真空預壓法處理軟土路基工法

1、前言真空預壓法加固軟土地基的方法，最早由瑞典皇家地質(zhì)學院的杰爾曼（W.Kjellman）教授于1952年提出。該方法的提出后曾引起學術(shù)界和工程界的廣泛關(guān)注，但幾十年來由于抽氣設備、密封材料、垂直排水通道及其打設等關(guān)鍵技術(shù)滯后，使該法沒有大規(guī)模應用于工程實踐，直至20世紀80年代初也僅僅在少量工程中被成功采用。如1957年美國費城機場跑道擴建工程，首次采用真空預壓法與深井降水聯(lián)合加固獲得成功；1982年日本大阪南港的填筑工程中采用該法并聯(lián)得良好的加固效果。與此同時，法國、前蘇聯(lián)也開始對真空預壓法進行研究應用。我國于20世紀50年代末60年初開始對真空預壓法進行理論研究，由于密封與抽真空裝置問題未

2、能達到工程應用階段。1980年為解決天津新港的大面積軟基處理問題，以交通部第一航務工程局為主，天津大學、南京水利科學研究院參加的聯(lián)合國攻關(guān)小組對該法進行現(xiàn)場試驗研究并獲得成功。該技術(shù)1983年列入國家“六五”攻關(guān)項目，并于1985年12月通過國家技術(shù)鑒定。真空堆載聯(lián)合預壓法是在真空預壓法基礎上發(fā)展而來的，該法更能滿足荷載大、承載力要求高的工程，如公路軟土路基工程。1998年，河海大學巖土所率先將真空預壓技術(shù)應用于高速公路橋頭軟基處理中，先后在杭金衢高速公路、滬青平高速公路、同三高速公路、甬臺溫高速、上海浦東外環(huán)高速等工程中進行了大量的試驗研究，均取得了良好的加固效果。建設部建質(zhì)200526號已

3、將真空預壓法加固軟基技術(shù)作為2005年建筑業(yè)10 項新技 術(shù)加以推廣，目前該項技術(shù)已經(jīng)在廣東、浙江、江蘇、上海的高速公路建設中得到了推廣應用。1工法特點1.1真空預壓法是利用大氣來加固軟土地基，因此和堆載排水預壓法相比，不需要大量的預壓材料。1.2 真空預壓法在施工時荷載無須分級施加，可以一次性快速施加到80Kpa以上而不會引起地基失穩(wěn)，與堆載預壓法相比加載較快，可明顯縮短工期。同時該法在卸載時只要抽氣停止就可以了，因而施工起來簡單、容易。1.3在同等條件下，真空預壓法處理后地基比堆載排水法處理的地基密實度高，且加固均勻，平均沉降量要大。1.4在同等條件下，真空預壓法加固地基時抗剪強度增長率比

4、堆載排水法大。1.5真空預壓法的的工程造價主要取決于真空泵的動力消耗；1.6真空預壓與堆載預壓相結(jié)合可以達到超載的目的，而不會產(chǎn)生填土超載預壓的不利于穩(wěn)定的弊端；2適用范圍2.1堆載材料材料缺乏、價格較高，工期較緊而電力供應不緊地區(qū)。2.2難以施加荷載的超軟地基。2.3臨近危險邊坡地帶。3工藝原理真空預壓法是排水固結(jié)法處理軟土地基的有效方法之一，它是利用專門的設備，通過抽真空在地基中產(chǎn)生負壓，使土體孔隙中的水分排出。從有效應力原理可知：孔隙水排出，孔隙水壓力減小后，有效應力就相應增加，在壓力差作用下，土體中的水分被排出，土體得到加固，土體強度得到提高。根據(jù)達西定律，土體中孔隙水的滲透速度與水力

5、坡度（h/L）成正比，增加水頭差h和減少排水距離L均可加速土體的排水固結(jié)。真空預壓的加固機理是通過保持土體中的總應力不變，降低垂直排水通道中的孔隙水壓力使之小于原有的孔隙水壓力，即產(chǎn)生負孔隙水壓力，形成滲流需要的水力梯度；而堆載預壓是通過施加外荷載使土體中的總應力增加，導致軟土中孔隙水壓力增加并超過垂直排水通道中的孔隙水壓力，即產(chǎn)生正的孔隙水壓力，從而形成滲流需要的水力梯度。兩者聯(lián)合作用，正負孔隙水壓力的壓差增大，也就是增加了水頭差h，造成孔壓消散更快，加固效果更好。真空聯(lián)合堆載預壓加固軟基工藝原理見圖3圖3真空聯(lián)合堆載預壓工藝原理4工藝流程及操作要點4.1工藝流程見圖4.11-平整場地；2-

6、量測地面起始高程；3-埋設施工沉降觀測板；4-鋪設30cm砂礫墊層；5-打設排水板；6-鋪設20cm砂礫墊層；7-鋪設10cm砂墊層并敷設主管、濾管；8-埋設砂墊層中的真空度測頭；9-挖密封溝；10-安置主管出膜裝置；11-量測施工沉降量；12-鋪土工布及土工膜；13-鋪設10cm砂墊層；14-安裝抽真空裝置；15-回填密封溝；16-聯(lián)接主管到抽真空裝置；17-設置膜上沉降標；18-測沉降初值；19-試抽真空；20-檢查膜上及密封溝漏氣情況；21-正式抽真空；22-施工監(jiān)測開始；23-土方填筑開始；24-抽真空結(jié)束； 圖4.1真空-堆載聯(lián)合預壓法施工工藝流程圖23222417181920211

7、61315111412879105612344.2施工工藝下面結(jié)合杭州灣跨海大橋南接線工程第六合同段工程概況對真空聯(lián)合堆載預壓的施工工藝予以說明。工程概況：該工程位于浙江省慈溪市掌起鎮(zhèn)，屬于海積平原區(qū)。軟土地基的特點是1亞粘土耕植土層厚12米，下伏1層淤泥質(zhì)亞粘土軟土層，土工試驗指標低，變異性較大。主要的軟土層為1層：淤泥質(zhì)亞粘土（Q42+m）灰色、灰褐色，飽和、流塑。層間夾亞粘砂土或亞砂土薄層，層厚約2-4m。具有高含水量、高孔隙比、高壓縮性、高靈敏度等特征，工程地質(zhì)條件很差。全合同段分布，埋深12米，最厚達23.4m，不宜作為基礎持力層。軟土地基處理設計標準：1、路堤穩(wěn)定控制標準：采用有效

8、固結(jié)應力法進行穩(wěn)定性計算，不論在施工期還是運營期，其穩(wěn)定系數(shù)K1.5；2、路面設計使用年限（15年）內(nèi)殘余沉降滿足下列要求：橋臺與路堤相鄰處0.10m,涵洞或箱型通道處0.20m,一般路段0.30m。水平排水系統(tǒng)施工.1 清除表土，整平場地形成自路中心向兩側(cè)2%的橫坡；.2砂的質(zhì)量和規(guī)格必須符合設計要求和規(guī)范規(guī)定；.3砂墊層表面不得存留石塊及其他尖利雜物并符合表.2.1.3要求；表.2.1.3 砂墊層施工要求項次檢查項目規(guī)定值或允許偏差檢查方法各頻率砂墊層的厚度不小于設計第200m檢查4處砂墊層的寬度不小于設計第200m檢查4處反濾層的設置符合設計要求第200m檢查4處壓實度（%）90第200

9、m檢查4處垂直排水系統(tǒng)施工.1 塑料排水板的施工工藝如下:移動插板機就位,調(diào)正套管垂直度,對準樁位。在空心套管中插穿入鋼靴，再將排水板回插入套管扁咀中，拉緊排水板，使鋼靴緊貼套管沉入土層，至設計要求深度；以振動加壓的方式將套管沉入土層，至設計要求深度；拔出空心套管，由于土對鋼靴及排水板的粘結(jié)力而使排水板留在土中；留出排水板埋入砂墊層的長度約30cm，將排水板剪斷，移動導管至下一樁位，繼續(xù)下一根排水板施工。.2排水板施工注意事項施工前根據(jù)設計要求打設深度及地質(zhì)情況選用合適的插板機；排水板在打設當中回帶現(xiàn)象較嚴重時，除嚴格控制淤泥進入套管外，必要時可向管內(nèi)適量注水，如回帶超過0.5m時應重新補打；

10、打設排水板時留在孔口的淤泥應及時清除，以防污染砂墊層；打設排水板不應扭曲,濾膜不應破損或污染;排水板接長時應拆開濾膜,對準芯板槽口，再包好濾膜，用釘固定，搭接長度不應小于0.2m，嚴禁浮放搭接；排水板應露出第一層砂墊層15cm，彎倒埋入第一層砂墊層。.3塑料排水板施工要求應符合表.2.2.3規(guī)定表.2.2.3 塑料排水板施工要求項次檢查項目規(guī)定值或允許偏差檢查方法各頻率板間距（mm）150抽查2板長不小于設計查施工記錄豎直度(%)1.5查施工記錄.4排水板打設完畢并驗收合格后應及時仔細地用砂料把打設時在每根塑料排水板周圍形成的孔洞回填好否則抽真空時這些孔洞附近的密封薄膜很容易破損造成漏氣從而難

11、以達到和維持要求的真空度4.2.3抽真空系統(tǒng)施工.1抽真空系統(tǒng)施工內(nèi)容包括：主、濾管安裝，主管出膜裝置，抽真空設備安裝；.2一般每臺真空泵擔負軟基處理面積為8001000m2,據(jù)此可根據(jù)軟基處理總面積算得真空泵的數(shù)量，再根據(jù)真空泵的數(shù)量計算出主管間距,濾管間距一般為m。主、濾管布置要求見圖4.2.3.2。圖.2主、濾管布置圖.3 濾管與濾管連接可在管頭涂PVC膠水，再將小管頭塞入略大管頭相連接。.4 主管與濾管連接由三通和四通構(gòu)成，三通、四通與各管采用鋼絲橡膠軟管，要求鋼絲橡膠軟管套入真空管和三通、四通的長度10cm，并用12號鉛絲綁扎，綁扎時注意沿線路橫向不應過緊，達到不使砂礫進入真空管即可

12、，并要求鉛絲頭向下，以防止其損壞密封膜。.5 主管出膜采用在膜上挖洞，在膜外用專用塑料膠水粘貼雙層密封膜堵漏進行處理，要求圖.5主管出膜圖.6 主管出膜后用橡膠軟管接入止回閥，止回閥再與抽真空裝置連接，其安裝見圖.6圖.6 主管與閥門圖.7 抽真空裝置由水箱、射流噴嘴、真空吸管、污水泵組成，安裝見圖4.2.3. 7,水箱安裝在密封溝上，并應使其高度低于密封膜面高度圖.7 抽真空裝置圖密封系統(tǒng)施工.1密封系統(tǒng)施工包括密封膜，密封溝，土體深層密封，加固中地表開裂的密封。.2密封膜加工時，尺寸大小應考慮埋入密封溝的部分；.3密封膜鋪設自一邊開始，兩層一道依順序同時由近及遠進行鋪設；.4密封膜埋入密封

13、溝時，注意膜不要被石頭、草根、樹根等戳破；.5密封溝回填好后，在溝中放水，水深控制在10cm左右，若密封溝有漏氣，水面會有漩渦。.6密封膜鋪好后，進行試抽真空，檢查密封膜有無漏氣。具體方法：一般膜有漏洞的地方會發(fā)出風鳴聲，此時派人穿軟底鞋在膜上進行地毯式尋查，發(fā)現(xiàn)膜破時用小塊薄膜粘貼補好。.7 在試抽真空度穩(wěn)定在80Kpa后保持10天，地基土達到一定強度時，才能進行堆載預壓；.8密封溝是指在加固區(qū)四周開挖用于埋設密封膜的溝槽，其深度一般為1.21.5m，當被加固區(qū)土層粘粒含量較高，滲透性較差時，取較小值；溝的寬度0.60.8m，人工開挖時可適當加大。.9密封溝挖好后，將膜放入溝中，應注意將膜貼

14、于溝的內(nèi)壁，并將膜放至溝底，然后分層回填；.10當被加固的地層表面以下不太深（35m）的地方，有一層厚度不大（23m）的透水層存在，應考慮采用鋼板樁法、灌漿法、深層攪拌法等對該透水層進行密封處理；.11加固區(qū)出現(xiàn)裂縫時，一旦發(fā)現(xiàn)漏氣，可用一定稠度的粘土漿倒灌裂縫中，將其封閉。施工監(jiān)測 .1施工監(jiān)測項目有：沉降觀測、側(cè)向位移觀測、真空度觀測.2 沉降觀測分為施工沉降和填筑沉降兩部分。施工沉降指打設排水板、鋪設砂墊層、安裝真空等引起的沉降。.2施工沉降在平整場地后開始實施。沉降板采用20cm20cm0.5cm鋼板制成，并在鋼板中央焊一小鐵釘，以便安放塔尺，鋼板下焊接兩個長約25 cm左右的“耳朵”

15、，便于插入地下，防止移動。.3施工沉降板一般情況下每100m埋設一組，左、中、右各一個，埋設后應設醒目標志，以防破壞，如有特殊情況可位置適當調(diào)整。觀測分別在埋設后和上完砂墊層后進行，其差值為施工沉降。填筑期間沉降板及側(cè)向位移樁構(gòu)造如圖.3圖.3 沉降板及位移樁構(gòu)造圖4.2.5.4填筑期間沉降板及側(cè)向位移樁布圖.4 沉降板及位移樁布置埋設圖.5軟土路段觀測斷面設置根據(jù)設計圖要求設置,路中沉降板應避開通信管道位置，沉降板和位移邊樁的布設可根據(jù)實際地形和施工情況作適當調(diào)整。.6沉降板在密封膜鋪完后安放。要求在板下鋪一塊土工布以防損壞密封膜。施工期間根據(jù)實際施工情況進行接長，最后一節(jié)應安置管帽。.7.

16、施工中應注意保護沉降板和側(cè)向位移樁，避免被施工機具破壞，影響觀測結(jié)果；.8沉降板及側(cè)向位移樁觀測頻率要求：施工期間，每填一層觀測一次，路堤填高超過極限高度之后，每天觀測一次，因故停止施工，每三天觀測一次；預壓期間，第一個月每三天觀測一次，第二個月至第三個月每七天觀測一次，從第四個月開始，第半個月觀測一次，直到鋪筑路面。圖.9真空聯(lián)合堆載預壓沉降曲線圖.9 施工期間，若中樁沉降板日沉降量達到1cm/d, 或日側(cè)向位移達到0.5cm，應立即停止加載；停止加載后，必須每天進行觀測，并且當連續(xù)觀測三天的沉降量與位移值在控制值之內(nèi)時，方可繼續(xù)進行加載。最后將觀測記錄繪成圖4.2.5.9,用以確定軟基沉降

17、量。.10 真空度量測裝置要求800m21000m2放置一個。.11真空度量測裝置由真空表、PVC透明軟管、真空度測頭組成，其組成見圖4.2.5.11；圖.11真空度量測裝置圖圖.12真空表安裝圖.12 PVC軟管直接穿過密封膜引至膜外，再與真空表連接。軟管出膜要求與主管出膜要求相同，見圖4.2.5.13；軟管與真空表連接處要求擠上一些703硅橡膠加以密封。 .13 真空度觀測頻率規(guī)定：試抽真空期間，要求每2小時讀一次并記錄，以便準確測出真空壓力上升過程，及時發(fā)現(xiàn)漏氣。當真空壓力達到設計要求后， 43圖.13膜下真空度-時間過程曲線4.2.6真空荷載的卸除4.2.6.1真空荷載的卸除前提是路堤

18、填筑高程已達到設計要求的路堤高程或者路面高程，并且真空荷載始終大于80Kpa；.2施工監(jiān)測中得到的在加固荷載下產(chǎn)生的路基沉降量，大于在滿足設計路面高程下可能產(chǎn)生的固結(jié)沉降量；.3真空荷載的卸除的月沉降速率滿足應符合表4.2.6.3的要求：表.3真空荷載的卸除標準采用的加固辦法路段的種類停止抽真空前連續(xù)兩個月的沉降速率停止抽真空后，中止預壓加固前連續(xù)兩個月應達到的沉降速率真空聯(lián)合堆載一般路段3025mm/月108mm/月橋頭路段2015mm/月85mm/月5材料5.1塑料排水板質(zhì)量要求應符合表.規(guī)定表5.塑料排水板質(zhì)量要求項目單位C型條件寬度mm1002-厚度mm4.5-縱向通水量cm3/s65

19、側(cè)壓力350Kpa濾膜滲透系數(shù)cm/s510-3試件在水中浸泡24h濾膜有效孔徑m50110以O98計復合體抗拉強度（干態(tài)）KN/10cm2.3延伸率10%時濾膜抗拉強度縱向干態(tài)N/m40延伸率10%時橫向濕態(tài)50延伸率15%時，試件在水中浸泡24h濾膜梯形撕裂縱橫向強度N100-芯板材質(zhì)100%聚丙烯新材濾膜材質(zhì)長纖維無紡布5.2土工布質(zhì)量要求應符合表.2規(guī)定表.2土工布質(zhì)量要求指標單位質(zhì)量厚度（2KPa）抗拉強度（均值）延伸率（縱向橫向）CBR頂破阻力有效孔徑（90）垂直滲透系數(shù)法向透水流量（0mm水頭）單位g/m2mmN/mmmm/s1/m2/s數(shù)值2502.21980/3529000.

20、09310-372注：土工布為連續(xù)長絲無紡針刺土工布5.3砂礫材料質(zhì)量要求砂礫材料應為中砂、粗砂、級配礫石（或級配碎石）組成，最大粒徑應小于50mm。用作排水墊層時，通過5mm篩孔的粒料應在20%50%，小于0.074mm的料徑不大于5%，其不均勻系數(shù)應大于10，曲率系數(shù)為13，壓實后的滲透系數(shù)應大于110-2cm/s。5.4主管及濾管質(zhì)量要求主管和濾管均采用公稱直徑75mm的真空預壓工程專用PVC管，設計抗壓強度450 Kpa（壓縮量5%）。其中主管上沒有孔洞和反濾材料的包裹，濾管上均勻分布孔洞，并用針刺無紡土工布包裹，并且濾管管頭一頭略大。主、濾管的連接材料，三通、四通均用76mm鋼管制成

21、，三通和四通與各管的連接是用鋼絲橡膠軟管制成，長度在30cm左右，同時用10號或12號鉛絲綁扎。5.5密封膜質(zhì)量要求目前國內(nèi)使用的密封膜主要由聚乙烯（PE）和聚氯乙烯（PVC）制成，選用和檢驗時應參照聚氯乙烯（PVC）土工膜的國家標準（GB/T17688-1999）和聚乙烯（PE）土工膜的國家標準（GB/T17643-1998），公路工程真空預壓所用膜的厚度可適當減薄。密封膜的施工是真空預壓加固法成功的關(guān)鍵，熱合時以平搭接，兩條熱合縫為好，一般搭接1.52cm。要求拼接處強度高，氣密性好，滿足施工要求。表5.5密封膜質(zhì)量要求項目厚度拉伸強度縱橫向斷裂伸長率直角撕裂強度（縱、橫向）滲透系數(shù)檢測縱向橫向方法拉伸速率單位mmMPa%N/mmcm/s建議指標0.120.1415152008010-11SL/T235-1999QB/T1130-9120試樣為50mm寬6機具設備6.1挖掘機主要用于清表，挖密封溝；6