供热锅炉房真空预压加固软土地基探讨_工程实践

摘要

摘要：对天津滨海地区新建供热锅炉房采用真空预压加固软土地基工程进行了分析。采用真空预压加固软土地基以及锅炉房地基二次处理，可满足锅炉房对地基承栽力的要求。关键词：锅炉

摘要：对天津滨海地区新建供热锅炉房采用真空预压加固软土地基工程进行了分析。采用真空预压加固软土地基以及锅炉房地基二次处理，可满足锅炉房对地基承栽力的要求。

关键词：锅炉房；真空预压加固；软土地基；承载力

Discussion on Vacuum Preloading Consolidation of Soft Foundation of Heating Boiler Room

LI Yongxiang，WANG Sheng，DI Chao，LI Yanzhu，GAO Xiayu

Abstract：The vacuum preloading consolidation project of soft foundation of a new heating boiler room in Tianjin Binhai New Area is analyzed.The vacuum preloading consolidation of soft foundation and the secondary treatment of boiler room foundation can meet the requirement of bearing capacity of boiler room foundation.

Key words：boiler room；vacuum preloading consolidation；soft foundation；bearing capacity

1 概述

天津滨海地区目前大量采用人工造地方法将沿海泥滩经围埝、吹填流泥方法造陆，新建项目大都建在这样的场地上，而为之配套的供热锅炉房在这样的场地上建设所遇到的最大难题就是地基处理。人工吹填流泥形成的场地实际上是一片泥塘，人员、车辆、机械无法上去作业。需经软土地基加固处理，使场地初步具有一定的承载力后，人员、车辆、机械才能够进入场地，进行正常的建设施工。现以津能临港供热锅炉房项目为例，探讨滨海地区供热锅炉房项目软土地基加固处理的可行方案。

津能临港供热锅炉房设计规模为5台75t/h蒸汽锅炉。主厂房采用钢筋混凝土框排架结构，建筑面积为7272m²，高27.6m。烟囱为钢筋混凝土结构，高120m。项目用地原为浅海滩涂，采用航道疏浚土吹填造陆，吹填流泥面标高(大沽高程)为3.5m。地质勘察报告表明，项目用地原海底泥面标高(大沽高程)为-2.0～-1.0m，海底面以上为新近吹填的淤泥和流泥，人工吹填流泥平均厚度为5m。现泥面以下14.5m左右均为流泥、淤泥和淤泥质软土，含水率为65%～80%，处于流塑状态。

该项目软土地基加固处理技术要求为：软土地基预压荷载不小于80kPa，处理后交工标高(大沽高程)为2.5m。在预压荷载作用下的地基平均固结度不小于85%，地基承载力特征值(指由载荷试验测定的地基土压力变形曲线线性变形内规定的变形所对应的压力)达到80kPa。先对表层吹填流泥进行浅层真空预压加固，当表层达到一定强度后，再进行深层真空预压加固。该项目的设计、施工和检测按照JTS 147-2-2009《真空预压加固软土地基技术规程》执行。

2 真空预压加固工艺原理

真空预压加固是在需要加固的软土地基表面先敷设砂垫层，然后竖直插设塑料排水板(作为竖向排水体)，在砂垫层中横向敷设排水滤管(透水管)。再用密封膜(聚乙烯、聚氯乙烯薄膜)进行覆盖封膜四周开挖压膜沟，将密封膜边缘埋入压膜沟起到密封作用，并采用射流泵对膜下进行抽气(水)，射流泵与排水滤管连接。在抽气时，膜下逐步形成负压，使土体内部与砂垫层、排水板间形成压差。在压差作用下，土体中的孔隙水沿排水板流向砂垫层，并由射流泵通过排水滤管排出，从而使土体固结^[1]。

在采用真空预压加固软土地基时，在密封膜上不施加重物，而把大气作为荷载。在抽气时，土体孔隙中的气体首先被抽出，使密封膜紧贴于砂垫层上。砂垫层中形成的负压，通过排水板逐渐向下延伸，并由排水板向其周围土体传递，引起土体中孔隙水压力降低，从而使土体孔隙中的水由土体向排水板渗流，最后汇至砂垫层中被射流泵排出。浅层真空预压加固与深层真空预压加固工艺的主要区别在于，前者采用编织布、无纺土工布等替代砂垫层，以及排水滤管的布置方式不同。真空预压加固工艺的现场布置见图1。

3 真空预压加固工艺流程

① 浅层真空预压加固工艺

步骤1，在软土地基表面敷设垫层，1层编织布及1层无纺土工布。由于软土地基表层为人工吹填流泥(约5m厚)，承载能力极低，施工人员在上面作业非常危险。此外，排水滤管须与流泥隔开，以避免淤泥堵塞排水滤管，确保在抽气(水)时流泥发生排水固结。困此，在软土地基表面敷设编织布、无纺土工布。

步骤2，插设排水板。排水板由人工采用钢钎插入软土地基，插没间距为800mm，排水板高5m，外露板头250mm。

步骤3，敷设排水滤管。排水滤管采用透水管(具有隔泥功能)，沿场地长边两侧布置，并与射流泵连接，将由排水板输送上来的气、水排出。

步骤4，敷设两层防护无纺土工布，在两层无纺土工布中间夹1层三维土工网，三维土工网起到增强排水作用。

步骤5，敷设密封膜。敷设两层密封膜，单层厚度为0.12～0.14mm，密封膜采用热合法拼接，两块密封膜的搭接宽度不小于15mm。

步骤6，挖设压膜沟。压膜沟沿场地边界开挖，将密封膜边缘铺入沟底并用黏土压盖牢固。

步骤7，布置射流泵，进行浅层真空预压加固。每1000m²布置1台功率为7.5kW的射流泵，在抽气、水过程中，膜下形成负压，土体中的气、水被不断抽出。30d后，场地平均沉降量达1348mm，表层坚固，人员在上行走无软陷感。此时停泵卸载，拆除射流泵、排水板等。

步骤8，吹填粉砂。在场地吹填1m厚粉砂，吹填粉砂的作用为：进一步提高场地表层承载力，为深层真空预压处理时机械施工提供条件；在进行深层真空预压处理时参与排水；填充标高。

吹填粉砂后，浅层真空预压加固结束，随后进行深层真空预压加固。

② 深层真空预压加固工艺

步骤1，敷设砂垫层。场地满铺400mm厚粗砂。

步骤2，插设排水板。采用轻型独臂式插板机进行深层插板，排水板间距为800mm，板长为18.6m，外露板头250mm。

步骤3，敷设排水滤管。网格形布置(5m×5m)，采用二通、三通管件连接，排水滤管埋入粗砂中。

步骤4，敷设密封膜。采用聚氯乙烯薄膜，单层厚度为0.12～0.16mm，敷设两层。

步骤5，挖设压膜沟。

步骤6，布置射流泵，设置真空压力表、沉降标、孔隙水压力仪、分层沉降仪。真空压力表用于测量膜下负压。沉降标用于测量地面沉降量，开泵前的首次观测值作为初始值。孔隙水压力仪用于测量土体孔隙水压力消散情况。分层沉降仪用于测量不同土层沉降量。

进行深层真空预压加固，且不少于90d。每1000m²布置1台功率为7.5kW的射流泵。开启射流泵，观察抽出气、水流情况，以及真空压力表显示值的变化，待真空压力表显示值达到80kPa后开始恒载计时。每天观测地表沉降量，检查密封膜完好情况(发现漏气及时修补)，检查射流泵的运行情况。恒载计时达90d后，连续观测地表沉降速率，待连续5d沉降速率不大于2.5mm/d时停泵卸载。

该项目于2009年6月下旬各射流泵陆续调试运行，逐渐加载。2009年7月5日，所有真空压力表显示值均达到80kPa，进入恒载计时，至10月13日，已实现连续5d沉降速率小于2.5mm/d，停泵卸载。

4 真空预压加固工艺质量控制要点

4.1 浅层真空预压加固工艺

① 插设排水板的质量控制。插设排水板后清除外露板头淤泥。由于采用人工插入排水板的施工方法，板头粘上淤泥是不可避免的。若不将板头的淤泥清除干净，将严重影响排水效果。

② 密封膜密封性质量控制。检查密封膜密封性应在射流泵开启后，若密封膜很快紧贴地面，说明密封膜的密封性好。巡回检查时，应注意用耳朵听，若听到漏气声，循声可找到漏气点，并立即修补。

③ 吹填粉砂的质量控制。浅层真空预压处理后，地表形成厚度为100～150mm的硬壳，但硬壳下的土体仍处于流塑状态。因此在吹填时应严格遵守操作规程，一旦将硬壳吹翻，流泥极易翻出硬壳，再进行补救极为困难。应从不同方向同时进行吹填，保持地表受力均匀，宜采取分层吹填。

4.2 深层真空预压加固工艺

① 插设排水板的质量控制。控制插设排水板时的回带现象，回带现象是指插板机套管将排水板压送到设计深度后，排水板随套管提升而发生的退回现象。回带现象使排水板未能达到设计深度，且插入的排水板因回带而发生松弛、扭转，从而影响竖向水流通道的形成。在施工过程中，应严格控制回带长度，并确保外露板头长度。

② 砂垫层的质量控制。除砂垫层的敷设厚度、砂的粗细程度等一般性检查外，应着重检查区域性排水沟的设置情况，以便在施工期间及时排除雨水和插设排水板时涌出的地下水。应及时清理插板机套管提升时带出的泥水，保证砂垫层洁净。

③ 压膜沟的质量控制。压膜沟内回填的黏土不含杂质并分层压实，密封膜必须用黏土压牢，这样才能保证区域密封性，保持膜下的负压。

④ 射流泵的质量控制。进入恒载计时后，每天巡视检查时应注意射流泵出水情况，注意真空压力表显示值的变化，保证恒载计时时间，负压的稳定对真空预压加固效果非常重要。

⑤ 建立真空预压加固期间的周查制度。深层真空预压加固期间的周检查包括：地表沉降情况，孔隙水压力仪显示的土体孔隙水压力消散情况，分层沉降仪显示的各土层沉降情况。用本周各项检查结果对比上周检查结果，以此判定真空预压处理效果，若发现异常情况应及时采取措施，保证恒载计时期间的真空预压加固质量。

5 提高高程过程

随着场地沉降量加大，必须进行高程的提高。项目用地原始标高(大沽高程)为3.5m。浅层真空预压加固后地面平均沉降量约1.35m，场地平均标高降至2.15m。吹填1m厚粉砂后，场地平均标高为3.15m。深层真空预压加固前敷设砂垫层厚为0.4m，敷设后场地平均标高为3.55m。在插设排水板期间，场地平均沉降1.35m，插设排水板后场地平均标高降至2.2m。深层真空预压加固完毕，场地平均沉降量为0.97m，此时场地平均标高降至1.23m。

从2009年10月中旬开始，现场开始二次吹填砂。至10月底，吹填砂平均厚度达到1.27m，场地平均标高达到2.5m，达到项目要求的交工标高，加固处理结束。

6 供热锅炉房地基二次处理

供热锅炉房既有厂房，又有烟囱等高耸建构筑物，特别是工艺要求厂房与上煤装置结合部分不允许产生错位。因此，供热锅炉房对不均匀沉降的控制极为严格。但场地经加固处理后尚存在残余沉降问题，最大残余沉降量为127.4mm。因此必须对厂房、烟囱等重量大、高度较高的建构筑物地基进行二次处理，该项目采用钢筋混凝土灌注桩和水泥搅拌桩相结合的方法提高地基承载力并控制沉降。钢筋混凝土灌注桩直径为800mm，桩长为32m，水泥搅拌桩直径为500mm，桩长为18m。钢筋混凝土灌注桩布置在柱基下，水泥搅拌桩采用满堂式布置。项目建设过程中对各建构筑物定期进行沉降观测。目前，各建构筑物沉降已趋于稳定。厂房最大沉降量为29mm，烟囱沉降量为13mm，厂房与上煤栈桥沉降保持同步，满足工艺要求。

7 真空预压加固效果

该项目软土地基加固处理于2009年2月上旬开工，2009年10月底结束。采用浅层、深层真空预压加固软土地基方案。经现场监测仪器数据分析及对竣工后现场钻孔取样检测结果分析，软土地基加固处理效果良好。在预压荷载作用下，不同深度的各个土层均实现不同程度的排水固结。土体的物理力学指标得到很大改善，固结度及地基承载力均达到设计要求。对于加固处理后的场地，车辆、机械行走自如，为供热锅炉房的施工创造了有利条件。残余沉降问题完全可通过在锅炉房建筑结构设计阶段以桩基(灌注桩、搅拌桩)处理方式解决。该项目采用的真空预压加固软土地基方案是非常成功的，对今后滨海地区供热锅炉房的地基处理方案选择提供了借鉴。

参考文献：

[1] 孙贤福.真空排水堆载预压加固软土地基及观测数据分析[J].铁道建筑，2005(10)：35-38.

(本文作者：李永祥¹ 王晟² 邸超¹ 李延柱¹ 高夏宇¹ 1.天津市津能工程管理公司天津 300384；2.天津市河西区热力工程服务有限公司天津 300060)