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, 214267

摘要：真空預壓軟基加固增壓法（“OVPS系統”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，用新型防淤堵排水板取代了傳統排水板，取消了吹砂墊層，采用手型接頭直排技術。在天津臨港工業區進行了試驗研究，檢測結果表明：“OVCS系統”軟基處理法處理效果好于傳統真空預壓處理效果。

關鍵詞：地基處理，排水固結，真空預壓，“OVPS系統”軟基處理法，增壓技術，防淤堵排水板，手型接頭，直排技術

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.我國圍海造地區域的地基處理工程，直接關系著后續工程整體建設進度和工程質量的好壞，其中地基處理技術發揮著關鍵作用。

2.根據實際情況，灘涂區域表層多為吹填淤泥或淤泥質土，屬低強度、高壓縮性土層，其滲透系數一般不超過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，在采用傳統的真空預壓技術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，直接影響后續工程建設，造成工期拖延和投資追加。此外，隨著城市生態化的發展，急需大量河道淤泥再造濕地, 創造宜居環境。

3.針對以上情況，試驗區位于臨港工業區長江道北側，中石油地塊B33區內，面積約為23695平方米，（見圖-1）。該區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部即是直達加固土體內部，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部的結合水，加速土體固結,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)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,實現低碳環保；（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效果；（4）深淺層聯合真空法, 縮短真空時間提高固結效果。

主要技術考核指標為:處理深度為-13.50m(天津港理論高程),固結度≧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

3.1增壓技術

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，使得上層土體對下層土體形成堆載，相當于真空聯合堆載的處理效果。

3.2直連接技術

區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，使真空直達土體內部，從而不用砂墊層，降低成本。

3.3防淤堵技術

防淤堵排水板的特殊結構（屬連續梁結構)，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，并且可根據淤泥的中值粒徑調整孔徑的大小，達到最佳泥水分離的目標。傳統排水板為擠出成型的塑料芯板 ,芯板外部包復化纖無紡布（屬支架梁結構)，其整體性差、側壓變形大，通水量只有防淤堵排水板的一半；值得注意的是，傳統排水板濾膜孔徑都是一樣的，而應用在不同淤泥中產生涂抹和井阻效應后，必然會出現不同程度的淤堵現象。

3.4長短板聯合抽真空技術

原真空預壓深淺層系統是分開獨立的,而我們利用淺層真空系統處理后在深層真空系統作用時,繼續發揮淺層真空系統,使淺層土體固結強度大大提高。

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

（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。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。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部也就是直達軟基內部，減少沙層，節約成本。板頭全部連接形成真空系統。

（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。

（8）檢查增壓系統密封性，真空系統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。

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。

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，連續抽真空直至出水量明顯減少。

g、提高真空至-0.06MPa，連續抽真空至出水量明顯減少。

h、提高真空至-0.08MPa，連續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，連續抽至無出水。具體根據實際情況調整增壓系統。

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.試驗區軟基加固后的質量評價

5.1監測數據

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試驗區軟基加固后的效果

　　①下沉情況：

  “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）。

　　④根據“天大”測得有關數據分析，三點法計算固結度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

    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果的對比、質量效果分析、經濟效益分析，達到實驗目的,可以肯定地說，增壓防堵真空預壓技術是一項科學的、經濟的新技術，是一項值得大面推廣的新技術。

 

 

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