真空預(yù)壓加固軟土地基工法

　　真空預(yù)壓法是在地基表面鋪設(shè)密封膜，通過特制的真空設(shè)備抽真空，使密封膜下砂墊層內(nèi)和土體中垂直排水通道內(nèi)形成負(fù)壓，加速孔隙水排出，從而使土體固結(jié)、強(qiáng)度提高的軟土地基加固法。?

　　真空預(yù)壓法適用于加固淤泥、淤泥質(zhì)土和其他能夠排水固結(jié)而且能形成負(fù)超靜水壓力邊界條件的軟粘土。該法早在50年代初就已由瑞典的杰爾曼（W.kJELLMAN）提出，但直至70年代末期一直末能得到廣泛應(yīng)用。1980年，交通部第一航務(wù)工程局科研所（天津港灣工程研究所）在天津新港開展現(xiàn)場試驗(yàn)研究，解決了實(shí)用密封薄膜、抽真空裝置及關(guān)鍵施工工藝，使該法達(dá)到實(shí)用階段，并于1982年末成功地應(yīng)用于天津新港軟基加固工程中。1983年該法的研究列入“六五”國家科技攻關(guān)項(xiàng)目1985年通過國家技術(shù)鑒定，并獲“六五”國家科技攻關(guān)獎；1987年2月取得國家專利權(quán)（專利號（申請?zhí)枺?5108820），并于1989年被評為中國專利優(yōu)秀獎：“七五”期間，該法被列為國家計委重點(diǎn)推廣新技術(shù)的第28項(xiàng)，同時被列為“七五”期間交通部《通達(dá)計劃》推廣新技術(shù)項(xiàng)目之一。目前，真空預(yù)壓法已在港口工程、石油、化工、建筑、公用事業(yè)和機(jī)場等工程中得到實(shí)際應(yīng)用，加固面積已超過150萬平方米，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

　　一、真空預(yù)壓加固法的特點(diǎn)

　　真空預(yù)壓加固法有以下幾個特點(diǎn)：?

　　（1）加固過程中土體除產(chǎn)生豎向壓縮外，還伴隨側(cè)向收縮，不會造成側(cè)向擠出，特別適于超軟土地基加固。

　?。?）一般膜下真空度可達(dá)600mmHg，等效荷重為80kPa，約相當(dāng)于4.5m堆土荷載；真空預(yù)壓荷重可與堆載預(yù)壓荷重疊加，當(dāng)需要大于80kPa的預(yù)壓加固荷重時，可與堆載預(yù)壓法同時使用，超出80kPa的預(yù)壓荷重由堆載預(yù)壓補(bǔ)足。?

　　（3）真空預(yù)壓荷載不會引起地基失穩(wěn)，因而施工時無須控制加荷速率，荷載可一次快速施加，加固速度快，工期短。?

　?。?）施工機(jī)具和設(shè)備簡單，便于操作；施工方便，作業(yè)效率高，加固費(fèi)用低，適于大規(guī)模地基加固，易于推廣應(yīng)用。?

　?。?）不需要大量堆載材料，可避免材料運(yùn)入、運(yùn)出而造成的運(yùn)輸緊張、周轉(zhuǎn)困難與施工干擾；施工中無噪音，無振動，不污染環(huán)境。?

　?。?）適于狹窄地段、邊坡附近的地基加固。?

　?。?）需要充足、連續(xù)的電力供應(yīng)；加固時間不宜過長，否則，加固費(fèi)用可能高于同等荷重的堆載預(yù)壓。?

　　（8）在真空預(yù)壓加固過程中，加固區(qū)周圍將產(chǎn)生向加固區(qū)內(nèi)的水平變形，加固區(qū)邊線以外約10m附近常發(fā)生裂縫。因此，在建筑物附近施工時應(yīng)注意抽真空期間地基水平變形對原有建筑物所產(chǎn)生的影響。?

　　二、真空預(yù)壓法的機(jī)理與基本性能

　　真空作用下土體的固結(jié)過程，是在總應(yīng)力基本不變的情況下，孔隙水壓力降低、有效應(yīng)力增長的過程。?

　　抽真空時，先后在地表砂墊層及豎向排水通道內(nèi)逐步形成負(fù)壓，使土體與排水通道、墊層之間形成壓差；在此壓差作用下，土體中的孔隙水不斷由排水通道排出，孔隙水壓力隨之降低、有效應(yīng)力增長，從而使土體固結(jié)壓密。這樣，地基沉降在預(yù)壓加固階段基本完成，并獲得足夠的強(qiáng)度。因此，在經(jīng)過真空預(yù)壓加固后的地基上施加建筑物荷載時，既不會發(fā)生地基失穩(wěn)問題，又不會產(chǎn)生有害的殘余沉降與差異沉降。?

　　本工法可使膜下真空度在10—20d內(nèi)達(dá)到和維持在600mmUg以上，可產(chǎn)生相當(dāng)于80KPa的等效荷載。

　　三、施工工藝

　　真空預(yù)壓施工包括以下四個主要部分：?

　?。?）采用不透氣的密封膜使加固地基與大氣隔絕；?

　?。?）為使土體加速排水固結(jié)，在加固地基中設(shè)置排水通道（如塑料排水板）；?

　?。?）采用高效率的抽真空裝置；?

　　（4）為了節(jié)能和安全正常運(yùn)轉(zhuǎn)，需要安裝自動控制、記錄系統(tǒng)。?

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　　1、排水通道打設(shè)機(jī)?

　　由于塑料排水板具有質(zhì)量穩(wěn)定、輕便可靠、打設(shè)速度快、加固效果好等優(yōu)點(diǎn)，目前在真空預(yù)壓加固中已被廣泛采用，極少見到使用袋裝砂井及普通砂井的實(shí)例。?

　　塑料排水板打設(shè)機(jī)可采用履帶式或軌道式等輕型設(shè)備，其接地壓力應(yīng)與加固地基相適應(yīng)；當(dāng)?shù)鼗周浫?，地基承載力偏低時，往往需要對地基表層臨時處理，以適應(yīng)打設(shè)機(jī)對地基承載力的要求。?

　　打設(shè)方式可用振動錘打入，亦可用靜壓壓入。?

　　采用目前常用塑料排水板打設(shè)機(jī)打設(shè)長度為20m左右的塑料排水板時，打設(shè)效率一般可達(dá)到1000—1500m/臺班。?

　　2、真空設(shè)備及自控裝置?

　?。?）真空設(shè)備：φ48型射流泵、3HA—9型離心式水泵。?

　　（2）自控裝置：自動控制、記錄儀。?

　　（二）施工程序?

　　本工法的施工程序如下：?

　?。?）設(shè)置排水通道包括在軟基表面鋪設(shè)砂墊層和土體中打設(shè)排水通道。目前多采用塑料排水板作為豎向排水通道。采用套管法打設(shè)塑料排水板。在鋼套管壓入地基土內(nèi)之前，須先將塑料板放入套管，并在塑料板端部加管靴，這樣，當(dāng)鋼套管壓入時，管靴和塑料板也隨之入土，拔出鋼套管時，塑料板靠管靴的阻力留置于土中，在地面將塑料板切斷，打設(shè)即完成。

　　1—排水通道；2—濾管；3—圍捻；4—出膜裝置；5—閥門；6—真空表；7—射流泵；8—離心泵；9—溝槽；10—水平排法；11—密封膜

　?。?）鋪設(shè)膜下濾管在打好塑料排水板的砂墊層上布設(shè)膜下濾管，并將濾管埋入砂墊層中。

　?。?）鋪設(shè)封閉薄膜。?

　　（4）連接膜外管道和出膜裝置與抽真空設(shè)備。?

　?。?）安裝自動控制設(shè)備。?

　　（三）勞動組織?

　　1、打設(shè)排水通道?

　　每臺班由4—5人組成，班長1人、操機(jī)工1）安裝自動控制設(shè)備。?

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　　1、打設(shè)排水通道?

　　每臺班由4—5人組成，班長1人、操機(jī)工1人、裝運(yùn)工1人、測量工1人、電工1人。

　　2、真空設(shè)備安裝與運(yùn)轉(zhuǎn)?

　　每臺班6—8人，每日三班連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。?

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　?。?）整平加固區(qū)場地，清除雜物，并鋪設(shè)砂墊層。為避免塑料密封破損，砂墊層表面不得存留石塊及其他尖利雜物。?

　?。?）塑料排水板打設(shè)完畢并驗(yàn)收合格后，應(yīng)及時仔細(xì)地用砂墊層砂料把打設(shè)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，從而難以達(dá)到和維持要求的真空度。

　?。?）埋設(shè)膜下濾管時，綁扎過濾層的鉛絲頭均應(yīng)朝向兩側(cè)，切忌朝上。濾管周圍須用砂填定，并用磁盤埋好，埋砂厚度以5cm左右為宜。砂料中的石塊、瓦礫等尖利雜物必須清除干凈，以免扎破密封膜。?

　?。?）鋪膜時須挖溝，挖出的土堆在溝邊平地上，不得堆在砂墊層上。還應(yīng)避免砂?；霚现小１∧?yīng)事先仔細(xì)檢查，鋪設(shè)時四周應(yīng)放到溝底，但不要拉得過緊。溝中回填的粘土要密實(shí)且不夾雜砂石。?

　?。?）管道出膜處應(yīng)與出膜裝置妥善連接，以保證密封性。膜外水平管道上應(yīng)接有閥門。每臺射流歷史意義和閥門外側(cè)均應(yīng)裝有真空表，使用前應(yīng)進(jìn)行試抽檢查。?

　　（6）整個真空系統(tǒng)安裝完畢后，記錄各觀測儀器的讀數(shù)，然后試運(yùn)轉(zhuǎn)一次。發(fā)現(xiàn)漏氣等問題時應(yīng)及時采取措施補(bǔ)救。?

　?。?）抽真空期間必須保證電力連續(xù)供應(yīng)，不得中途斷電，以使真空度在最短時間內(nèi)達(dá)到并長期維持設(shè)計值。

　　四、加固質(zhì)量與效果檢驗(yàn)

　　真空預(yù)壓期間，泵上真空度應(yīng)大于700mmHg，膜下真空度應(yīng)大于600mmHg.?

　　采用以下方法檢驗(yàn)真空預(yù)壓加固效果：?

　?。?）鉆探取土進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)；?

　?。?）現(xiàn)場十字板、靜力觸探等試驗(yàn)；?

　?。?）必要時進(jìn)行載荷板試驗(yàn)。?

　　五、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

　?。?）1臺真空設(shè)備的加固面積一般為1000—1500m2；?

　?。?）加固后達(dá)到相當(dāng)于80kPa堆載預(yù)壓的加固效果；?

　?。?）與同等堆載預(yù)壓相比，一般可降低造價1/3、縮短工期1/、節(jié)約1/3.?

　　六、工程應(yīng)用實(shí)例

　　據(jù)不完全統(tǒng)計，目前國內(nèi)真空預(yù)壓法加固軟基面積已超過150余萬平方米，節(jié)約工程投資1000余萬元。現(xiàn)舉幾個工程實(shí)例如下：?

　?。ㄒ唬┨旖蛐赂蹡|突堤真空預(yù)壓加固工程?

　　該工程為天津新港新建突堤碼頭后方堆場加固處理工程，總加固面積48萬平方米。被加固土為在原軟粘土地基上新近吹填的超軟粘土地基，土質(zhì)為淤泥、淤泥質(zhì)粘土及淤泥質(zhì)亞粘土，含小量大、壓縮性高、強(qiáng)度低。

　　該工程為國際招標(biāo)工程。因?yàn)榧庸堂娣e大，工期要求緊，且缺乏堆載材料，所以普通堆載預(yù)壓不但造價高，而且無法按預(yù)定工期要求完成。交通部一航局采用真空預(yù)壓法作為代案以最低價中標(biāo)，并自1987年6月至1989年11月僅用29個月就完成了全部加固工程，比原定工期提前兩個月。?

　　該加固工程采用塑料排水板作水豎向排水通道，板距1.3m，正方形布置，板長20m（部分長板達(dá)24.5m）。

　　整個加固工程分為72個區(qū)段逐塊進(jìn)行，平均每個加固單元面積為6700m2，最大加固單元2.25萬平方米。

　　每塊加固單元抽氣10—20d膜下真空度均能達(dá)到600mmHG以上，預(yù)壓120—150d總沉降量達(dá)1.7m.加固后土體固結(jié)度大于90%，強(qiáng)度、殘余沉降量均滿足設(shè)計要求。?

　　與堆載預(yù)壓相比，該工程節(jié)約工程投資500余萬元。?

　　該堆場現(xiàn)已投產(chǎn)使用近五年，使用情況良好，未發(fā)生過大沉降與差異沉降。?

　　（二）山東省濟(jì)南遙墻機(jī)場跑道加固工程?

　　該工程主跑道長2600m、寬60m、其中長2667.5m（包括防吹坪）、寬49m，總面積14.5萬平方米采用塑料排水板真空預(yù)壓法加固?該地基表面為2—3m粉砂，以下為亞粘土，深7.5—11.5m處為淤泥質(zhì)粘土及淤泥。表層2—3m粉土對采用真空預(yù)壓十分不利，如不采取特殊密封措施很難達(dá)到并維持較高的真空度。為此，在每個加固單元周圍的表層粉砂中用深層拌合機(jī)設(shè)置了粘土拌合密封墻，抽真空80—90d地基固結(jié)沉降20—25cm，固結(jié)度大于95%，各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)均有明顯提高。全部工程僅用14個月完成，比原定工期縮短1個月。?

　　該機(jī)場1992年投產(chǎn)，跑道運(yùn)行正常。