真空預(yù)壓法處理軟土路基工法

1、前言真空預(yù)壓法加固軟土地基的方法，最早由瑞典皇家地質(zhì)學(xué)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(xué)術(shù)界和工程界的廣泛關(guān)注，但幾十年來由于抽氣設(shè)備、密封材料、垂直排水通道及其打設(shè)等關(guān)鍵技術(shù)滯后，使該法沒有大規(guī)模應(yīng)用于工程實(shí)踐，直至20世紀(jì)80年代初也僅僅在少量工程中被成功采用。如1957年美國費(fèi)城機(jī)場跑道擴(kuò)建工程，首次采用真空預(yù)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(shí)，法國、前蘇聯(lián)也開始對(duì)真空預(yù)壓法進(jìn)行研究應(yīng)用。我國于20世紀(jì)50年代末60年初開始對(duì)真空預(yù)壓法進(jìn)行理論研究，由于密封與抽真空裝置問題未

2、能達(dá)到工程應(yīng)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(wù)工程局為主，天津大學(xué)、南京水利科學(xué)研究院參加的聯(lián)合國攻關(guān)小組對(duì)該法進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)研究并獲得成功。該技術(shù)1983年列入國家“六五”攻關(guān)項(xiàng)目，并于1985年12月通過國家技術(shù)鑒定。真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法是在真空預(yù)壓法基礎(chǔ)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(xué)巖土所率先將真空預(yù)壓技術(shù)應(yīng)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(tái)溫高速、上海浦東外環(huán)高速等工程中進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，均取得了良好的加固效果。建設(shè)部建質(zhì)200526號(hào)已

3、將真空預(yù)壓法加固軟基技術(shù)作為2005年建筑業(yè)10 項(xiàng)新技 術(shù)加以推廣，目前該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在廣東、浙江、江蘇、上海的高速公路建設(shè)中得到了推廣應(yīng)用。1工法特點(diǎn)1.1真空預(yù)壓法是利用大氣來加固軟土地基，因此和堆載排水預(yù)壓法相比，不需要大量的預(yù)壓材料。1.2 真空預(yù)壓法在施工時(shí)荷載無須分級(jí)施加，可以一次性快速施加到80Kpa以上而不會(huì)引起地基失穩(wěn)，與堆載預(yù)壓法相比加載較快，可明顯縮短工期。同時(shí)該法在卸載時(shí)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(yù)壓法處理后地基比堆載排水法處理的地基密實(shí)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(yù)壓法加固地基時(shí)抗剪強(qiáng)度增長率比

4、堆載排水法大。1.5真空預(yù)壓法的的工程造價(jià)主要取決于真空泵的動(dòng)力消耗；1.6真空預(yù)壓與堆載預(yù)壓相結(jié)合可以達(dá)到超載的目的，而不會(huì)產(chǎn)生填土超載預(yù)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(jià)格較高，工期較緊而電力供應(yīng)不緊地區(qū)。2.2難以施加荷載的超軟地基。2.3臨近危險(xiǎn)邊坡地帶。3工藝原理真空預(yù)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(shè)備，通過抽真空在地基中產(chǎn)生負(fù)壓，使土體孔隙中的水分排出。從有效應(yīng)力原理可知：孔隙水排出，孔隙水壓力減小后，有效應(yīng)力就相應(yīng)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(qiáng)度得到提高。根據(jù)達(dá)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(yù)壓的加固機(jī)理是通過保持土體中的總應(yīng)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(fù)孔隙水壓力，形成滲流需要的水力梯度；而堆載預(yù)壓是通過施加外荷載使土體中的總應(yīng)力增加，導(dǎo)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(fù)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(yù)壓加固軟基工藝原理見圖3圖3真空聯(lián)合堆載預(yù)壓工藝原理4工藝流程及操作要點(diǎn)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(shè)施工沉降觀測板；4-鋪設(shè)30cm砂礫墊層；5-打設(shè)排水板；6-鋪設(shè)20cm砂礫墊層；7-鋪設(shè)10cm砂墊層并敷設(shè)主管、濾管；8-埋設(shè)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(shè)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(shè)置膜上沉降標(biāo)；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(yù)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(duì)真空聯(lián)合堆載預(yù)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(diǎn)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(yàn)指標(biāo)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(dá)23.4m，不宜作為基礎(chǔ)持力層。軟土地基處理設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：1、路堤穩(wěn)定控制標(biāo)準(zhǔn)：采用有效

8、固結(jié)應(yīng)力法進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，不論在施工期還是運(yùn)營期，其穩(wěn)定系數(shù)K1.5；2、路面設(shè)計(jì)使用年限（15年）內(nèi)殘余沉降滿足下列要求：橋臺(tái)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(shè)計(jì)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(xiàng)次檢查項(xiàng)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(shè)計(jì)第200m檢查4處砂墊層的寬度不小于設(shè)計(jì)第200m檢查4處反濾層的設(shè)置符合設(shè)計(jì)要求第200m檢查4處壓實(shí)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(dòng)插板機(jī)就位,調(diào)正套管垂直度,對(duì)準(zhǔn)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(shè)計(jì)要求深度；以振動(dòng)加壓的方式將套管沉入土層，至設(shè)計(jì)要求深度；拔出空心套管，由于土對(duì)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(dòng)導(dǎo)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(xiàng)施工前根據(jù)設(shè)計(jì)要求打設(shè)深度及地質(zhì)情況選用合適的插板機(jī)；排水板在打設(shè)當(dāng)中回帶現(xiàn)象較嚴(yán)重時(shí)，除嚴(yán)格控制淤泥進(jìn)入套管外，必要時(shí)可向管內(nèi)適量注水，如回帶超過0.5m時(shí)應(yīng)重新補(bǔ)打；

10、打設(shè)排水板時(shí)留在孔口的淤泥應(yīng)及時(shí)清除，以防污染砂墊層；打設(shè)排水板不應(yīng)扭曲,濾膜不應(yīng)破損或污染;排水板接長時(shí)應(yīng)拆開濾膜,對(duì)準(zhǔn)芯板槽口，再包好濾膜，用釘固定，搭接長度不應(yīng)小于0.2m，嚴(yán)禁浮放搭接；排水板應(yīng)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(yīng)符合表.2.2.3規(guī)定表.2.2.3 塑料排水板施工要求項(xiàng)次檢查項(xiàng)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(shè)計(jì)查施工記錄豎直度(%)1.5查施工記錄.4排水板打設(shè)完畢并驗(yàn)收合格后應(yīng)及時(shí)仔細(xì)地用砂料把打設(shè)時(shí)在每根塑料排水板周圍形成的孔洞回填好否則抽真空時(shí)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(dá)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(shè)備安裝；.2一般每臺(tái)真空泵擔(dān)負(fù)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(jì)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(hào)鉛絲綁扎，綁扎時(shí)注意沿線路橫向不應(yīng)過緊，達(dá)到不使砂礫進(jìn)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(jìn)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(yīng)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(shí)，尺寸大小應(yīng)考慮埋入密封溝的部分；.3密封膜鋪設(shè)自一邊開始，兩層一道依順序同時(shí)由近及遠(yuǎn)進(jìn)行鋪設(shè)；.4密封膜埋入密封

13、溝時(shí)，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(huì)有漩渦。.6密封膜鋪好后，進(jìn)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(huì)發(fā)出風(fēng)鳴聲，此時(shí)派人穿軟底鞋在膜上進(jìn)行地毯式尋查，發(fā)現(xiàn)膜破時(shí)用小塊薄膜粘貼補(bǔ)好。.7 在試抽真空度穩(wěn)定在80Kpa后保持10天，地基土達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，才能進(jìn)行堆載預(yù)壓；.8密封溝是指在加固區(qū)四周開挖用于埋設(shè)密封膜的溝槽，其深度一般為1.21.5m，當(dāng)被加固區(qū)土層粘粒含量較高，滲透性較差時(shí)，取較小值；溝的寬度0.60.8m，人工開挖時(shí)可適當(dāng)加大。.9密封溝挖好后，將膜放入溝中，應(yīng)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(dāng)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(yīng)考慮采用鋼板樁法、灌漿法、深層攪拌法等對(duì)該透水層進(jìn)行密封處理；.11加固區(qū)出現(xiàn)裂縫時(shí)，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(xiàng)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(shè)排水板、鋪設(shè)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(shí)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(gè)長約25 cm左右的“耳朵”

15、，便于插入地下，防止移動(dòng)。.3施工沉降板一般情況下每100m埋設(shè)一組，左、中、右各一個(gè)，埋設(shè)后應(yīng)設(shè)醒目標(biāo)志，以防破壞，如有特殊情況可位置適當(dāng)調(diào)整。觀測分別在埋設(shè)后和上完砂墊層后進(jìn)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(shè)圖.5軟土路段觀測斷面設(shè)置根據(jù)設(shè)計(jì)圖要求設(shè)置,路中沉降板應(yīng)避開通信管道位置，沉降板和位移邊樁的布設(shè)可根據(jù)實(shí)際地形和施工情況作適當(dāng)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(shí)際施工情況進(jìn)行接長，最后一節(jié)應(yīng)安置管帽。.7.

16、施工中應(yīng)注意保護(hù)沉降板和側(cè)向位移樁，避免被施工機(jī)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(yù)壓期間，第一個(gè)月每三天觀測一次，第二個(gè)月至第三個(gè)月每七天觀測一次，從第四個(gè)月開始，第半個(gè)月觀測一次，直到鋪筑路面。圖.9真空聯(lián)合堆載預(yù)壓沉降曲線圖.9 施工期間，若中樁沉降板日沉降量達(dá)到1cm/d, 或日側(cè)向位移達(dá)到0.5cm，應(yīng)立即停止加載；停止加載后，必須每天進(jìn)行觀測，并且當(dāng)連續(xù)觀測三天的沉降量與位移值在控制值之內(nèi)時(shí)，方可繼續(xù)進(jìn)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(gè)。.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(shí)讀一次并記錄，以便準(zhǔn)確測出真空壓力上升過程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)漏氣。當(dāng)真空壓力達(dá)到設(shè)計(jì)要求后， 43圖.13膜下真空度-時(shí)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(dá)到設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(yīng)符合表4.2.6.3的要求：表.3真空荷載的卸除標(biāo)準(zhǔn)采用的加固辦法路段的種類停止抽真空前連續(xù)兩個(gè)月的沉降速率停止抽真空后，中止預(yù)壓加固前連續(xù)兩個(gè)月應(yīng)達(dá)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(yīng)符合表.規(guī)定表5.塑料排水板質(zhì)量要求項(xiàng)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O(shè)98計(jì)復(fù)合體抗拉強(qiáng)度（干態(tài)）KN/10cm2.3延伸率10%時(shí)濾膜抗拉強(qiáng)度縱向干態(tài)N/m40延伸率10%時(shí)橫向濕態(tài)50延伸率15%時(shí)，試件在水中浸泡24h濾膜梯形撕裂縱橫向強(qiáng)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(yīng)符合表.2規(guī)定表.2土工布質(zhì)量要求指標(biāo)單位質(zhì)量厚度（2KPa）抗拉強(qiáng)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(yīng)為中砂、粗砂、級(jí)配礫石（或級(jí)配碎石）組成，最大粒徑應(yīng)小于50mm。用作排水墊層時(shí)，通過5mm篩孔的粒料應(yīng)在20%50%，小于0.074mm的料徑不大于5%，其不均勻系數(shù)應(yīng)大于10，曲率系數(shù)為13，壓實(shí)后的滲透系數(shù)應(yīng)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(yù)壓工程專用PVC管，設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)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?fù)凉げ及?，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(shí)用10號(hào)或12號(hào)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(yàn)時(shí)應(yīng)參照聚氯乙烯（PVC）土工膜的國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T17688-1999）和聚乙烯（PE）土工膜的國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T17643-1998），公路工程真空預(yù)壓所用膜的厚度可適當(dāng)減薄。密封膜的施工是真空預(yù)壓加固法成功的關(guān)鍵，熱合時(shí)以平搭接，兩條熱合縫為好，一般搭接1.52cm。要求拼接處強(qiáng)度高，氣密性好，滿足施工要求。表5.5密封膜質(zhì)量要求項(xiàng)目厚度拉伸強(qiáng)度縱橫向斷裂伸長率直角撕裂強(qiáng)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(biāo)0.120.1415152008010-11SL/T235-1999QB/T1130-9120試樣為50mm寬6機(jī)具設(shè)備6.1挖掘機(jī)主要用于清表，挖密封溝；6