高真空击密法在河北二路软土路基处理中的应用

李营辉

摘要：本文简要介绍高真空击密法以及在河北二路软土路基处理中的运用。

关鍵词：高真空击密；软土地基；经济分析；检测

一、引言

高真空击密法，就是真空排水固结与强夯激活相互结合的方法，利用两者的优点，共同对地基进行加固。前者采用布设排水管，用真空泵抽成真空，使地层产生负压，强制地下水流动，排除、降低表层地下水，加强超静空隙水压力消散，使土体的后含水率逐步接近最佳含水率或同时对土体产生有效的压制，之后采用重锤强夯夯击，使之形成一种均匀的硬层此法称为高真空击密法。

河北二路路基位于河北省曹妃甸工业园区，路线所通过区域为浅海养殖区，水深3-3.5m，路基基础是经过吹沙填海填筑的吹填区，材料主要为粉砂土或超饱和液化沙土，吹填地基基础差，承载能力差，需经过处理，消除地基沉降，提高承载力。

本文将主要通过高真空击密运用原因、高真空击密设计机理、施工方案、处理效果，综合介绍高真空击密在河北二路工程的应用。

二、工程概况

河北二路位于曹妃甸工业区，路基原始地表位于浅海水位以下，受潮汐影响，原始地表标高-1.5～-1.7m，基地有1.2-1.7m淤泥质层，其下为粉质粘土。海水水位稳定标高2.5m，原始基地以上为吹填砂吹填而成，路基范围需处理面积7.2万m2，吹填后标高4.2m左右，地质材料主要为淤泥质粉质粘土。

三、高真空击密技术的引入

（一）高真空击密技术引入原因。本项目路基主要为吹填造地形成，吹填路基处于超饱和状态，基本无承载力。路基土质差，主要为淤泥质粉质砂土，粘土含量超30%，且原始区域为浅海养殖区，淤泥质层厚，透水性差，地下水位高。路基基础软基层厚，要求处理的软基深度6m以上，采用传统的夯击、换填工艺不能满足路基施工质量要求。

针对本项目地质特点，经多次研究论证，最后引入高真空击密技术。但强调与其他软基处理方法的技术经济比较，已选择最合理施工方案。

（二）软基处理方法比选

1、真空预压与堆载预压方案。真空预压和堆载预压适用于软基处理，但工期一般在3个月以上，且经过处理后的地基承载力在12t/m2（约120kpa）以下，本项目合同工期6个月，地基承载力要求不小于130kpa，因此采用此方法不能满足施工要求。

2、碎石桩方案。采用碎石桩处理有以下缺点：一、造价高，在本地区碎石桩每米造价在140元/m，最低处理深度9m，每平方的造价太高，不能接受。二、振冲置换法适用处理不排水抗剪强度小于20kpa的粘性土、粉土、饱和黄土等，但本项目土质为淤泥质土，基本没强度，桩体难以成行。

3、水泥（石灰）土搅拌法。采用水泥土搅拌法搅拌，如要达到路基要求的地基承载力，在本地区至少搅拌深度在1.5m以上，每平方米的造价在120元以上，造价太高。

4、高真空击密法。采用高真空击密法处理软土地基处理周期在20-25日，是预压法的1/3～1/4，。经高真空击密处理后的地基强度在150kpa左右，满足地基承载力的要求。造价在50元左右，处理费用低廉.

四、高真空击密技术的设计机理

（一）高真空击密法的设计机理。高真空击密法设计与施工机理包括四个方面：压力差排水机理、硬壳层理论、不留排水通道、不均匀沉降控制。

1、压力差排水机理。压力差排水机理即是利用强夯击密产生的超孔隙水正压力和高真空排水负压形成较高的压力差，使渗透性较差的土体也能排出水。压力差排水原理如下图所示：

2、硬壳层理论。硬壳层理论即通过高真空击密处理在地表形成一层一定厚度的硬壳层，上部荷载通过硬壳层扩散后的应力大于下部软弱层地基承载力，通过确定硬壳层厚度来满足地基承载力要求，具体计算公式如下：

其中f为经过厚度为hx的硬壳层应力扩散后作用在软弱下卧层上的应力，fak为软弱下卧层地基承载力特征值。

i.下卧层不留排水通道。按照本工法的“工后沉降工前完成”原理，合理调整击密参数（不同步序与能量等），使得部分工后沉降在施工过程中得以完成，加之下卧层不留排水通道，最终达到工后沉降的要求。

用分层总和法等常规方法计算所得工后沉降量为，其中为理论计算各土层沉降量，为对常规方法计算总沉降量的修改系数， 为施工过程中施工沉降量，为理论工后沉降量，由于高真空击密法施工形成了硬壳层，大量工程实例证明：实际工后沉降比该值要小得多，实际应用中需对其进行适当修正，即，其中为高真空击密法修正系数，取值范围为，根据硬壳层与下卧层性质的不同来取值。

ii.不均匀沉降控制。对于土质不同的相邻小区，通过采用不同的施工参数，控制工前沉降以达到工后沉降一致的目的。如下图中对于不同土质的A、B、C、D四个区，通过计算，A、B、C、D各区的总沉降量分别为，，，，为了达到差异沉降和工后沉降的要求（设工后沉降量要求为），那么各小区施工过程中需完成的沉降量则应该分别为：、，，，即对于不同的总沉降量，通过调整施工过程中的沉降量使工后沉降一致，从而达到减小差异沉降的目的。

五、高真空击密技术的施工方案

（一）施工工艺。根据地层勘察力学指标及地基的使用要求，按高真空击密法操作要求，该软地基处理具体施工工艺为

（二）施工准备。由于河北二路吹填沙施工刚结束，还未沉降稳定，要对表面进行预处理，采用水陆两用挖掘机和湿地推土机对施工区域进行场地平整，机械碾压。

1、静力触探。根据设计图纸要求，在施工前进行测量放线，放出施工区域边桩，对施工区域进行划片，以小区为施工单位进行施工。施工前进行静力触探，触探深度约6.0-7.0m，勘测施工区域地质情况，摸清施工段的各类土层的埋置深度、层厚，为后期施工，正确调整真空度、真空时间、击密能量、三遍击密的间隙时间及作为加固效果的对比提供支持。

2、测量地面标高。在表面预处理前和施工结束后进行地面标高测量，用以计算施工完成沉降量

（三）高真空擊密施工

1、高真空击密技术处理标准。为满足后期路基填筑要求，降低路基不均匀沉降，解决承载力不足的问题，根据设计标准，高真空击密处理后应达到以下处理标准：（1）地基加固处理标准：①加固有效深度达到6.0m；②浅层吹填砂地基承载力标准值：fk》130Kpa；③表层地基回弹模量：E0》25Mpa；④处理范围内地基土达到稍密--中密状态。（2）强夯控制标准：①相邻夯坑内的隆起量《5cm②第二击夯沉量小于第一夯沉量。③总夯沉量控制在60cm--100cm之内。

2、第一遍真空降水。根据初步掌握的地质资料，结合施工方案设计，沉降量、含水量控制的初步计算，第一遍高真空施工调整土体含水量为主，真空管插入地表下，在离施工区域外3.0m，设置外围封管及排水明沟，用于防止外围地下水及雨水补给渗入与侵入。外围封管采用长度6m的长管，间距2m，连续不间断抽水，待该区域内地基处理结束后方可拆除。在施工区域内设置浅管，按2m×3m布管，连续降水，降水使水位降至地表以下2.5m.卧管间距3m .

为确保真空管位置的正确，插管时，准确放样各管点的位置，真空管采用成孔法安装，真空管的过滤网，插管前，必须清洗保证管道畅通，滤网不破漏。为有效提高降水效果，在井点管顶面密封，采用水环式真空泵。第一遍真空降水时间约为10天。

3、第一遍击密。第一遍真空降水，降至地面以下2.5m；在水位达到要求后，进行第一次击密，夯锤选用底面直径2.5m的圆形铸钢锤，锤重10～10.5t。

履带式起重机：采用50T的履带式起重机。

夯点间距及布点形式：第一遍击密夯点间距按图布置为4m，正方形形式布点、下一遍夯点的布置应在上一遍夯击点的空缺位置，根据夯点总平面图及各小区的控制桩，放出各夯点的位置图，用红色塑料袋灌砂后作夯点明显标志，特别是各施工段的相接部位，严防漏点现象的发生。

为保证软土层的动荷作用下不被破坏，平整场地，垫路基箱进行第一遍强夯，击数一击，单点夯击能500～700kN.m；夯击时间约为3天。

夯沉量控制：即以击与击之间夯沉量的发展速率来控制。当（Sn+1-Sn）/（Sn-Sn-1）>R，即当夯沉量的发展速率比大于某一值时，即停夯。如果取R=1，则表明第n+1遍的夯击增量大于第n遍的夯击增量，可取n为夯击次数。一般地，根据实际情况，当R较大时（如R=0.9）即可停夯。

4、第二遍降水、击密。为进一步调整土体含水量，促进因第一遍击密所产生的超孔隙水压的消散，缩短土体的固结恢复，在第一遍击密后，进行第二遍真空 降水。真空时间约8天。真空采取动态控制，根据孔压消散程度确定第二遍真空天数。

第二遍降水在第一遍击密后，采用一长一短相间的井点布置方式，短井点管长3m，长井点管长6m，井点间距4m，卧管间距4m.降水降至地面以下3m.

在水位达到要求地面要求3m以下之后，土体在第一遍击密初步固结恢复后进行第二遍击密。

第二遍击密能量调至1000～1300KN.m；击密间距按图布置为4m，正方形形式布点、下一遍夯点的布置应在上一遍夯击点的空缺位置，每点击数2击；击密能量、击密间距及收锤标准按第一遍击密参数进行调整。夯击时间约为3天。

5、第三遍降水、击密。在第二遍击密后，进行第三遍真空 降水。真空降水时间约10天。真空采取动态控制，根据孔压消散程度确定第三遍真空天数。在水位达到要求地面要求6m以下之后，第三遍击密。真空管布置同第二次降水。

第三次击密开始前，平整场地，密间距按图布置为4m，正方形形式布点。进行第三遍强击，每点击数2击，单点夯击能1000～1500kN.m；进行大节满夯，搭接尺寸不小于1/4夯锤直径。时间约为3天

6、表层回填碾压平整。真空击密完成后，采用推土机平整场地，大功率压路机械压实，是表层地基密实平整，为下一阶段施工做好准备。

（四）高真空击密施工质量监测

高真空击密法质量监测项目如下：①监测项目 包括地基变形、土体含水量、水位检测、静力触探、荷载试验项目；②含水量分析 监测频率为每1000m2～2000m2一个点，并做好记录。③水位检测记录 施工期间每天检测水位下降情况并做好记录。监测频率为每1000m2埋设一根水位观测管，水位达到夯前要求时方可进行；④贯入度限制 大能量夯击时，最后两次贯入度之和不大于30cm；⑤抽水时间确定 每遍高真空抽水时间，要根据图层含水率、水位检测情况确定，确保强夯时的含水率达到最佳含水率；⑥工艺要求 施工前做好场地分区、控制桩布置，施工中控制真空管管位、夯击点位置，每次夯击前后标高测量，做好相应记录；

六、高真空击密处理效果

在高真空击密处理后一个月，由委托第三方对软基处理的效果进行检测，检测的手段包含荷载试验和静力触探。根据静力触探结果，处理后9m范围内的比贯入阻力有明显提高，完全满足设计要求处理深度6m的要求，地基承载力达到180kpa以上，大于设计要求的130kpa；通过标高测量，工后沉降在65～85cm之间，满足沉降控制要求。

七、结束语

在软基处理工艺中，特别是淤泥质土，含水量大，地基承载力低，采用高真空挤密法处理与碎石桩、深层搅拌桩等传统处理方法相比更具优势，她是一种新型环保的施工方法，无需辅助建筑材料，节约能源，保护环境，施工周期短，质量易保证，造价低，处理后效果显著，是软土地基处理的一大创新，为同类工程施工提供宝贵的实践经验，产生巨大的技术经济社会效益。

参考文献：

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