供熱鍋爐房真空預壓加固軟土地基探討

摘 要

摘要：對天津濱海地區(qū)新建供熱鍋爐房采用真空預壓加固軟土地基工程進行了分析。采用真空預壓加固軟土地基以及鍋爐房地基二次處理，可滿足鍋爐房對地基承栽力的要求。關鍵詞：鍋爐
摘要：對天津濱海地區(qū)新建供熱鍋爐房采用真空預壓加固軟土地基工程進行了分析。采用真空預壓加固軟土地基以及鍋爐房地基二次處理，可滿足鍋爐房對地基承栽力的要求。
關鍵詞：鍋爐房；真空預壓加固；軟土地基；承載力
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
天津濱海地區(qū)目前大量采用人工造地方法將沿海泥灘經(jīng)圍埝、吹填流泥方法造陸，新建項目大都建在這樣的場地上，而為之配套的供熱鍋爐房在這樣的場地上建設所遇到的最大難題就是地基處理。人工吹填流泥形成的場地實際上是一片泥塘，人員、車輛、機械無法上去作業(yè)。需經(jīng)軟土地基加固處理，使場地初步具有一定的承載力后，人員、車輛、機械才能夠進入場地，進行正常的建設施工?，F(xiàn)以津能臨港供熱鍋爐房項目為例，探討濱海地區(qū)供熱鍋爐房項目軟土地基加固處理的可行方案。
津能臨港供熱鍋爐房設計規(guī)模為5臺75t/h蒸汽鍋爐。主廠房采用鋼筋混凝土框排架結(jié)構(gòu)，建筑面積為7272m2，高27.6m。煙囪為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，高120m。項目用地原為淺海灘涂，采用航道疏浚土吹填造陸，吹填流泥面標高(大沽高程)為3.5m。地質(zhì)勘察報告表明，項目用地原海底泥面標高(大沽高程)為-2.0～-1.0m，海底面以上為新近吹填的淤泥和流泥，人工吹填流泥平均厚度為5m?，F(xiàn)泥面以下14.5m左右均為流泥、淤泥和淤泥質(zhì)軟土，含水率為65%～80%，處于流塑狀態(tài)。
    該項目軟土地基加固處理技術要求為：軟土地基預壓荷載不小于80kPa，處理后交工標高(大沽高程)為2.5m。在預壓荷載作用下的地基平均固結(jié)度不小于85%，地基承載力特征值(指由載荷試驗測定的地基土壓力變形曲線線性變形內(nèi)規(guī)定的變形所對應的壓力)達到80kPa。先對表層吹填流泥進行淺層真空預壓加固，當表層達到一定強度后，再進行深層真空預壓加固。該項目的設計、施工和檢測按照JTS 147-2-2009《真空預壓加固軟土地基技術規(guī)程》執(zhí)行。
2 真空預壓加固工藝原理
真空預壓加固是在需要加固的軟土地基表面先敷設砂墊層，然后豎直插設塑料排水板(作為豎向排水體)，在砂墊層中橫向敷設排水濾管(透水管)。再用密封膜(聚乙烯、聚氯乙烯薄膜)進行覆蓋封膜四周開挖壓膜溝，將密封膜邊緣埋入壓膜溝起到密封作用，并采用射流泵對膜下進行抽氣(水)，射流泵與排水濾管連接。在抽氣時，膜下逐步形成負壓，使土體內(nèi)部與砂墊層、排水板間形成壓差。在壓差作用下，土體中的孔隙水沿排水板流向砂墊層，并由射流泵通過排水濾管排出，從而使土體固結(jié)[1]。
    在采用真空預壓加固軟土地基時，在密封膜上不施加重物，而把大氣作為荷載。在抽氣時，土體孔隙中的氣體首先被抽出，使密封膜緊貼于砂墊層上。砂墊層中形成的負壓，通過排水板逐漸向下延伸，并由排水板向其周圍土體傳遞，引起土體中孔隙水壓力降低，從而使土體孔隙中的水由土體向排水板滲流，最后匯至砂墊層中被射流泵排出。淺層真空預壓加固與深層真空預壓加固工藝的主要區(qū)別在于，前者采用編織布、無紡土工布等替代砂墊層，以及排水濾管的布置方式不同。真空預壓加固工藝的現(xiàn)場布置見圖1。
 

3 真空預壓加固工藝流程
    ① 淺層真空預壓加固工藝
    步驟1，在軟土地基表面敷設墊層，1層編織布及1層無紡土工布。由于軟土地基表層為人工吹填流泥(約5m厚)，承載能力極低，施工人員在上面作業(yè)非常危險。此外，排水濾管須與流泥隔開，以避免淤泥堵塞排水濾管，確保在抽氣(水)時流泥發(fā)生排水固結(jié)。困此，在軟土地基表面敷設編織布、無紡土工布。
    步驟2，插設排水板。排水板由人工采用鋼釬插入軟土地基，插沒間距為800mm，排水板高5m，外露板頭250mm。
    步驟3，敷設排水濾管。排水濾管采用透水管(具有隔泥功能)，沿場地長邊兩側(cè)布置，并與射流泵連接，將由排水板輸送上來的氣、水排出。
    步驟4，敷設兩層防護無紡土工布，在兩層無紡土工布中間夾1層三維土工網(wǎng)，三維土工網(wǎng)起到增強排水作用。
    步驟5，敷設密封膜。敷設兩層密封膜，單層厚度為0.12～0.14mm，密封膜采用熱合法拼接，兩塊密封膜的搭接寬度不小于15mm。
    步驟6，挖設壓膜溝。壓膜溝沿場地邊界開挖，將密封膜邊緣鋪入溝底并用黏土壓蓋牢固。
    步驟7，布置射流泵，進行淺層真空預壓加固。每1000m2布置1臺功率為7.5kW的射流泵，在抽氣、水過程中，膜下形成負壓，土體中的氣、水被不斷抽出。30d后，場地平均沉降量達1348mm，表層堅固，人員在上行走無軟陷感。此時停泵卸載，拆除射流泵、排水板等。
    步驟8，吹填粉砂。在場地吹填1m厚粉砂，吹填粉砂的作用為：進一步提高場地表層承載力，為深層真空預壓處理時機械施工提供條件；在進行深層真空預壓處理時參與排水；填充標高。
    吹填粉砂后，淺層真空預壓加固結(jié)束，隨后進行深層真空預壓加固。
    ② 深層真空預壓加固工藝
    步驟1，敷設砂墊層。場地滿鋪400mm厚粗砂。
    步驟2，插設排水板。采用輕型獨臂式插板機進行深層插板，排水板間距為800mm，板長為18.6m，外露板頭250mm。
    步驟3，敷設排水濾管。網(wǎng)格形布置(5m×5m)，采用二通、三通管件連接，排水濾管埋入粗砂中。
    步驟4，敷設密封膜。采用聚氯乙烯薄膜，單層厚度為0.12～0.16mm，敷設兩層。
   步驟5，挖設壓膜溝。
   步驟6，布置射流泵，設置真空壓力表、沉降標、孔隙水壓力儀、分層沉降儀。真空壓力表用于測量膜下負壓。沉降標用于測量地面沉降量，開泵前的首次觀測值作為初始值?？紫端畨毫x用于測量土體孔隙水壓力消散情況。分層沉降儀用于測量不同土層沉降量。
進行深層真空預壓加固，且不少于90d。每1000m2布置1臺功率為7.5kW的射流泵。開啟射流泵，觀察抽出氣、水流情況，以及真空壓力表顯示值的變化，待真空壓力表顯示值達到80kPa后開始恒載計時。每天觀測地表沉降量，檢查密封膜完好情況(發(fā)現(xiàn)漏氣及時修補)，檢查射流泵的運行情況。恒載計時達90d后，連續(xù)觀測地表沉降速率，待連續(xù)5d沉降速率不大于2.5mm/d時停泵卸載。
    該項目于2009年6月下旬各射流泵陸續(xù)調(diào)試運行，逐漸加載。2009年7月5日，所有真空壓力表顯示值均達到80kPa，進入恒載計時，至10月13日，已實現(xiàn)連續(xù)5d沉降速率小于2.5mm/d，停泵卸載。
4 真空預壓加固工藝質(zhì)量控制要點
4.1 淺層真空預壓加固工藝
   ① 插設排水板的質(zhì)量控制。插設排水板后清除外露板頭淤泥。由于采用人工插入排水板的施工方法，板頭粘上淤泥是不可避免的。若不將板頭的淤泥清除干凈，將嚴重影響排水效果。
   ② 密封膜密封性質(zhì)量控制。檢查密封膜密封性應在射流泵開啟后，若密封膜很快緊貼地面，說明密封膜的密封性好。巡回檢查時，應注意用耳朵聽，若聽到漏氣聲，循聲可找到漏氣點，并立即修補。
    ③ 吹填粉砂的質(zhì)量控制。淺層真空預壓處理后，地表形成厚度為100～150mm的硬殼，但硬殼下的土體仍處于流塑狀態(tài)。因此在吹填時應嚴格遵守操作規(guī)程，一旦將硬殼吹翻，流泥極易翻出硬殼，再進行補救極為困難。應從不同方向同時進行吹填，保持地表受力均勻，宜采取分層吹填。
4.2 深層真空預壓加固工藝
    ① 插設排水板的質(zhì)量控制?？刂撇逶O排水板時的回帶現(xiàn)象，回帶現(xiàn)象是指插板機套管將排水板壓送到設計深度后，排水板隨套管提升而發(fā)生的退回現(xiàn)象?；貛КF(xiàn)象使排水板未能達到設計深度，且插入的排水板因回帶而發(fā)生松弛、扭轉(zhuǎn)，從而影響豎向水流通道的形成。在施工過程中，應嚴格控制回帶長度，并確保外露板頭長度。
    ② 砂墊層的質(zhì)量控制。除砂墊層的敷設厚度、砂的粗細程度等一般性檢查外，應著重檢查區(qū)域性排水溝的設置情況，以便在施工期間及時排除雨水和插設排水板時涌出的地下水。應及時清理插板機套管提升時帶出的泥水，保證砂墊層潔凈。
    ③ 壓膜溝的質(zhì)量控制。壓膜溝內(nèi)回填的黏土不含雜質(zhì)并分層壓實，密封膜必須用黏土壓牢，這樣才能保證區(qū)域密封性，保持膜下的負壓。
    ④ 射流泵的質(zhì)量控制。進入恒載計時后，每天巡視檢查時應注意射流泵出水情況，注意真空壓力表顯示值的變化，保證恒載計時時間，負壓的穩(wěn)定對真空預壓加固效果非常重要。
    ⑤ 建立真空預壓加固期間的周查制度。深層真空預壓加固期間的周檢查包括：地表沉降情況，孔隙水壓力儀顯示的土體孔隙水壓力消散情況，分層沉降儀顯示的各土層沉降情況。用本周各項檢查結(jié)果對比上周檢查結(jié)果，以此判定真空預壓處理效果，若發(fā)現(xiàn)異常情況應及時采取措施，保證恒載計時期間的真空預壓加固質(zhì)量。
5 提高高程過程
    隨著場地沉降量加大，必須進行高程的提高。項目用地原始標高(大沽高程)為3.5m。淺層真空預壓加固后地面平均沉降量約1.35m，場地平均標高降至2.15m。吹填1m厚粉砂后，場地平均標高為3.15m。深層真空預壓加固前敷設砂墊層厚為0.4m，敷設后場地平均標高為3.55m。在插設排水板期間，場地平均沉降1.35m，插設排水板后場地平均標高降至2.2m。深層真空預壓加固完畢，場地平均沉降量為0.97m，此時場地平均標高降至1.23m。
    從2009年10月中旬開始，現(xiàn)場開始二次吹填砂。至10月底，吹填砂平均厚度達到1.27m，場地平均標高達到2.5m，達到項目要求的交工標高，加固處理結(jié)束。
6 供熱鍋爐房地基二次處理
    供熱鍋爐房既有廠房，又有煙囪等高聳建構(gòu)筑物，特別是工藝要求廠房與上煤裝置結(jié)合部分不允許產(chǎn)生錯位。因此，供熱鍋爐房對不均勻沉降的控制極為嚴格。但場地經(jīng)加固處理后尚存在殘余沉降問題，最大殘余沉降量為127.4mm。因此必須對廠房、煙囪等重量大、高度較高的建構(gòu)筑物地基進行二次處理，該項目采用鋼筋混凝土灌注樁和水泥攪拌樁相結(jié)合的方法提高地基承載力并控制沉降。鋼筋混凝土灌注樁直徑為800mm，樁長為32m，水泥攪拌樁直徑為500mm，樁長為18m。鋼筋混凝土灌注樁布置在柱基下，水泥攪拌樁采用滿堂式布置。項目建設過程中對各建構(gòu)筑物定期進行沉降觀測。目前，各建構(gòu)筑物沉降已趨于穩(wěn)定。廠房最大沉降量為29mm，煙囪沉降量為13mm，廠房與上煤棧橋沉降保持同步，滿足工藝要求。
7 真空預壓加固效果
   該項目軟土地基加固處理于2009年2月上旬開工，2009年10月底結(jié)束。采用淺層、深層真空預壓加固軟土地基方案。經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)測儀器數(shù)據(jù)分析及對竣工后現(xiàn)場鉆孔取樣檢測結(jié)果分析，軟土地基加固處理效果良好。在預壓荷載作用下，不同深度的各個土層均實現(xiàn)不同程度的排水固結(jié)。土體的物理力學指標得到很大改善，固結(jié)度及地基承載力均達到設計要求。對于加固處理后的場地，車輛、機械行走自如，為供熱鍋爐房的施工創(chuàng)造了有利條件。殘余沉降問題完全可通過在鍋爐房建筑結(jié)構(gòu)設計階段以樁基(灌注樁、攪拌樁)處理方式解決。該項目采用的真空預壓加固軟土地基方案是非常成功的，對今后濱海地區(qū)供熱鍋爐房的地基處理方案選擇提供了借鑒。
參考文獻：
[1] 孫賢福.真空排水堆載預壓加固軟土地基及觀測數(shù)據(jù)分析[J].鐵道建筑，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.天津市河西區(qū)熱力工程服務有限公司 天津 300060)