开挖拌和泥浆在软土地基处理中的应用

开挖拌和泥浆在软土地基处理中的应用

摘要：本文结合工程实例介绍了开挖拌和泥浆法处理真空预压加固区四周透气层的方法，介绍了该法的施工工艺，通过加固区周边地质条件以及真空预压期间孔隙水压力变化情况，分析和论证了开挖拌和泥浆法的可行性及合理性。通过与传统的处理方法打设防渗粘土帷幕墙作对比，总结出了开挖拌和泥浆法的适用范围及其优缺点。

关键词：真空预压；泥浆；孔隙水压力；粘土；帷幕墙；工程实例 Application of Excavation and Mixing Mud in Soft Base Treatment

Liu Feng1 ,LI Zhi-peng2

(1 Tianjin Port the Construction and Development Limited Company, Tianjin 300453, China；2 Tianjin Research Institute for Water Transport Engineering。M.O.T, Tianjin 300456, China)

Abstract: With reference to project examples, this paper pertained to excavation and mixing mud method of treating permeability layer around vacuum preloading reinforcement area and construction technique of this method. According to geological condition around the reinforcement area and the variation of pore water pressure in vacuum preloading process, the author of this thesis analyzed and validated the feasibility and rationality of excavation and mixing mud method. Through the comparison with traditional treatment of building anti-seepage clay curtain wall, the conclusion was gotten on application scope and advantages and disadvantages of excavation and mixing mud method.

Key words: vacuum preloading; mud; pore water pressure; clay; curtain wall; project examples

1引言

真空预压是在需要加固的软粘土地基中设置砂井或竖向排水带，然后在地面铺设砂垫层，其上覆盖不透水的密封膜与大气隔绝，通过埋设在砂垫层中带有滤水管的分布管道，用射流泵进行抽气抽水，从而达到加固地基的目的[1]。

真空预压最早是瑞典皇家地质学院Kjellmen于1952年提出的，1958年天津大学就开始进行真空排水固结的室内试验研究。在早期，由于工艺上存在问题，因而真空预压未能在工程中应用。直到80年代，交通部一航局、天津大学和南京水利科学院等单位对这项技术进行室内和现场的试验研究，取得了成功的经

验，膜下真空度可以达到85~92kPa，并成功地将这项技术应用于天津新港软基加固工程中。此后，真空预压法在工程中得到了推广应用[2~4]。相对于真空预压的工程应用，真空预压的理论和试验研究开展的还比较少。现有对真空预压加固软土地基机理的研究在不同程度上受堆载预压思维方式的影响[5]，研究成果难以解释目前工程实践中遇到的一些问题，如场地条件对真空预压加固效果的影响，真空预压加固软土地基的有效深度大小，抽真空作用强度对真空预压加固效果的影响等。

我国的软土主要分布在东南沿海及各大江大河的入海三角洲冲积平原地区，从北至南有天津塘沽、连云港、上海、宁波、温州、福州、珠海、深圳等地，内陆主要是湖沼或者山谷冲积而成，分布范围较小[6]。软土的特点是含水率高，孔隙比大，压缩性高，渗透系数小，强度低。由于压缩性高、透水性差，在建筑物荷载的作用下，会产生很大的沉降和沉降差，而且沉降过程会延续很长的时间，会影响建筑物的正常使用。因此需对其进行处理。

目前，真空预压的施工工艺已日趋成熟，真空预压施工工艺中最重要的一环，是查明场地周边地质条件，并进行密封处理，目前最常用的方法是打防渗粘土帷幕墙。本文着重讨论真空预压加固软土地基的现场条件和与之相适应的施工工艺。

2工程实例

天津港某地块面积约5.2万平方米，该地块淤泥或淤泥质土层较厚，约12~15m，土质条件较差，为后期使用，对其进行了真空预压加固处理，软基处理方法为真空预压加固法。共分两个加固区，面积分别为26062.0m2和25992.0m2。场地整平后平均标高约6.27m，上部铺设300mm厚中粗砂作为水平排水通道，竖向排水通道采用塑料排水板，间距800mm，正方形布置，塑料排水板打设底标高-14.0m。

由真空预压前钻孔资料揭露，该区主要地层自上而下可描述如下：

①吹填土

层底标高+3.4~+2.0m，厚度约3~5m，以砂土和粉土为主，黄褐色，含云母和贝壳皮，属中压缩性土。

②1淤泥质土（Q42 m）

层底标高-0.5~-2.1m，以淤泥质粘土和淤泥质粉质粘土为主，黄褐色，含黑色有机质，饱和，流塑状态，属高压缩性土。

②2淤泥（Q42 m）

层底标高-5.3~-6.2m，黄褐色，饱和，含黑色有机质、少量贝壳皮等，流塑

状态，属高压缩性土。

②3淤泥质土（Q42 m）

层底标高-12.3~-13.4m，以淤泥质粉质粘土和淤泥质粘土为主，黑灰色，饱和，流塑状态，属高压缩性土。

③粉质粘土（Q42 m）

黑灰色，饱和，软塑，中压缩性土。

由钻孔资料揭露显示该地块地质条件差，软土层深厚，若采取真空预压进行处理时，表层有透气层，厚度约3~5米，需对漏气层进行密封处理。本工程采用深挖压膜沟，挖透表面黑砂透气层，至下面淤泥质土层半米深处，而后对四周压膜沟进行灌注粘土泥浆，并用挖掘机搅拌，粘土泥浆中粘粒含量大于20%。然后铺膜，边缘压膜沟处将真空膜踩至泥浆底面。2011年5月4日开始抽气，4天后真空度即达到了85 kPa。这说明开挖拌和泥浆处理加固区四周透气层的方法是可行的。抽真空期间加固区内孔隙水压力变化情况如图1。

图1 加固区内不同深处孔隙水压力变化曲线

3开挖拌和泥浆法处理透气层

3.1 孔隙水压力分析

由图1可看出，抽真空初期孔隙水压力消散较快，试抽气一周，表层1.5m埋深的孔隙水压力为-50kPa左右。从图1中还可以看出，在5月底有个时间段，孔隙水压力反弹较为严重，可以通过表1及图2较为清楚的看出。

表1 表层1.5m深度的孔隙水压力变化一览表

日期 孔隙水压力/kPa 日期 孔隙水压力/kPa

5月1日 16.67 5月24日 -41.39

5月7日 -13.88 5月25日 -31.15

5月10日 -43.25 5月26日 -18.33

5月11日 -41.78 5月27日 -30.47

5月13日 -50.00 5月28日 -50.59

5月14日 -50.69 5月29日 -57.47

5月15日 -49.32 5月30日 -55.80

5月16日 -50.79 5月31日 -52.65

5月17日 -50.89 6月1日 -51.08

5月18日 -54.22 6月2日 -60.62

5月19日 -51.77 6月3日 -61.70

5月20日 -39.73 6月4日 -63.57

5月21日 -46.87 6月5日 -64.36

5月22日 -47.55 6月6日 -64.56

5月23日 -40.70 6月7日 -64.76

注：6月7日后的孔隙水压力消散基本稳定，未全部列出。

图2 表层1.5m深度的孔隙水压力消散曲线

在5月18日至5月26日期间，表层1.5m深度的孔隙水压力反弹较大，由-54.22kPa升至-18.33kPa，同时压膜沟水位明显下降。经排查各种原因，分析的结果是这期间有压膜沟有漏气的现象。该加固区有西侧和北侧的相邻地块，西侧的为道路，北侧为泵站，之前也是采取了真空预压处理，如今该工程开挖压膜沟时，恰好与西侧和北侧地块的旧压膜沟部分重合。原来道路和泵站在真空预压处理地基时的压膜沟里面混有黑砂以及后期回填了砂石土，而此次进行压膜沟开挖时，未能引起注意，没有挖至旧压膜沟底处，从而导致5月18日至5月26日期间孔隙水压力的反弹。

3.2 压膜沟的二次处理

加固区西侧和北侧压膜沟出现了漏气层抽透了，就必须立即采取适当的措施进行补救。方法无疑是使透气层得到密封，一是打设防渗粘土帷幕墙，二是仍按前面提出的开挖拌和泥浆进行再次处理。打设粘土帷幕墙能够阻挡透气层，这早有成功的例子，但是施工工期较长，成本高。后又探摸了西侧和北侧旧压膜沟的

深度在4~5m左右，于是就采取了再次深开挖拌和泥浆的方法对西侧和北侧压膜沟进行处理。

先把压膜沟积水抽出，使用长臂挖掘机进行深开挖，挖至5米左右深度时，见到了淤泥层，直至开挖到淤泥土层半米深时停止开挖，进行拌和粘土泥浆，并用长臂挖掘机搅拌，在原来真空膜上搭接新的真空膜并压至拌和泥浆底部。压膜沟的二次处理用了不到一周时间，当压膜沟处理完成后，效果明显，表层孔隙水压力很快下降至-57kPa左右，见表1和图2。

4加固区四周透气层密封处理方案对比

真空预压处理软土地基时，四周透气层的处理是最为关键的一个环节，方案的选择与优化就显得格外重要。结合上述工程实例，选择开挖拌和泥浆是个成功的例子，缩短了工期，减少了施工成本。

若采用防渗粘土帷幕墙处理透气层，工序多，要求施工单位上的机械设备多，费用投入大，更重要的是工期赶不上。

下面把开挖拌和泥浆法和粘土帷幕墙法的施工工艺及优缺点简述列成表2。

表2 开挖拌和泥浆与粘土帷幕墙对比表

开挖拌和泥浆 粘土帷幕墙

目的 密封加固区四周透气层 密封加固区四周透气层

施工工艺 放坡开挖，沟底拌和泥浆压膜密封 采用粘土掺膨润土搅拌成防渗帷幕墙

技术要求 开挖土方量大，对压膜沟外侧形成较大的土压力，坡比的控制，防止滑坡、塌陷等 粘土掺量、粘粒含量的控制，膨润土的掺量控制，桩间搭接长度的控制，粘土帷幕墙渗透系数检测等

设备投入 挖掘机，长臂挖掘机 挖掘机，双轴搅拌桩基

费用投入 低 高，约是前者的3~5倍

工期 施工简单，工期短 工序复杂，工期长

优缺点 成本低，工期短；仅适用浅层的透气层，且厚度小的地质条件，开挖易塌陷 适用范围广，透气层厚度和深度均不受限制；成本较高，工期长，在后续施工时容易受破坏

5结论

(1) 本文结合工程实例介绍了开挖拌和泥浆法的施工工艺，说明了开挖拌和泥浆处理在真空预压处理软土地基加固区四周透气层的优势，并从真空预压期间孔隙水压力变化进一步证明了该法的可行性及合理性。

(2) 通过与成熟的处理方法打设防渗粘土帷幕墙作对比，分析了开挖拌和泥浆法的适用范围及优缺点，从施工工艺、主要技术要求、设备投入、费用投入工期等方面分析了开挖拌和泥浆与粘土帷幕墙各自特点。

(3) 当加固区周边地质条件符合开挖拌和泥浆法处理透气层时，建议采用本法，可大大节约成本，缩短工期。值得注意的是，使用开挖泥浆法处理透气层时，需满足其适用条件，及周边透气层的深度及厚度；在开挖压膜沟时，控制一定的坡比，要防止滑坡和塌陷，妥善处理开挖后的土方堆置。

参考文献：

[1] 地基处理手册编写委员会. 地基处理手册2[M]. 北京：

中国建筑工业出版社，2000.

[2] 叶柏荣. 综述真空预压法在我国的发展[J]. 地基处理，2000（3）：49-57.

[3] 从瑞江. 真空预压加固超大面积软土地基[J]. 地基处理，1996（2）：30-37.

[4] Shang, J.Q. (1); Tang, M. (1); Miao, Z. (1). Vacuum preloading consolidation of reclaimed land: A case study [J]. Canadian Geotechnical Journal .1998, 35: 740-749.

[5] 龚晓南，岑仰润. 真空预压加固软土地基机理探讨[J]. 哈尔滨建筑大学学报，2002 .第35卷.第2期：7-10

[6] 徐至钧.软土地基和预压法地基处理.机械工业出版社[M].北京,2004.

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。