真空预压工程自排水应用探讨

张　黎

（青岛行远海洋工程设计研究有限公司，山东 青岛 266000）

【摘　要】本文以某真空预压工程为实例，叙述自排水在真空预压过程中的创新应用。

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关键词 真空预压；排水效率；自排水

０　前言

真空预压法是处理软土地基的有效方法之一，它是利用专门的设备，通过抽真空在地基中产生负压，使土体空隙中的水分排出，从有效应力原理分析可知：孔隙水排出，孔隙水压力减小后，有效应力就相应的增加，在压力差作用下，土体的水分被排出，土体得到加固，土体强度得到提高。

某工程，围堤吹填完后即刻进行真空预压，吹填土含水量较高，且工程所在区域四面环水，地下水位高，四周密封效果较差。因此，真空预压期间所抽出的水相对较多，如何更有效率的排水成为该工程中减少成本、提高效率的关键一步。

传统应对措施为排水期间，安排数个抽水泵进行强排水。然而，这种方法有它必然的缺点：造价高，效率低；集中短时间排水，易造成突发情况。本文针该工程的区域特点，提出自排水的施工方法，可有效解决以上问题。

1　传统排水法

传统排水主要集中在吹砂期间与深层抽真空后期，水位实在过高的情况下进行。主要采用抽水泵，用埋过路管或者在路面之上的形式，将水头抬高到路面高程而进行排水。

它的缺陷主要集中在两点：首先，10台7.5kW的抽水泵（或5台22kW混流泵）需要一台300kW的发电机，现在油价居高不下，无形中加大了工程的成本；另外，采用过路管道的形式，由于是后期施工，路面已经成型，此时挖过路管会对堤身造成一定的损害，同时，地基处理所需材料较多，交通顺畅原本就是极难保证的事，若在路面之上架管，又会对交通造成很大的影响。

最经济、效率最高的是采用22kW的混流泵，本文采用混流泵与自排水进行比较。

2　自排水原理

2.1　工程概况

该工程，四面环水，水上交通便利；东侧为半圆体，对本工程可形成防护；本工程西侧为本工业区东港池；南侧为暂未开工的吹填区。

针对以往真空预压工程排水难问题，该工程有得天独厚的条件：四面环水；围堰较高，吹填泥面标高远高于路的标高，同时，抽真空期间围堤不能破坏。如何充分利用好这个条件，更有效率的排水，以降低工程投资和确保工期顺利完成成为我们着重考虑的问题。

2.2　自排水各阶段施工

2.2.1　施工前准备

吹填完工、一次处理及吹砂后的标高均高于排水管道2.2m的标高，因此排水管的进水口长期处于泥面以下。这是自排水方法的最大障碍。

根据现场施工及进度情况，利用吹泥期间的排水管路及水门，并在竖直水门四周用两布一膜密封，以防止抽真空期间漏气。同时，浅层抽真空及深层抽真空期间，在排水口附近单独做一个小区。

2.2.2　浅层期排水

吹泥期间，将水门木板加到最高处，口门处密封。一次处理前期，待铺完土工布后，在进口处附近方圆5m范围内，用小袋装沙将土工布平面压到管口以下，拆掉一块木板，调整水门进水口高度。随着浅层抽真空进行，根据需要，拆卸木板，合理排水或者蓄水。

2.2.3　吹砂期排水

吹砂开始于浅层处理中后期，此时工作面标高在+5.6m左右，重新用小沙袋在进水口附近方圆5m处垒砌小型挡堰，防止砂从此处流失。根据吹砂的进度和工作面高程的变化，调整挡堰的高度与水门的高度，以控制水位。

2.2.4　深层期排水

深层抽真空中期，区域内平均水位达到0.5m~1m并且所有区域有覆水时，开始自排水。预计此时工作面标高在5.0m左右，并随着抽真空的进行，工作面继续下降。此时继续拆除木板，调整水门高度，同时利用外围小袋装砂挡堰控制水流，以达到控制水位的目的。

抽真空结束后，工作面标高预计在3.8m～4.2m，先通过水门排水，后期拆除水门，在排水管进水口处附近方圆5m内挖坑，露出排水管进水口，水自流排出区域。

3　排水效率分析

造陆二区面积为27.82万m2，造陆三区面积为34.42万m2，利用吹泥期间的排水管作为自排水通道，取两个关键时刻：吹砂期间与深层抽真空后期的排水进行效率分析，以区域面积较大的造陆三区为例，来对比分析排水效率。

3.1　吹砂期间

3.1.1　流入区域水量

本工程四面环水，水上交通方便，且附近无相邻真空预压施工区域，因此可以布置较多的吹砂船以加快工程进度。

造陆三区拟投入吹砂船4艘，吹砂顺序由远离排水口开始向排水口推进。按照砂船供应及时来分析，每条船每天吹砂1500方，砂水比例1：4来计算，每天向区内有1500*4*4=2.4万方水流入。

3.1.2　排出区域水量

水在重力作用下，自流通过排水管排出，因高低位水头无法精确的确认，取平均数来计算。

因吹砂厚度总厚度为0.8m，而吹砂前期为防止翻浆，控制砂子厚度，前期仅到0.2m～0.4m，因此此阶段水头不大，为0.3m左右。另外，吹砂前期水流通过区域较长，三区纵长为800m，有较大的沿程水头损失；最后，浅层抽真空各处沉降不同，水流流动过程中有较大的水头损失。综上分析知，这期间水头差不大而水头损失较大。因此可取一极限状态：该阶段水头损失极大，无法自排水，水逐渐集聚，直到水位覆盖全部区域。

吹砂中后期，随着未吹砂区域面积的减小，当施工区域开始全部覆水时，水头差为0m，最后吹砂结束标高为0.8m时，水头差为0.8m。因此吹砂期间的水头差取平均值0.4m，忽略流体的粘性，由伯努力方程p+gh+(1/2)=常量来计算，简化为：

gh1+(1/2)*v12=gh2+(1/2)*v■■，

取v1=0，水头差h1- h2 =0.4m，计算得v2=2.8m/s。

考虑到水门与排水管相接处为90度转角，有较大的能量损失，因此预留50%的富余。取流速=1.4m/s。排水水门的横截面积S=0.2*0.5=0.1m2，因晚上停止吹沙，流出水流较小，取流动时间12h，所以每天每根排水管的排水量理论为：V0=1.4*12*3600*0.1=6048方。

综上，要是吹砂结束后不影响后期直接打设排水板要使后期排水量大于等于进水量，因此设计预埋排水管数量为24000/6048=3.9，预埋4根排水管。

3.2　深层抽真空期间

深层抽真空期间真空泵出水量的多少与浅层处理的效果、吹填泥的含水量等各方面因素有关，所以无法估计各阶段的出水量。但可通过控制水门的高低以及外围挡堰的高低，以调整自排水的水头差，从而控制自排水的流速来控制区域内的覆水的多少。

具体来看，一般情况我们平均要覆水0.5m～1m，排水管外围挡堰高度垒砌为1m，自排水的水头差为区域内的水位减去挡堰的高度。分以下几种情况：

①所以当水位未达到1m时，排水管暂停排水；

②当水位超过1m后，水流过挡堰，通过排水管自排流出；

③当区域水位上升很快时，可逐渐降低挡堰高度，从而加大自排水的水头，以加大自排水流速；

④当挡堰全部拆除水位仍然过高时，可降低拆卸木板，降低水门高度，再次加大水头，提高流速（由以往施工经验知吹泥排水口处沉降最大，因此此处膜平面标高低于区域内其他地方标高）。

４　结束语

地基处理的施工全过程中，都需要排水，排水效率的高低很大程度决定了工程的工期与成本的大小，本文通过现场的情况，提出自排水的应用，既解决了排水的问题，又充分利用了现场的有关条件，最大限度的提高了排水的效率，减小了排水的费用。

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参考文献

［１］龚晓南.地基处理手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2008.

［２］赵维炳.排水固结加固软土地基处理指南[M].北京:人民交通出版社,2005.

［３］林国强.真空预压在大面积吹填造陆工程的应用[J].水运工程,2009.

［责任编辑：邓丽丽］