李營(yíng)輝

摘要：本文簡(jiǎn)要介紹高真空擊密法以及在河北二路軟土路基處理中的運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：高真空擊密；軟土地基；經(jīng)濟(jì)分析；檢測(cè)

一、引言

高真空擊密法，就是真空排水固結(jié)與強(qiáng)夯激活相互結(jié)合的方法，利用兩者的優(yōu)點(diǎn)，共同對(duì)地基進(jìn)行加固。前者采用布設(shè)排水管，用真空泵抽成真空，使地層產(chǎn)生負(fù)壓，強(qiáng)制地下水流動(dòng)，排除、降低表層地下水，加強(qiáng)超靜空隙水壓力消散，使土體的后含水率逐步接近最佳含水率或同時(shí)對(duì)土體產(chǎn)生有效的壓制，之后采用重錘強(qiáng)夯夯擊，使之形成一種均勻的硬層此法稱(chēng)為高真空擊密法。

河北二路路基位于河北省曹妃甸工業(yè)園區(qū)，路線(xiàn)所通過(guò)區(qū)域?yàn)闇\海養(yǎng)殖區(qū)，水深3-3.5m，路基基礎(chǔ)是經(jīng)過(guò)吹沙填海填筑的吹填區(qū)，材料主要為粉砂土或超飽和液化沙土，吹填地基基礎(chǔ)差，承載能力差，需經(jīng)過(guò)處理，消除地基沉降，提高承載力。

本文將主要通過(guò)高真空擊密運(yùn)用原因、高真空擊密設(shè)計(jì)機(jī)理、施工方案、處理效果，綜合介紹高真空擊密在河北二路工程的應(yīng)用。

二、工程概況

河北二路位于曹妃甸工業(yè)區(qū)，路基原始地表位于淺海水位以下，受潮汐影響，原始地表標(biāo)高-1.5～-1.7m，基地有1.2-1.7m淤泥質(zhì)層，其下為粉質(zhì)粘土。海水水位穩(wěn)定標(biāo)高2.5m，原始基地以上為吹填砂吹填而成，路基范圍需處理面積7.2萬(wàn)m2，吹填后標(biāo)高4.2m左右，地質(zhì)材料主要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土。

三、高真空擊密技術(shù)的引入

（一）高真空擊密技術(shù)引入原因。本項(xiàng)目路基主要為吹填造地形成，吹填路基處于超飽和狀態(tài)，基本無(wú)承載力。路基土質(zhì)差，主要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)砂土，粘土含量超30%，且原始區(qū)域?yàn)闇\海養(yǎng)殖區(qū)，淤泥質(zhì)層厚，透水性差，地下水位高。路基基礎(chǔ)軟基層厚，要求處理的軟基深度6m以上，采用傳統(tǒng)的夯擊、換填工藝不能滿(mǎn)足路基施工質(zhì)量要求。

針對(duì)本項(xiàng)目地質(zhì)特點(diǎn)，經(jīng)多次研究論證，最后引入高真空擊密技術(shù)。但強(qiáng)調(diào)與其他軟基處理方法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，已選擇最合理施工方案。

（二）軟基處理方法比選

1、真空預(yù)壓與堆載預(yù)壓方案。真空預(yù)壓和堆載預(yù)壓適用于軟基處理，但工期一般在3個(gè)月以上，且經(jīng)過(guò)處理后的地基承載力在12t/m2（約120kpa）以下，本項(xiàng)目合同工期6個(gè)月，地基承載力要求不小于130kpa，因此采用此方法不能滿(mǎn)足施工要求。

2、碎石樁方案。采用碎石樁處理有以下缺點(diǎn)：一、造價(jià)高，在本地區(qū)碎石樁每米造價(jià)在140元/m，最低處理深度9m，每平方的造價(jià)太高，不能接受。二、振沖置換法適用處理不排水抗剪強(qiáng)度小于20kpa的粘性土、粉土、飽和黃土等，但本項(xiàng)目土質(zhì)為淤泥質(zhì)土，基本沒(méi)強(qiáng)度，樁體難以成行。

3、水泥（石灰）土攪拌法。采用水泥土攪拌法攪拌，如要達(dá)到路基要求的地基承載力，在本地區(qū)至少攪拌深度在1.5m以上，每平方米的造價(jià)在120元以上，造價(jià)太高。

4、高真空擊密法。采用高真空擊密法處理軟土地基處理周期在20-25日，是預(yù)壓法的1/3～1/4，。經(jīng)高真空擊密處理后的地基強(qiáng)度在150kpa左右，滿(mǎn)足地基承載力的要求。造價(jià)在50元左右，處理費(fèi)用低廉.

四、高真空擊密技術(shù)的設(shè)計(jì)機(jī)理

（一）高真空擊密法的設(shè)計(jì)機(jī)理。高真空擊密法設(shè)計(jì)與施工機(jī)理包括四個(gè)方面：壓力差排水機(jī)理、硬殼層理論、不留排水通道、不均勻沉降控制。

1、壓力差排水機(jī)理。壓力差排水機(jī)理即是利用強(qiáng)夯擊密產(chǎn)生的超孔隙水正壓力和高真空排水負(fù)壓形成較高的壓力差，使?jié)B透性較差的土體也能排出水。壓力差排水原理如下圖所示：

2、硬殼層理論。硬殼層理論即通過(guò)高真空擊密處理在地表形成一層一定厚度的硬殼層，上部荷載通過(guò)硬殼層擴(kuò)散后的應(yīng)力大于下部軟弱層地基承載力，通過(guò)確定硬殼層厚度來(lái)滿(mǎn)足地基承載力要求，具體計(jì)算公式如下：

其中f為經(jīng)過(guò)厚度為hx的硬殼層應(yīng)力擴(kuò)散后作用在軟弱下臥層上的應(yīng)力，fak為軟弱下臥層地基承載力特征值。

i.下臥層不留排水通道。按照本工法的“工后沉降工前完成”原理，合理調(diào)整擊密參數(shù)（不同步序與能量等），使得部分工后沉降在施工過(guò)程中得以完成，加之下臥層不留排水通道，最終達(dá)到工后沉降的要求。

用分層總和法等常規(guī)方法計(jì)算所得工后沉降量為，其中為理論計(jì)算各土層沉降量，為對(duì)常規(guī)方法計(jì)算總沉降量的修改系數(shù)， 為施工過(guò)程中施工沉降量，為理論工后沉降量，由于高真空擊密法施工形成了硬殼層，大量工程實(shí)例證明：實(shí)際工后沉降比該值要小得多，實(shí)際應(yīng)用中需對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)修正，即，其中為高真空擊密法修正系數(shù)，取值范圍為，根據(jù)硬殼層與下臥層性質(zhì)的不同來(lái)取值。

ii.不均勻沉降控制。對(duì)于土質(zhì)不同的相鄰小區(qū)，通過(guò)采用不同的施工參數(shù)，控制工前沉降以達(dá)到工后沉降一致的目的。如下圖中對(duì)于不同土質(zhì)的A、B、C、D四個(gè)區(qū)，通過(guò)計(jì)算，A、B、C、D各區(qū)的總沉降量分別為，，，，為了達(dá)到差異沉降和工后沉降的要求（設(shè)工后沉降量要求為），那么各小區(qū)施工過(guò)程中需完成的沉降量則應(yīng)該分別為：、，，，即對(duì)于不同的總沉降量，通過(guò)調(diào)整施工過(guò)程中的沉降量使工后沉降一致，從而達(dá)到減小差異沉降的目的。

五、高真空擊密技術(shù)的施工方案

（一）施工工藝。根據(jù)地層勘察力學(xué)指標(biāo)及地基的使用要求，按高真空擊密法操作要求，該軟地基處理具體施工工藝為

（二）施工準(zhǔn)備。由于河北二路吹填沙施工剛結(jié)束，還未沉降穩(wěn)定，要對(duì)表面進(jìn)行預(yù)處理，采用水陸兩用挖掘機(jī)和濕地推土機(jī)對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行場(chǎng)地平整，機(jī)械碾壓。

1、靜力觸探。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，在施工前進(jìn)行測(cè)量放線(xiàn)，放出施工區(qū)域邊樁，對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行劃片，以小區(qū)為施工單位進(jìn)行施工。施工前進(jìn)行靜力觸探，觸探深度約6.0-7.0m，勘測(cè)施工區(qū)域地質(zhì)情況，摸清施工段的各類(lèi)土層的埋置深度、層厚，為后期施工，正確調(diào)整真空度、真空時(shí)間、擊密能量、三遍擊密的間隙時(shí)間及作為加固效果的對(duì)比提供支持。

2、測(cè)量地面標(biāo)高。在表面預(yù)處理前和施工結(jié)束后進(jìn)行地面標(biāo)高測(cè)量，用以計(jì)算施工完成沉降量

（三）高真空擊密施工

1、高真空擊密技術(shù)處理標(biāo)準(zhǔn)。為滿(mǎn)足后期路基填筑要求，降低路基不均勻沉降，解決承載力不足的問(wèn)題，根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，高真空擊密處理后應(yīng)達(dá)到以下處理標(biāo)準(zhǔn)：（1）地基加固處理標(biāo)準(zhǔn)：①加固有效深度達(dá)到6.0m；②淺層吹填砂地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值：fk》130Kpa；③表層地基回彈模量：E0》25Mpa；④處理范圍內(nèi)地基土達(dá)到稍密--中密狀態(tài)。（2）強(qiáng)夯控制標(biāo)準(zhǔn)：①相鄰夯坑內(nèi)的隆起量《5cm②第二擊夯沉量小于第一夯沉量。③總夯沉量控制在60cm--100cm之內(nèi)。

2、第一遍真空降水。根據(jù)初步掌握的地質(zhì)資料，結(jié)合施工方案設(shè)計(jì)，沉降量、含水量控制的初步計(jì)算，第一遍高真空施工調(diào)整土體含水量為主，真空管插入地表下，在離施工區(qū)域外3.0m，設(shè)置外圍封管及排水明溝，用于防止外圍地下水及雨水補(bǔ)給滲入與侵入。外圍封管采用長(zhǎng)度6m的長(zhǎng)管，間距2m，連續(xù)不間斷抽水，待該區(qū)域內(nèi)地基處理結(jié)束后方可拆除。在施工區(qū)域內(nèi)設(shè)置淺管，按2m×3m布管，連續(xù)降水，降水使水位降至地表以下2.5m.臥管間距3m .

為確保真空管位置的正確，插管時(shí)，準(zhǔn)確放樣各管點(diǎn)的位置，真空管采用成孔法安裝，真空管的過(guò)濾網(wǎng)，插管前，必須清洗保證管道暢通，濾網(wǎng)不破漏。為有效提高降水效果，在井點(diǎn)管頂面密封，采用水環(huán)式真空泵。第一遍真空降水時(shí)間約為10天。

3、第一遍擊密。第一遍真空降水，降至地面以下2.5m；在水位達(dá)到要求后，進(jìn)行第一次擊密，夯錘選用底面直徑2.5m的圓形鑄鋼錘，錘重10～10.5t。

履帶式起重機(jī)：采用50T的履帶式起重機(jī)。

夯點(diǎn)間距及布點(diǎn)形式：第一遍擊密夯點(diǎn)間距按圖布置為4m，正方形形式布點(diǎn)、下一遍夯點(diǎn)的布置應(yīng)在上一遍夯擊點(diǎn)的空缺位置，根據(jù)夯點(diǎn)總平面圖及各小區(qū)的控制樁，放出各夯點(diǎn)的位置圖，用紅色塑料袋灌砂后作夯點(diǎn)明顯標(biāo)志，特別是各施工段的相接部位，嚴(yán)防漏點(diǎn)現(xiàn)象的發(fā)生。

為保證軟土層的動(dòng)荷作用下不被破壞，平整場(chǎng)地，墊路基箱進(jìn)行第一遍強(qiáng)夯，擊數(shù)一擊，單點(diǎn)夯擊能500～700kN.m；夯擊時(shí)間約為3天。

夯沉量控制：即以擊與擊之間夯沉量的發(fā)展速率來(lái)控制。當(dāng)（Sn+1-Sn）/（Sn-Sn-1）>R，即當(dāng)夯沉量的發(fā)展速率比大于某一值時(shí)，即停夯。如果取R=1，則表明第n+1遍的夯擊增量大于第n遍的夯擊增量，可取n為夯擊次數(shù)。一般地，根據(jù)實(shí)際情況，當(dāng)R較大時(shí)（如R=0.9）即可停夯。

4、第二遍降水、擊密。為進(jìn)一步調(diào)整土體含水量，促進(jìn)因第一遍擊密所產(chǎn)生的超孔隙水壓的消散，縮短土體的固結(jié)恢復(fù)，在第一遍擊密后，進(jìn)行第二遍真空 降水。真空時(shí)間約8天。真空采取動(dòng)態(tài)控制，根據(jù)孔壓消散程度確定第二遍真空天數(shù)。

第二遍降水在第一遍擊密后，采用一長(zhǎng)一短相間的井點(diǎn)布置方式，短井點(diǎn)管長(zhǎng)3m，長(zhǎng)井點(diǎn)管長(zhǎng)6m，井點(diǎn)間距4m，臥管間距4m.降水降至地面以下3m.

在水位達(dá)到要求地面要求3m以下之后，土體在第一遍擊密初步固結(jié)恢復(fù)后進(jìn)行第二遍擊密。

第二遍擊密能量調(diào)至1000～1300KN.m；擊密間距按圖布置為4m，正方形形式布點(diǎn)、下一遍夯點(diǎn)的布置應(yīng)在上一遍夯擊點(diǎn)的空缺位置，每點(diǎn)擊數(shù)2擊；擊密能量、擊密間距及收錘標(biāo)準(zhǔn)按第一遍擊密參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。夯擊時(shí)間約為3天。

5、第三遍降水、擊密。在第二遍擊密后，進(jìn)行第三遍真空 降水。真空降水時(shí)間約10天。真空采取動(dòng)態(tài)控制，根據(jù)孔壓消散程度確定第三遍真空天數(shù)。在水位達(dá)到要求地面要求6m以下之后，第三遍擊密。真空管布置同第二次降水。

第三次擊密開(kāi)始前，平整場(chǎng)地，密間距按圖布置為4m，正方形形式布點(diǎn)。進(jìn)行第三遍強(qiáng)擊，每點(diǎn)擊數(shù)2擊，單點(diǎn)夯擊能1000～1500kN.m；進(jìn)行大節(jié)滿(mǎn)夯，搭接尺寸不小于1/4夯錘直徑。時(shí)間約為3天

6、表層回填碾壓平整。真空擊密完成后，采用推土機(jī)平整場(chǎng)地，大功率壓路機(jī)械壓實(shí)，是表層地基密實(shí)平整，為下一階段施工做好準(zhǔn)備。

（四）高真空擊密施工質(zhì)量監(jiān)測(cè)

高真空擊密法質(zhì)量監(jiān)測(cè)項(xiàng)目如下：①監(jiān)測(cè)項(xiàng)目 包括地基變形、土體含水量、水位檢測(cè)、靜力觸探、荷載試驗(yàn)項(xiàng)目；②含水量分析 監(jiān)測(cè)頻率為每1000m2～2000m2一個(gè)點(diǎn)，并做好記錄。③水位檢測(cè)記錄 施工期間每天檢測(cè)水位下降情況并做好記錄。監(jiān)測(cè)頻率為每1000m2埋設(shè)一根水位觀(guān)測(cè)管，水位達(dá)到夯前要求時(shí)方可進(jìn)行；④貫入度限制 大能量夯擊時(shí)，最后兩次貫入度之和不大于30cm；⑤抽水時(shí)間確定 每遍高真空抽水時(shí)間，要根據(jù)圖層含水率、水位檢測(cè)情況確定，確保強(qiáng)夯時(shí)的含水率達(dá)到最佳含水率；⑥工藝要求 施工前做好場(chǎng)地分區(qū)、控制樁布置，施工中控制真空管管位、夯擊點(diǎn)位置，每次夯擊前后標(biāo)高測(cè)量，做好相應(yīng)記錄；

六、高真空擊密處理效果

在高真空擊密處理后一個(gè)月，由委托第三方對(duì)軟基處理的效果進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)的手段包含荷載試驗(yàn)和靜力觸探。根據(jù)靜力觸探結(jié)果，處理后9m范圍內(nèi)的比貫入阻力有明顯提高，完全滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求處理深度6m的要求，地基承載力達(dá)到180kpa以上，大于設(shè)計(jì)要求的130kpa；通過(guò)標(biāo)高測(cè)量，工后沉降在65～85cm之間，滿(mǎn)足沉降控制要求。

七、結(jié)束語(yǔ)

在軟基處理工藝中，特別是淤泥質(zhì)土，含水量大，地基承載力低，采用高真空擠密法處理與碎石樁、深層攪拌樁等傳統(tǒng)處理方法相比更具優(yōu)勢(shì)，她是一種新型環(huán)保的施工方法，無(wú)需輔助建筑材料，節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境，施工周期短，質(zhì)量易保證，造價(jià)低，處理后效果顯著，是軟土地基處理的一大創(chuàng)新，為同類(lèi)工程施工提供寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，產(chǎn)生巨大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。

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