高含水量軟土地基加固的新技術—高真空擊密法概述

1、高含水量軟土地基加固的新技術高真空擊密法概述 主要內容 1、前言 2、加固機理 3、設計計算的若干問題 4、應用實例1前言“高真空擊密法”： 是一種快速加固軟土地基的新技術，它是通過數遍的高真空，并結合數遍合適的變能量擊密，達到降低土層含水量，提高密實度、承載力，減少地基工后和差異沉降量的目的。 發(fā)展應用情況高真空擊密法原先是由施工人員在針對高含水量的水力吹填陸域地基加固過程中逐步形成的。 因為吹填陸域地基往往具有高含水量、高含泥量、面積很大的特點，傳統(tǒng)地基處理方法，施工成本高、工期長，或施工機械進場困難，施工質量難以保證；而高真空擊密法因造價低廉、施工速度快、對高含水量地基適應性強的特點，顯

2、示出了較明顯的優(yōu)越性。由形成到發(fā)展已超過5年，該工法在沿江沿海的大面積處理松軟地基工程中得到了迅速的推廣應用，處理對象包括了除淤泥外的各種松軟土層。處理工程涉及港口堆場、道路，機場跑道，廠區(qū)，倉庫等，累計處理面積已超1000萬平方米。 這過程中積累了一定的經驗，改進了施工設備，形成了較為成熟的工法，并申請了國家專利，主要成果是施工工藝的創(chuàng)新與改進。由于夯擊問題的復雜性，理論落后于實踐的現象依然存在。要進一步發(fā)展完善該工法，還需要更多科研、設計、施工人員的繼續(xù)協(xié)作努力。在此，作者就高真空擊密工法的加固原理、特點與設計方法談一些體會，并介紹該工法在吹填砂和粉煤灰工程中的應用實例。高真空擊密工法的加

3、固機理 高真空擊密法應該是在普通強夯法基礎上的改進工法，對軟土地基的加固原理仍然是動力排水固結理論。高真空擊密法特點是通過多遍主動排水措施來增強動力固結效果。排水的作用原則上可用有效應力原理解釋。 2.1 排水條件對多遍沖擊下土的應力、強度的影響高真空擊密法的加固機理理論研究表明：多遍沖擊過程中孔壓消散率越高，強度增長也越明顯，同時減輕了沖擊荷載對土的結構破壞，大大降低了夯擊過程中地基土出現“橡皮土”的風險。高真空擊密法就是通過多遍高真空排水工序，來達到提高強夯擊密效果的目的。但高真空排水不是強夯法的輔助手段，而至少是與強夯同等重要的工序。本工法的具體工藝流程是：高真空排水擊密的多遍循環(huán)。這兩

4、道工序的相互作用，有機組合，形成了高真空擊密法的獨特機理。 （1）夯前對高含水量飽和土先進行高真空排水，減小土的飽和度，可有效增加夯擊效率，同時減小產生的超孔隙水壓力。這屬于主動排水，而塑料板屬于被動排水，由于沒有外荷載作用，無法形成水頭梯度達到夯前排水的目的。（2）排水后土體孔隙的自我壓密有限而且緩慢，土層變形并不明顯，要在回水以前用強夯的方法加以擊密。 （3）滲透系數較小的軟土，在適當夯能的作用下，土中出現的微裂縫可增加土的滲透性能，產生的超孔隙水壓力能提高孔隙水滲流的水頭梯度，從而進一步增加排水效果。為此，本工法提出了第二、第三遍高真空排水，甚至夯擊與排水同時進行的獨特排水工序。多遍高真

5、空擊密排水最終以達到降低飽和土的含水量為目標。 （4）由于第二次高真空作用，使第一遍強夯產生的超孔隙水壓力快速消散，使兩遍強夯間隙時間明顯縮短。（5）有效的真空排水與合適的夯擊能量有機結合，才能使軟土避免“橡皮土”現象，得到理想的加固效果。 正是由于上述機理的作用，使強夯振動處理方法在過去不宜的一些飽和軟土地基中得到了成功應用，擴大了強夯工法的使用范圍。本工法的高真空排水，與一般的單純通過夯前集水井、井點降水，以降低一點地下水位、“防止夯坑積水或夯擊效率降低”為目標，也有根本不同。3 設計計算的幾個問題 地基承載力與沉降應用高真空擊密法的設計基本原則與常規(guī)地基基礎相同，要求進行承載力、沉降計算

6、 。施工設計仍要參考一般強夯法。如果工期允許，先進行小區(qū)域的試驗性施工，通過監(jiān)測和對比檢測驗證根據經驗和計算確定的施工方案能否滿足設計要求，并為今后大面積施工優(yōu)化施工參數提供依據。 （1）承載力或穩(wěn)定性計算高真空擊密法對吹填砂或粉煤灰等粗顆粒土的加固效果要大于軟粘土等細顆粒土，加固后淺部土層承載力較高，形成硬殼層；而下部較低，為軟弱下臥層。淺部土通常即為持力層，應分別進行持力層與軟弱下臥層承載力驗算。對于堆料場、油罐等基礎還要對整個地基進行整體穩(wěn)定性分析。加固后的承載力對于持力層可以通過原位測試直接得到，對于軟弱下臥層根據實測的強度增長推算得到。硬殼層的作用對小面積荷載應力擴散作用明顯，隨著荷

7、載面積的增大，應力擴散作用減弱。（2）沉降計算根據使用荷載的實際分布范圍，按分層總和法計算沉降；按大面積荷載計算沉降時，應考慮荷載的面積系數。對于堆場荷載，還可適當考慮一些循環(huán)荷載與恒載的區(qū)別。工后沉降不等于計算總沉降與工前沉降之差，加固土層可按超固結土計算。加固后土層的應力狀態(tài)可以間接通過處理后的場地平均沉降和物理力學指標變化評價。如：粘性土受取土擾動的影響較小，其物理指標的變化能說明一定問題，根據確認的e可以反算出處理后土層中增加的有效應力，=e/a=Ese/(1+e0)。（3） 高真空擊密法與其它地基處理方法的組合加固前的地基承載與沉降，如果與設計要求相比差距很大，根據經驗，很難單純通過

8、高真空擊密法達到設計要求，可利用工程條件經濟地結合其它地基處理方法，如充水預壓、堆載預壓和真空預壓。如果：利用高真空擊密法解決穩(wěn)定性問題，而工后沉降問題借助預壓解決；如果：利用高真空擊密解決穩(wěn)定性問題還有差距，后期堆載要控制加載速度。 施工參數的設計問題通過對加固前的地基承載力與沉降驗算，并與設計要求比較。可大致明確地基承載力的提高幅度和工前要完成的沉降目標。根據加固目標確定施工參數是個難點，這是由于夯擊對土層影響很復雜的因素決定的。目前主要結合經驗確定，一些主要經驗如下：高真空排水井點密度、深度，真空時間、真空度等施工參數與土層的分布、滲透系數、含水量有關。滲透系數差異較大的區(qū)域和土層，真空

9、管系統(tǒng)布置要區(qū)別對待；為此如果勘察報告中的鉆孔間距過大，現場工程師必須先進行詳探劃區(qū)。必要時結合現場排水效果及時進行調整。為使施工區(qū)域在含水量調整后不受外圍地下水的影響，需要設“外圍封管”；邊拔管邊強夯，拔管區(qū)域在24小時內必須夯完。擊密擊密主要有兩種方式，一是錘擊擊密，即通常的強夯法，二是振動擊密，主要由大功率、大能量的沖擊、振動碾壓設備最后實施。夯擊能量，包含單擊能量大小、夯點擊數，遍數；夯擊能量大小與加固要求，土層分布情況及排水情況有關。主要根據經驗估算、并結合現場試驗調整。如果通過檢測發(fā)現局部區(qū)域加固效果較差或局部區(qū)域需要達到更高的承載力要求，可通過增加高真空擊密遍數來達到設計要求。4

10、 工程應用實例吹填砂及淤泥質土加固施工實例（1）土層分布 常熟興華港表層吹填粉細砂，層厚為13m；第二層粘土及粉質粘土，平均層厚12m；第三層為淤泥及淤泥質土，該層分布較不均勻，層厚變化較大，層厚在06m之間變化，夾有粉砂層，屬高壓縮性的軟土；第四層為粉細砂，該層一般呈中密狀，是較好的持力層，再往下為淤泥質土與砂土互層。 （2）施工工藝小區(qū)試驗時第一遍高真空強排水時間為1015天，真空管點間距；第一遍錘擊能量控制在3000kNm左右，夯距正方形布置，每點擊數8擊。第二遍高真空強排水，強排水方案基本類同第一遍，高真空時間812天，然后進行第二遍錘擊，夯擊點間距為，梅花形布置，夯擊能量1800 k

11、Nm，每點6擊。 第三遍“高真空擊密法”，采用真空管控制淺層土的含水量，真空管點間距3m，排距12m，然后用大功率調頻，調幅振動壓路機，擊振密實土體。擊密能量有先重后輕的特點、吹填粉煤灰及淤泥質土加固實例（1）吹填粉煤灰的處理方法選擇原則上用于軟粘土的一些地基處理方法，均可用于吹填粉煤灰的處理，已有多個實例報道。采用水泥攪拌樁，碎石樁等復合地基方法一般造價較高，強夯法則對地基的初始表層強度有一定要求。 交通部三航局科研所葉伯榮等，為降低加固成本，對鎮(zhèn)海港區(qū)的吹填粉煤灰進行了5種加固方法的比較，這5種方法分別是振動碾壓，簡易排水，重錘夯實，堆載預壓，自然固結；其中除了堆載預壓法造價較高外，其它方

12、法加固成本均較低。從加固效果看，振動碾壓加固深度淺；簡易排水和自然固結由于外力作用小，地基性狀不可能有大的改變；堆載預壓的效果取決于堆載強度，在經濟可承受的范圍內，地基加固效果有限；用落距6m，噸重的錘夯擊三遍的重錘夯實最好，其承載力可達180kPa，而且施工費用相對較低。對于本工程場地，吹填粉煤灰沉積時間最早只有3個月，初始強度低，人行走也有下陷的危險，施工機械更無法通行；大部分為邊吹填、邊施工，初始強度為零。如果采用復合地基法，重錘夯實法或強夯法，必須要有較厚的砂石墊層，從海上吹砂被禁止，用毛片石又影響到后續(xù)的打樁或插塑料排水板的施工，而且費用高。因此嘗試采用專利技術高真空擊密工法。（2）試驗過程進行第一次高真空排水，井管間距，同時對粉煤灰進行預處理，以便施工機械行走，逐步使表層煤灰較為密實，實測沉降量累計380mm。第二遍的高真空，第一遍點夯能量為1150kNm，擊數13擊，實測點夯后的累計沉降為525m