水下真空预压加固软土地基施工方法研究

焦守永　马春生

摘要：随着沿海滩涂的开发和港口建设向深水发展，水下真空预压加固软土地基技术在水下开挖工程、高桩码头的岸坡处理工程和防波堤工程等领域有着广阔的应用前景和适用性。本文对水下真空预压加固软土地基施工方法进行了探讨。

关键词：水下真空预压；软土地基；施工方法

1 引言

目前，真空预压法加固软土地基技术已广泛应用于港口、公路、水利工程等领域，取得了巨大的经济效益和社会效益。但将该项技术拓展于水下软基的技术研究及应用却一直未能实现，其主要原因是水下真空预压加固机理尚不甚清楚以及水下施工工艺存在诸多难题。笔者借鉴国内外研究经验找出水下真空预压技术的加固机理，并初步给出了一套适合水下真空预压施工的施工工艺。

2 水下真空预压加固机理

水下真空预压实质上仍属于排水固结法。排水固结法的机理是设置排水系统，改善排水边界条件，缩短排水路径，加速排水，在加压系统作用下，孔隙水排出，孔隙水压力降低并转化为有效应力的增加，土体固结，消除大部分沉降而提高密实度和强度，而且卸除荷载后，虽会产生回弹，但大部分压缩变形为不可逆的塑性变形，土体相对于加固前处于超压密状态，从而可有效地提高地基承载力和减少沉降量。在水下真空预压过程中，土体中的孔隙水压力与排水通道包括砂垫层和塑料排水板中的孔隙水压力存在压力差，正是在该压力差的作用下，土体中的水得以排出，孔隙水压力降低并转化为有效应力的增加，从而使得土体得以固结。

水下真空预压法是真空预压法在水下的应用，表面上看，它与真空联合堆载预压法相似，其实两者有着本质的区别，真空联合堆载预压法加固前后土体内的总应力发生了变化，它既增加了外荷总应力，又降低了原孔隙水压力中的大气压力，从而使土体排水固结，而水下真空预压法加固前后土体内的总应力没有发生变化，它是靠降低原孔隙水压力中由上覆水压力和大气压力组成的初始孔隙水压力使土体排水固结的。从这一点看，水下真空预压的加固机理同陆上真空预压的加固机理相似，只是真空预压法是在总压力不变的情况下，只降低原孔隙水压力中的大气压力。

凡是能形成负压边界条件的软粘土地基就可以用水下真空预压法来加固，目前的抽真空设备在水深的条件下可以在膜下砂垫层中形成明显的负压边界，加固效果显著。该方法可用于码头岸坡、防波堤和围捻等地基的加固工程，尤其是在解决用堆载预压等方法很难解决的码头岸坡稳定问题，其技术优势和经济效益更为显著。

3 水下真空预压施工工艺

水下真空预压的施工工艺同陆上相比要复杂得多，这也是水下真空预压技术的研究进展缓慢的主要原因，我们通过长时间的研究和摸索，找出了一些水下真空预压施工的可行的方法。水下真空预压的施工工序和陆上真空预压相似，主要为铺砂垫层，打设塑料排水板、铺设滤管、铺膜、连接真空泵、抽真空。只是在水下真空预压的施工过程中，各施工工序有时是穿插进行的，具体施工程序如下：

放线——测量加固区地面高程——铺设0.5m水平排水砂垫层（中粗砂）——测砂垫层面高程图——加固前检验——打设塑料排水板——埋设监测仪器——测插板后砂面高程——铺设真空滤管、埋膜下测头——铺设0.5m水平排水砂垫层（中粗砂）——测砂垫层面高程图——铺膜——安装射流泵——水下真空预压——地基加固监测——停泵、卸载——测加固后地面高程——加固效果检验——清理现场，退场，验收。

其中测量放线、高程测量、水上抛砂垫层、水上打设塑料排水板以及加固前后的取土检验等技术目前都很成熟，不再赘述，这里仅就铺设滤管、水下铺膜和安装射流泵的方法进行详细的说明。

3.1 铺设滤管

该项施工工序施工方法同陆上施工时有所不同，滤管应采用符合设计或规范要求的内夹铅丝的塑料管，打眼加工后，包好土工织物滤水层，捆扎结实，并使滤水层只透水小透砂。滤管连接采用胶管，胶管套入滤管约lOcm,用铅丝绑紧，铅丝接头严禁朝上，以免扎破滤膜。滤管相交叉处采用二通、三通或四通连接。滤管根据设计要求在陆上一次绑扎成型，并接好出膜装置的膜卜部分，出膜装置法兰盘的高度应高出滤管平面0. 5m }出膜装置的孔口用民木塞塞好，既防止二次抛砂时砂粒进入出膜装置内，又便于抛砂后寻找出膜装置的位置)。将绑扎好的滤管按照设计要求的位置整体放在砂垫层表面上，若滤管浮力太大，司坠一些重块固定。膜卜真空度测头司采用孔隙水压力传感器代替，在需要测量膜下真空度的位置处将孔隙水压力传感器埋入砂垫层中，并将仪器线从加固区外引出水面并固定好。通过观测砂垫层中孔隙水压力的人小来确定膜下真空度。

3.2 铺膜

该项工序最为重要，也是影响水下真空预压效果的主要因素。铺膜时尽量选择无风或风力小的天气进行，铺膜采用平铺膜下艺，不需开挖压膜沟。塑料膜的铺设范围超出加固区边界不少于5m，塑料膜可采用0.3mm厚的聚氯乙烯薄膜粘接而成。该塑料膜比陆上常用的塑料膜强度高，且身也不易有裂缝。整个加固区需铺设两层塑料膜。铺膜过程如下：

铺膜前应先制作一台水下铺膜车铺膜车的横滚动杆和固定横轴之间用轴承连接，将粘界接好的塑料膜卷在水下铺膜车的横滚动杆上并捆扎好，用船吊将水下铺膜车安放在需要铺膜的起始位置。在水下将塑料膜的捆扎物去掉，用三四个人拉住塑料膜的边缘并贴在地面上，用船拉动水下铺膜车缓缓向前，铺膜人员可以拿着塑料管压在塑料膜上向前滚动，以便使塑料膜紧贴在地面上，直至这一宽条塑料膜铺设完毕。同时对加固区边缘外的塑料膜用砂袋压住，以防止塑料膜被海浪卷起。每次铺膜的宽度为30m，其长度可根据设计要求而定，如加固区的宽度较宽，可采用多次铺膜的方法铺完全区，两张膜之间的搭接宽度不得小于5m。

水下铺膜时，如果密封膜因强度不足而产生撕裂，可采取下面的措施: 在向横滚动杆上卷密封膜时，可在膜上加上一条土工布，将土工布一并卷在横滚动杆上。在水下铺膜时，同时拉住密封膜和土工布，当一条密封膜铺完后，将土工布收起，铺下一条密封膜时可继续使用。

3.3 安装射流泵

射流泵宜采用立式射流泵，射流泵的的潜水泵、射流器、射流箱、与出膜装置的连接胶管、电缆等可在陆上先连接好，然后用船吊吊到指定位置，沉入水下，在水下将连接胶管与膜下的出膜装置连接好，射流泵接好后，就可以开泵抽气。

另外，还有一些其它的施工方法，例如采用袋装砂袋冲砂方案和透水塑料板方案，这两种方案都是将第二次铺砂垫层、埋设滤管和铺膜结合起来的方法。

袋装砂袋冲砂方案。将滤管和抽真空装置的膜下部分固定好，外包砂袋，同时将密封膜包裹在沙袋外面，在打设完塑料排水板后将砂袋下沉到指定位置，从充砂口向砂袋内充砂。砂层厚度达到设计要求后将沙袋周围多余的密封膜向四周展开，用砂袋压住。然后将射流泵的的潜水泵、射流器、射流箱、与出膜装置的连接胶管、电缆等可在陆上连接好，用船吊吊到指定位置，沉入水下，在水下将连接胶管与膜下的出膜装置连接好。就可以进行抽真空施工了。该方法适用于小面积的水下真空预压工程。

透水塑料板方案。预制空心的透水塑料板，每块尺寸为4mX4m，块与块之间象儿童拼图一样可以拼接，并且拼接好后刚好使得板中的通水管道拼接在一起。在有的透水塑料板中嵌入出膜装置，并使出膜装置和管道相连，出膜装置的法兰盘与透水塑料板的表面在同一平面上。

结论

水下真空预压施工技术可以解决高桩码头岸坡位移造成码头后几排桩、梁、板变形、开裂等问题，还可解决水下开挖稳定、缩小防波堤断面尺寸并缩短加载周期等问题，同时水下真空预压技术还是一种文明环保的新型软基加固技术。对水下真空预压技术进行研究，既是市场需要，也是真空预压技术进一步深入发展的必然。

参考文献

[1]高志义，真空顶压法的机理分析，岩土工程学报，2004.

[2]天津大学编著，土力学与地基，北京:人民交通出版社，1986.