较快，但随着抽真空的持续，孔隙水压力消散速度逐渐变小。随着抽真空的持续，孔隙水压力消散持续增加，浅层土体（埋深10 m 内）的加固效果明显好于深层土体。同时可以看出，地下22 m 处仍有明显的孔隙水压力消散，地下26 m 处孔隙水压力基本处于稳定。本次排水板打设深度25 m，可以推测出排水板对孔隙水压力消散的关键作用。
图3 孔隙水压力消散图
4.2 地表沉降观测及固结度分析
抽真空施工过程中，对地表沉降的检测数据进行整理，见图4。从图中可以看出，地表沉降量、地表沉降速率与加载具有相关性和滞后性[2]，采用真空水载法处理软土地基时，前期地基沉降速率较大，随着抽真空的持续，以及施工期间不断的降雨，密封膜上水位不断上升，有效应力逐渐增加，地表沉降不断增大，沉降速率在前期一直维持10～15 mm/d。从图4 可以看出，自2022 年9 月15 日至2022 年10 月5 日，连续20 天，实测沉降均小于2 mm，沉降曲线已趋于平稳，满足规范要求[3]。将地表沉降量的观测数据，代入最终沉降量计算公式，公式（4）如下：
图4 地表沉降观测曲线
式中，S∞为地表最终沉降量；
S1、S2、S3为等时间间隔的沉降量。地表沉降观测曲线显现出明显的双曲线特性，利用双曲线法计算固结度，固结度计算公式[4]如下：
式中：Ut为t 时刻土壤固结度，St为t 时刻地表沉降量。将2022 年10 月5 日地表沉降数据代入式（5），计算出土体固结度为91.2 %，满足设计要求。
4.3 十字板抗剪强度对比
软基处理前、后对第二土层各选取十个点，在原位（间距不大于1 m）进行十字板剪切试验。通过对比试验参数，分析软基处理前后淤泥质软土的性状变化，得出实验结论，试验数据见表1。
表1 十字板抗剪强度对比表
经过真空- 水载联合预压处理后软土十字板剪切强度提升了2.18 倍，达到了27.5 KPa。
4.4 土层物理力学性质的变化
真空- 水载联合预压前后加固区土层主要物理力学性质指标变化见表2，预压前后，土体含水率由44.3%下降到31.6%，排水效果良好，但土体整体含水率依然偏高，预压处理后的土体仍不宜扰动；
孔隙比由1.39 降至1.05，降幅达24.46%，土体密实度增强；
直剪试验中凝聚力增强3.4 倍，内摩擦角增大2.52 倍，表明加固区内原本土体物理力学性质有了明显的改善和提高，基本达到预期效果。
表2 土体主要物理力学指标对比表
（1）真空- 水载联合预压法处理临海淤泥质软土后，实测地表沉降速率连续20 d，平均沉降量小于2 mm/d。预压后平均固结度为91.2%，加固区域土体物理力学性质指标均有明显改善，真空- 水载联合预压在临海软基处理中的应用是成功的。
（2）真空- 水载联合预压法避免了常规真空-堆载联合预压施工中的密封膜破坏问题，它拓宽了真空预压的的应用领域，同时获得了良好的经济效益，更为适合多雨的广东地区。但软基处理中仍有诸多难题，需要土木界的人们继续努力研究来解决。
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