高真空擊密法在河北二路軟土路基處理中的應(yīng)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(yùn)用。

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

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)，路線所通過區(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(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(kuò)散后的應(yīng)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(jì)算公式如下：

其中f為經(jīng)過厚度為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，通過調(diào)整施工過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)行測量放線，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，勘測施工區(qū)域地質(zhì)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(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(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。外圍封管采用長度6m的長管，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，采用一長一短相間的井點(diǎn)布置方式，短井點(diǎn)管長3m，長井點(diǎn)管長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。

第三次擊密開始前，平整場地，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

高真空擊密法質(zhì)量監(jiān)測項(xiàng)目如下：①監(jiān)測項(xiàng)目 包括地基變形、土體含水量、水位檢測、靜力觸探、荷載試驗(yàn)項(xiàng)目；②含水量分析 監(jiān)測頻率為每1000m2～2000m2一個(gè)點(diǎn)，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(jiān)測頻率為每1000m2埋設(shè)一根水位觀測管，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，檢測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；通過標(biāo)高測量，工后沉降在65～85cm之間，滿足沉降控制要求。

七、結(jié)束語

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，她是一種新型環(huán)保的施工方法，無需輔助建筑材料，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。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫冬來.廣州科學(xué)城高真空擊密技術(shù)軟基處理方案[J].山西建筑，2010，36（22）：107

[2]王松臣.高真空擊密法加固機(jī)理研究及應(yīng)用[J].陜西建筑，2009（10）：68

[3]高大釗.土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)[M].北京：人民交通出版社，1979

[4]水偉厚.詹金森，周同行。真空降水動(dòng)力固結(jié)法在軟土地區(qū)大型工業(yè)項(xiàng)目中的應(yīng)用[C]//第十屆土力學(xué)與巖土工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集.重慶：重慶大學(xué)出版社，2007：248-253