高真空擊密法在河北二路軟土路基處理中的應用

李營輝

摘要：本文簡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用。

關鍵詞：高真空擊密；軟土地基；經濟分析；檢測

一、引言

高真空擊密法，就是真空排水固結與強夯激活相互結合的方法，利用兩者的優點，共同對地基進行加固。前者采用布設排水管，用真空泵抽成真空，使地層產生負壓，強制地下水流動，排除、降低表層地下水，加強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對土體產生有效的壓制，之后采用重錘強夯夯擊，使之形成一種均勻的硬層此法稱為高真空擊密法。

河北二路路基位于河北省曹妃甸工業園區，路線所通過區域為淺海養殖區，水深3-3.5m，路基基礎是經過吹沙填海填筑的吹填區，材料主要為粉砂土或超飽和液化沙土，吹填地基基礎差，承載能力差，需經過處理，消除地基沉降，提高承載力。

本文將主要通過高真空擊密運用原因、高真空擊密設計機理、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用。

二、工程概況

河北二路位于曹妃甸工業區，路基原始地表位于淺海水位以下，受潮汐影響，原始地表標高-1.5～-1.7m，基地有1.2-1.7m淤泥質層，其下為粉質粘土。海水水位穩定標高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m2，吹填后標高4.2m左右，地質材料主要為淤泥質粉質粘土。

三、高真空擊密技術的引入

（一）高真空擊密技術引入原因。本項目路基主要為吹填造地形成，吹填路基處于超飽和狀態，基本無承載力。路基土質差，主要為淤泥質粉質砂土，粘土含量超30%，且原始區域為淺海養殖區，淤泥質層厚，透水性差，地下水位高。路基基礎軟基層厚，要求處理的軟基深度6m以上，采用傳統的夯擊、換填工藝不能滿足路基施工質量要求。

針對本項目地質特點，經多次研究論證，最后引入高真空擊密技術。但強調與其他軟基處理方法的技術經濟比較，已選擇最合理施工方案。

（二）軟基處理方法比選

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

2、碎石樁方案。采用碎石樁處理有以下缺點：一、造價高，在本地區碎石樁每米造價在140元/m，最低處理深度9m，每平方的造價太高，不能接受。二、振沖置換法適用處理不排水抗剪強度小于20kpa的粘性土、粉土、飽和黃土等，但本項目土質為淤泥質土，基本沒強度，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，如要達到路基要求的地基承載力，在本地區至少攪拌深度在1.5m以上，每平方米的造價在120元以上，造價太高。

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，是預壓法的1/3～1/4，。經高真空擊密處理后的地基強度在150kpa左右，滿足地基承載力的要求。造價在50元左右，處理費用低廉.

四、高真空擊密技術的設計機理

（一）高真空擊密法的設計機理。高真空擊密法設計與施工機理包括四個方面：壓力差排水機理、硬殼層理論、不留排水通道、不均勻沉降控制。

1、壓力差排水機理。壓力差排水機理即是利用強夯擊密產生的超孔隙水正壓力和高真空排水負壓形成較高的壓力差，使滲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，上部荷載通過硬殼層擴散后的應力大于下部軟弱層地基承載力，通過確定硬殼層厚度來滿足地基承載力要求，具體計算公式如下：

其中f為經過厚度為hx的硬殼層應力擴散后作用在軟弱下臥層上的應力，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，合理調整擊密參數（不同步序與能量等），使得部分工后沉降在施工過程中得以完成，加之下臥層不留排水通道，最終達到工后沉降的要求。

用分層總和法等常規方法計算所得工后沉降量為，其中為理論計算各土層沉降量，為對常規方法計算總沉降量的修改系數， 為施工過程中施工沉降量，為理論工后沉降量，由于高真空擊密法施工形成了硬殼層，大量工程實例證明：實際工后沉降比該值要小得多，實際應用中需對其進行適當修正，即，其中為高真空擊密法修正系數，取值范圍為，根據硬殼層與下臥層性質的不同來取值。

ii.不均勻沉降控制。對于土質不同的相鄰小區，通過采用不同的施工參數，控制工前沉降以達到工后沉降一致的目的。如下圖中對于不同土質的A、B、C、D四個區，通過計算，A、B、C、D各區的總沉降量分別為，，，，為了達到差異沉降和工后沉降的要求（設工后沉降量要求為），那么各小區施工過程中需完成的沉降量則應該分別為：、，，，即對于不同的總沉降量，通過調整施工過程中的沉降量使工后沉降一致，從而達到減小差異沉降的目的。

五、高真空擊密技術的施工方案

（一）施工工藝。根據地層勘察力學指標及地基的使用要求，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）施工準備。由于河北二路吹填沙施工剛結束，還未沉降穩定，要對表面進行預處理，采用水陸兩用挖掘機和濕地推土機對施工區域進行場地平整，機械碾壓。

1、靜力觸探。根據設計圖紙要求，在施工前進行測量放線，放出施工區域邊樁，對施工區域進行劃片，以小區為施工單位進行施工。施工前進行靜力觸探，觸探深度約6.0-7.0m，勘測施工區域地質情況，摸清施工段的各類土層的埋置深度、層厚，為后期施工，正確調整真空度、真空時間、擊密能量、三遍擊密的間隙時間及作為加固效果的對比提供支持。

2、測量地面標高。在表面預處理前和施工結束后進行地面標高測量，用以計算施工完成沉降量

（三）高真空擊密施工

1、高真空擊密技術處理標準。為滿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題，根據設計標準，高真空擊密處理后應達到以下處理標準：（1）地基加固處理標準：①加固有效深度達到6.0m；②淺層吹填砂地基承載力標準值：fk》130Kpa；③表層地基回彈模量：E0》25Mpa；④處理范圍內地基土達到稍密--中密狀態。（2）強夯控制標準：①相鄰夯坑內的隆起量《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。

2、第一遍真空降水。根據初步掌握的地質資料，結合施工方案設計，沉降量、含水量控制的初步計算，第一遍高真空施工調整土體含水量為主，真空管插入地表下，在離施工區域外3.0m，設置外圍封管及排水明溝，用于防止外圍地下水及雨水補給滲入與侵入。外圍封管采用長度6m的長管，間距2m，連續不間斷抽水，待該區域內地基處理結束后方可拆除。在施工區域內設置淺管，按2m×3m布管，連續降水，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，準確放樣各管點的位置，真空管采用成孔法安裝，真空管的過濾網，插管前，必須清洗保證管道暢通，濾網不破漏。為有效提高降水效果，在井點管頂面密封，采用水環式真空泵。第一遍真空降水時間約為10天。

3、第一遍擊密。第一遍真空降水，降至地面以下2.5m；在水位達到要求后，進行第一次擊密，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：采用50T的履帶式起重機。

夯點間距及布點形式：第一遍擊密夯點間距按圖布置為4m，正方形形式布點、下一遍夯點的布置應在上一遍夯擊點的空缺位置，根據夯點總平面圖及各小區的控制樁，放出各夯點的位置圖，用紅色塑料袋灌砂后作夯點明顯標志，特別是各施工段的相接部位，嚴防漏點現象的發生。

為保證軟土層的動荷作用下不被破壞，平整場地，墊路基箱進行第一遍強夯，擊數一擊，單點夯擊能500～700kN.m；夯擊時間約為3天。

夯沉量控制：即以擊與擊之間夯沉量的發展速率來控制。當（Sn+1-Sn）/（Sn-Sn-1）>R，即當夯沉量的發展速率比大于某一值時，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。一般地，根據實際情況，當R較大時（如R=0.9）即可停夯。

4、第二遍降水、擊密。為進一步調整土體含水量，促進因第一遍擊密所產生的超孔隙水壓的消散，縮短土體的固結恢復，在第一遍擊密后，進行第二遍真空 降水。真空時間約8天。真空采取動態控制，根據孔壓消散程度確定第二遍真空天數。

第二遍降水在第一遍擊密后，采用一長一短相間的井點布置方式，短井點管長3m，長井點管長6m，井點間距4m，臥管間距4m.降水降至地面以下3m.

在水位達到要求地面要求3m以下之后，土體在第一遍擊密初步固結恢復后進行第二遍擊密。

第二遍擊密能量調至1000～1300KN.m；擊密間距按圖布置為4m，正方形形式布點、下一遍夯點的布置應在上一遍夯擊點的空缺位置，每點擊數2擊；擊密能量、擊密間距及收錘標準按第一遍擊密參數進行調整。夯擊時間約為3天。

5、第三遍降水、擊密。在第二遍擊密后，進行第三遍真空 降水。真空降水時間約10天。真空采取動態控制，根據孔壓消散程度確定第三遍真空天數。在水位達到要求地面要求6m以下之后，第三遍擊密。真空管布置同第二次降水。

第三次擊密開始前，平整場地，密間距按圖布置為4m，正方形形式布點。進行第三遍強擊，每點擊數2擊，單點夯擊能1000～1500kN.m；進行大節滿夯，搭接尺寸不小于1/4夯錘直徑。時間約為3天

6、表層回填碾壓平整。真空擊密完成后，采用推土機平整場地，大功率壓路機械壓實，是表層地基密實平整，為下一階段施工做好準備。

（四）高真空擊密施工質量監測

高真空擊密法質量監測項目如下：①監測項目 包括地基變形、土體含水量、水位檢測、靜力觸探、荷載試驗項目；②含水量分析 監測頻率為每1000m2～2000m2一個點，并做好記錄。③水位檢測記錄 施工期間每天檢測水位下降情況并做好記錄。監測頻率為每1000m2埋設一根水位觀測管，水位達到夯前要求時方可進行；④貫入度限制 大能量夯擊時，最后兩次貫入度之和不大于30cm；⑤抽水時間確定 每遍高真空抽水時間，要根據圖層含水率、水位檢測情況確定，確保強夯時的含水率達到最佳含水率；⑥工藝要求 施工前做好場地分區、控制樁布置，施工中控制真空管管位、夯擊點位置，每次夯擊前后標高測量，做好相應記錄；

六、高真空擊密處理效果

在高真空擊密處理后一個月，由委托第三方對軟基處理的效果進行檢測，檢測的手段包含荷載試驗和靜力觸探。根據靜力觸探結果，處理后9m范圍內的比貫入阻力有明顯提高，完全滿足設計要求處理深度6m的要求，地基承載力達到180kpa以上，大于設計要求的130kpa；通過標高測量，工后沉降在65～85cm之間，滿足沉降控制要求。

七、結束語

在軟基處理工藝中，特別是淤泥質土，含水量大，地基承載力低，采用高真空擠密法處理與碎石樁、深層攪拌樁等傳統處理方法相比更具優勢，她是一種新型環保的施工方法，無需輔助建筑材料，節約能源，保護環境，施工周期短，質量易保證，造價低，處理后效果顯著，是軟土地基處理的一大創新，為同類工程施工提供寶貴的實踐經驗，產生巨大的技術經濟社會效益。

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