供熱鍋爐房真空預(yù)壓加固軟土地基探討

摘 要

摘要：對(duì)天津?yàn)I海地區(qū)新建供熱鍋爐房采用真空預(yù)壓加固軟土地基工程進(jìn)行了分析。采用真空預(yù)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(duì)地基承栽力的要求。關(guān)鍵詞：鍋爐
摘要：對(duì)天津?yàn)I海地區(qū)新建供熱鍋爐房采用真空預(yù)壓加固軟土地基工程進(jìn)行了分析。采用真空預(yù)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(duì)地基承栽力的要求。
關(guān)鍵詞：鍋爐房；真空預(yù)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?yàn)I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(xiàng)目大都建在這樣的場(chǎng)地上，而為之配套的供熱鍋爐房在這樣的場(chǎng)地上建設(shè)所遇到的最大難題就是地基處理。人工吹填流泥形成的場(chǎng)地實(shí)際上是一片泥塘，人員、車輛、機(jī)械無(wú)法上去作業(yè)。需經(jīng)軟土地基加固處理，使場(chǎng)地初步具有一定的承載力后，人員、車輛、機(jī)械才能夠進(jìn)入場(chǎng)地，進(jìn)行正常的建設(shè)施工?，F(xiàn)以津能臨港供熱鍋爐房項(xiàng)目為例，探討濱海地區(qū)供熱鍋爐房項(xiàng)目軟土地基加固處理的可行方案。
津能臨港供熱鍋爐房設(shè)計(jì)規(guī)模為5臺(tái)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(xiàng)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(biāo)高(大沽高程)為3.5m。地質(zhì)勘察報(bào)告表明，項(xiàng)目用地原海底泥面標(biāo)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(xiàng)目軟土地基加固處理技術(shù)要求為：軟土地基預(yù)壓荷載不小于80kPa，處理后交工標(biāo)高(大沽高程)為2.5m。在預(yù)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(yàn)測(cè)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(duì)應(yīng)的壓力)達(dá)到80kPa。先對(duì)表層吹填流泥進(jìn)行淺層真空預(yù)壓加固，當(dāng)表層達(dá)到一定強(qiáng)度后，再進(jìn)行深層真空預(yù)壓加固。該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工和檢測(cè)按照J(rèn)TS 147-2-2009《真空預(yù)壓加固軟土地基技術(shù)規(guī)程》執(zhí)行。
2 真空預(yù)壓加固工藝原理
真空預(yù)壓加固是在需要加固的軟土地基表面先敷設(shè)砂墊層，然后豎直插設(shè)塑料排水板(作為豎向排水體)，在砂墊層中橫向敷設(shè)排水濾管(透水管)。再用密封膜(聚乙烯、聚氯乙烯薄膜)進(jìn)行覆蓋封膜四周開(kāi)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(duì)膜下進(jìn)行抽氣(水)，射流泵與排水濾管連接。在抽氣時(shí)，膜下逐步形成負(fù)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(guò)排水濾管排出，從而使土體固結(jié)[1]。
    在采用真空預(yù)壓加固軟土地基時(shí)，在密封膜上不施加重物，而把大氣作為荷載。在抽氣時(shí)，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(fù)壓，通過(guò)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(yù)壓加固與深層真空預(yù)壓加固工藝的主要區(qū)別在于，前者采用編織布、無(wú)紡?fù)凉げ嫉忍娲皦|層，以及排水濾管的布置方式不同。真空預(yù)壓加固工藝的現(xiàn)場(chǎng)布置見(jiàn)圖1。
 

3 真空預(yù)壓加固工藝流程
    ① 淺層真空預(yù)壓加固工藝
    步驟1，在軟土地基表面敷設(shè)墊層，1層編織布及1層無(wú)紡?fù)凉げ?。由于軟土地基表層為人工吹填流?約5m厚)，承載能力極低，施工人員在上面作業(yè)非常危險(xiǎn)。此外，排水濾管須與流泥隔開(kāi)，以避免淤泥堵塞排水濾管，確保在抽氣(水)時(shí)流泥發(fā)生排水固結(jié)。困此，在軟土地基表面敷設(shè)編織布、無(wú)紡?fù)凉げ肌?/span>
    步驟2，插設(shè)排水板。排水板由人工采用鋼釬插入軟土地基，插沒(méi)間距為800mm，排水板高5m，外露板頭250mm。
    步驟3，敷設(shè)排水濾管。排水濾管采用透水管(具有隔泥功能)，沿場(chǎng)地長(zhǎng)邊兩側(cè)布置，并與射流泵連接，將由排水板輸送上來(lái)的氣、水排出。
    步驟4，敷設(shè)兩層防護(hù)無(wú)紡?fù)凉げ?，在兩層無(wú)紡?fù)凉げ贾虚g夾1層三維土工網(wǎng)，三維土工網(wǎng)起到增強(qiáng)排水作用。
    步驟5，敷設(shè)密封膜。敷設(shè)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(shè)壓膜溝。壓膜溝沿場(chǎng)地邊界開(kāi)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(jìn)行淺層真空預(yù)壓加固。每1000m2布置1臺(tái)功率為7.5kW的射流泵，在抽氣、水過(guò)程中，膜下形成負(fù)壓，土體中的氣、水被不斷抽出。30d后，場(chǎng)地平均沉降量達(dá)1348mm，表層堅(jiān)固，人員在上行走無(wú)軟陷感。此時(shí)停泵卸載，拆除射流泵、排水板等。
    步驟8，吹填粉砂。在場(chǎng)地吹填1m厚粉砂，吹填粉砂的作用為：進(jìn)一步提高場(chǎng)地表層承載力，為深層真空預(yù)壓處理時(shí)機(jī)械施工提供條件；在進(jìn)行深層真空預(yù)壓處理時(shí)參與排水；填充標(biāo)高。
    吹填粉砂后，淺層真空預(yù)壓加固結(jié)束，隨后進(jìn)行深層真空預(yù)壓加固。
    ② 深層真空預(yù)壓加固工藝
    步驟1，敷設(shè)砂墊層。場(chǎng)地滿鋪400mm厚粗砂。
    步驟2，插設(shè)排水板。采用輕型獨(dú)臂式插板機(jī)進(jìn)行深層插板，排水板間距為800mm，板長(zhǎng)為18.6m，外露板頭250mm。
    步驟3，敷設(shè)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(shè)密封膜。采用聚氯乙烯薄膜，單層厚度為0.12～0.16mm，敷設(shè)兩層。
   步驟5，挖設(shè)壓膜溝。
   步驟6，布置射流泵，設(shè)置真空壓力表、沉降標(biāo)、孔隙水壓力儀、分層沉降儀。真空壓力表用于測(cè)量膜下負(fù)壓。沉降標(biāo)用于測(cè)量地面沉降量，開(kāi)泵前的首次觀測(cè)值作為初始值。孔隙水壓力儀用于測(cè)量土體孔隙水壓力消散情況。分層沉降儀用于測(cè)量不同土層沉降量。
進(jìn)行深層真空預(yù)壓加固，且不少于90d。每1000m2布置1臺(tái)功率為7.5kW的射流泵。開(kāi)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(dá)到80kPa后開(kāi)始恒載計(jì)時(shí)。每天觀測(cè)地表沉降量，檢查密封膜完好情況(發(fā)現(xiàn)漏氣及時(shí)修補(bǔ))，檢查射流泵的運(yùn)行情況。恒載計(jì)時(shí)達(dá)90d后，連續(xù)觀測(cè)地表沉降速率，待連續(xù)5d沉降速率不大于2.5mm/d時(shí)停泵卸載。
    該項(xiàng)目于2009年6月下旬各射流泵陸續(xù)調(diào)試運(yùn)行，逐漸加載。2009年7月5日，所有真空壓力表顯示值均達(dá)到80kPa，進(jìn)入恒載計(jì)時(shí)，至10月13日，已實(shí)現(xiàn)連續(xù)5d沉降速率小于2.5mm/d，停泵卸載。
4 真空預(yù)壓加固工藝質(zhì)量控制要點(diǎn)
4.1 淺層真空預(yù)壓加固工藝
   ① 插設(shè)排水板的質(zhì)量控制。插設(shè)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(yán)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(yīng)在射流泵開(kāi)啟后，若密封膜很快緊貼地面，說(shuō)明密封膜的密封性好。巡回檢查時(shí)，應(yīng)注意用耳朵聽(tīng)，若聽(tīng)到漏氣聲，循聲可找到漏氣點(diǎn)，并立即修補(bǔ)。
    ③ 吹填粉砂的質(zhì)量控制。淺層真空預(yù)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(shí)應(yīng)嚴(yán)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(jìn)行補(bǔ)救極為困難。應(yīng)從不同方向同時(shí)進(jìn)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(yù)壓加固工藝
    ① 插設(shè)排水板的質(zhì)量控制?？刂撇逶O(shè)排水板時(shí)的回帶現(xiàn)象，回帶現(xiàn)象是指插板機(jī)套管將排水板壓送到設(shè)計(jì)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(dá)到設(shè)計(jì)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(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控制回帶長(zhǎng)度，并確保外露板頭長(zhǎng)度。
    ② 砂墊層的質(zhì)量控制。除砂墊層的敷設(shè)厚度、砂的粗細(xì)程度等一般性檢查外，應(yīng)著重檢查區(qū)域性排水溝的設(shè)置情況，以便在施工期間及時(shí)排除雨水和插設(shè)排水板時(shí)涌出的地下水。應(yīng)及時(shí)清理插板機(jī)套管提升時(shí)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(shí)，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(fù)壓。
    ④ 射流泵的質(zhì)量控制。進(jìn)入恒載計(jì)時(shí)后，每天巡視檢查時(shí)應(yīng)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(jì)時(shí)時(shí)間，負(fù)壓的穩(wěn)定對(duì)真空預(yù)壓加固效果非常重要。
    ⑤ 建立真空預(yù)壓加固期間的周查制度。深層真空預(yù)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(xiàng)檢查結(jié)果對(duì)比上周檢查結(jié)果，以此判定真空預(yù)壓處理效果，若發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)及時(shí)采取措施，保證恒載計(jì)時(shí)期間的真空預(yù)壓加固質(zhì)量。
5 提高高程過(guò)程
    隨著場(chǎng)地沉降量加大，必須進(jìn)行高程的提高。項(xiàng)目用地原始標(biāo)高(大沽高程)為3.5m。淺層真空預(yù)壓加固后地面平均沉降量約1.35m，場(chǎng)地平均標(biāo)高降至2.15m。吹填1m厚粉砂后，場(chǎng)地平均標(biāo)高為3.15m。深層真空預(yù)壓加固前敷設(shè)砂墊層厚為0.4m，敷設(shè)后場(chǎng)地平均標(biāo)高為3.55m。在插設(shè)排水板期間，場(chǎng)地平均沉降1.35m，插設(shè)排水板后場(chǎng)地平均標(biāo)高降至2.2m。深層真空預(yù)壓加固完畢，場(chǎng)地平均沉降量為0.97m，此時(shí)場(chǎng)地平均標(biāo)高降至1.23m。
    從2009年10月中旬開(kāi)始，現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)始二次吹填砂。至10月底，吹填砂平均厚度達(dá)到1.27m，場(chǎng)地平均標(biāo)高達(dá)到2.5m，達(dá)到項(xiàng)目要求的交工標(biāo)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(cuò)位。因此，供熱鍋爐房對(duì)不均勻沉降的控制極為嚴(yán)格。但場(chǎng)地經(jīng)加固處理后尚存在殘余沉降問(wèn)題，最大殘余沉降量為127.4mm。因此必須對(duì)廠房、煙囪等重量大、高度較高的建構(gòu)筑物地基進(jìn)行二次處理，該項(xiàng)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(zhǎng)為32m，水泥攪拌樁直徑為500mm，樁長(zhǎng)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(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中對(duì)各建構(gòu)筑物定期進(jìn)行沉降觀測(cè)。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(yù)壓加固效果
   該項(xiàng)目軟土地基加固處理于2009年2月上旬開(kāi)工，2009年10月底結(jié)束。采用淺層、深層真空預(yù)壓加固軟土地基方案。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀器數(shù)據(jù)分析及對(duì)竣工后現(xiàn)場(chǎng)鉆孔取樣檢測(cè)結(jié)果分析，軟土地基加固處理效果良好。在預(yù)壓荷載作用下，不同深度的各個(gè)土層均實(shí)現(xiàn)不同程度的排水固結(jié)。土體的物理力學(xué)指標(biāo)得到很大改善，固結(jié)度及地基承載力均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。對(duì)于加固處理后的場(chǎng)地，車輛、機(jī)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(wèn)題完全可通過(guò)在鍋爐房建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段以樁基(灌注樁、攪拌樁)處理方式解決。該項(xiàng)目采用的真空預(yù)壓加固軟土地基方案是非常成功的，對(duì)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(xiàn)：
[1] 孫賢福.真空排水堆載預(yù)壓加固軟土地基及觀測(cè)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(wù)有限公司 天津 300060)