气压劈裂真空预压法施工工艺的探讨

邵伯贤

摘 要：气压劈裂真空预压法是一种地基处理方法，适用于软土地基的处理，文章主要阐述气压劈裂真空预压法在实际施工应用中工艺的控制，为新型的软基处理推广应用提供成熟的施工工艺和操作方法用于参考。

关键词：工艺流程；气压劈裂真空预压法；施工工艺

1 施工流程

（1）平整场地，调拱（1%～2%）；（2）铺设砂垫层20cm；（3）打设塑料排水板。按正三角形布置，间距1.2m，板长20m（暂定），塑料排水板在砂垫层面上外露20cm；（4）打设喷气管。按正三角形布置，间距4.8m，管长12m、14m、16m和18m，外露60cm；（5）埋设真空度测头；（6）铺设喷气管路和抽真空管路；（7）安装喷气设备，试喷、检查，进行抽真空前的气压劈裂试施工；（8）铺设剩余15cm砂垫层，在砂垫层顶部铺设一层无纺土工布；（9）挖密封沟、铺密封膜、回填密封沟、安装喷气和抽真空设备；（10）安放地表沉降，试抽气、检查、正式喷气和抽真空；（11）真空度达到80kPa负压，起算预压时间，达80kPa负压后7天进行联合堆载，堆载前在真空膜上铺一层无纺土工布。维持80kPa至满足卸载时要求的固结度条件为止；（12）根据监测数据进行加固后效果检验。施工工艺流程图见表1。

2 施工工艺及质量要求

2.1 砂垫层

整平地表调拱（1%～2%）以后铺设砂垫层。砂垫层采用中、粗砂，泥质等杂质的含量应小于5%，现场干密度≥16kN/m3，严禁砂中混有尖石、鐵器等利刃硬物，发现后必须清除。气压劈裂真空预压法砂垫层铺设厚度为35cm，分两次铺设，打设塑料排水板前铺设20cm，打设塑料排水板、抽真空及注气管路铺设完毕后再铺设剩余的15cm。砂垫层厚度容许偏差分别为3cm，每100m2一个检测点。砂垫层施工可以采用机械施工法及人工铺设法。砂垫层采用中、粗砂，其级配良好，无杂质，含泥量小于5%，干密度大于16kN/m3。

2.2 插塑料排水板

气压劈裂真空预压法处理段的塑料排水板均按正三角形布置，间距1.2m。板位偏差不得大于5cm。排水板宜选用滤膜连接为胶粘式槽型塑料排水板，本次地基处理加固选用C型排水板。（见表2）

排水板的外露长度不小于20cm，经监理工程师验收合格后，将其埋入砂垫层中。塑料排水板接长时需将待接排水板的滤膜完整地剥开，将板芯对插搭接，搭接长度不小于300mm，再将滤膜包好、裹紧后，用大号钉书钉钉接。排水板施插垂直度控制在1.5%以内。施工时回带长度不可超过0.5m，否则在该板位旁450mm内重新补插一根。回带排水板根数不应超过打设总根数的5%。打设塑料排水板时，严禁出现扭结，断裂和撕破滤膜等现象。当一个施工段落施工完后，应及时将打设塑料排水板时形成的孔洞用砂填好。

2.3 喷气系统

注气孔采用正三角形布置，间距4.8m。喷气孔深度分别为12m、14m、16m、18m。注气塑料管选用直径25.4mm，壁厚3mm，压力大于1MPa。打设注气塑料管的设备与打设塑料排水板的设备相同，施工工艺相同。在打设注气塑料管的期间，要注意不能将已施工完的塑料排水板破坏掉。注气塑料管打设完毕后，在20cm砂垫层上铺设注气系统的支管和干管，施工时，要认真、仔细，确保每个接头都不能漏气。在整个注气系统管路安装完毕后，要进行试压，检查注气系统是否有漏气现象。在确保没有漏气情况下，先进行气压劈裂试施工。注气的施工顺序为：首先对各个区域的深度为18m的注气管进行喷气，喷气时间为10min，然后深度分别是16m、14m、12m，喷气时间相同。在这一轮喷气结束后，间隔4h进行下一轮喷气施工。每一轮的喷气时间、间隔时间及整个持续时间要根据现场测的监测结果，特别是砂垫层表面出气和出水情况、孔压变化等进行调整。喷气完成后进行预压系统的设置。

2.4 真空预压

2.4.1 开挖密封沟

按设计要求在抽真空区域四周开挖密封沟，密封沟采用素粘土，分层压密。

2.4.2 铺设抽真空管路

真空传递滤管采用PVC塑料管，壁厚≥1.2mm，滤管布置间距不大于6.5m。滤管：采用￠76mm高强度PVC管，在其上钻￠8mm花孔，然后用80g无纺布加工成￠80mm袋状，将滤管套上并绑紧。干管：采用￠76mm高强度PVC管。

2.4.3 铺设密封膜

真空预压密封膜采用2层聚乙烯（或聚氯乙烯）薄膜，厚度要求大于0.14mm。为防止塑料排水板和砂垫层的硬物将密封膜刺坏，铺膜前，在砂垫层上铺设一层针刺无纺布（250kg/m2）。

2.4.4 出膜装置

按800～1000m2要求安装1个出膜装置。

2.4.5 真空射流泵系统

按800～1000m2要求安装1个真空射流泵。所有管路宜埋于砂垫层顶面下约15cm深，膜下真空度观测表埋设于具代表性的两滤管平行距离的中间，按约每800平方米一个点排布，严禁将膜下真空度采集端头埋入滤管或主管内。试抽真空并检查是否漏气。试抽时在膜面、密封沟和出膜装置处仔细检查有无漏气处，发现后应及时补好。在布设沉降标时，应在沉降标的底部铺一块针刺无纺布，防止将密封膜损坏。在进行气压劈裂真空预压法区域时，抽真空初期每4个小时注气1次，注气压力为0.5MPa，注气的施工顺序为：首先对各个区域的深度为18m的注气管进行喷气，喷气时间为10min，然后深度分别是16m、14m、12m，喷气时间相同。然后开始抽真空。在抽真空中后期，每一轮的喷气时间、间隔时间要根据现场测的监测结果，特别是砂垫层表面出气和出水情况、孔压变化和真空度等进行调整。

2.5 联合堆载

气压劈裂真空预压法施工中，膜下真空度稳定时才可以进行路基填筑。一般要求膜下真空度到达600mmHg，相当于80kPa的荷载后，确认膜上无漏气孔洞后，再进行上层堆载施工。为保护真空膜，堆载前需在真空预压膜面上铺一层土工布，材质选用裂膜丝机织土工布，规格类型见表3：

表3

土工布拼接应采用工业缝纫机缝合，缝合尼龙线强度≥150N，采用包缝或丁缝。在填筑前要对沉降标进行一次测量，同时在填筑过程中要将沉降标保护好，以免破坏；第一层填土厚度不宜大于30cm，要進行人工摊铺，在碾压时，由轻到重多次碾压。

2.6 卸载标准

通过实测的地基变形——时间和孔隙水压力——时间曲线，分别推算地基的最终沉降、不同时间的固结度和孔隙水压力消散速率（有效应力增长速率）。若满足加固要求达到的固结度，同时满足各区的工后残余沉降要求，即可卸载并停止抽真空。

2.7 监测

为监控施工质量，评价加固效果，设计以下监测内容：表层沉降标监测、孔隙水压力监测、水位监测、分层沉降监测、深层位移监测、加固前后钻孔取土、加固前后现场CPT试验等。

2.7.1 真空度

真空度测头和真空表由软管连接。在软管跨过密封沟时，不要被折，不能绞起，更应防止被回填土弄断，要保证管子通畅。在每段处理区内均布置了膜下真空度测头，另外还在每段加固区中央附近布设一组深层真空度测头，埋深分别为3m、6m、9m、12m、15m、18m。抽气开始的头几天，每隔2h测读一次，以便能准确地测出真空压力的上升过程和有利于检查密封情况；当真空压力达到设计要求之后，可每4～6h测读一次，最后绘制成膜下真空度的时间过程线。

2.7.2 表层沉降监测

布设沉降观测标，沉降标应在插排水板前理设并记录原始标高。观测误差要求不大于2mm。观测频率：插板期间和抽真空初期为1次/1～2天，静压期和卸载期的观测次数为1次/3天～7天，并结合具体施工情况进行调整。临近预压期后期，应根据实测沉降值，计算固结度，预测沉降趋势，确定具体预压卸载时间。

2.7.3 深层沉降

由于沉降板监测结果反映的仅仅是地基面的总沉降，而各地基土层的沉降变形量无法区分开来，为了监测各深度土层的固结、沉降情况，就必须用深层沉降仪来进行观测。由于该观测项目具有一定的难度，埋设工作不容易做好，加上所需费用较大，因此在每段试验区内布置1个分层沉降观测孔，孔中布置8只沉降（磁环）指示器，磁环埋设深度分别为1.3m、4.2m、7.6m、9.6m、13.6m、16m、18m、20m。在加载期间的观测频率为1-2次/天，预压期的观测次数为1次/3～7天，并结合具体施工情况进行调整。

2.7.4 孔隙水压力监测

在每段真空预压中心布置一组孔隙水压力传感器，推荐使用振弦式孔隙水压力计，在插板后埋设，每组5只传感器，各层深度传感器均需满足不同深度量程需要。观测频率：抽真空初期为1次/1～2天，静压期和卸载期的观测次数为1次/3天～7天，并结合具体施工情况进行调整。根据实测的孔隙水压力的增长和消散过程，计算土体固结度和强度增长情况。

2.7.5 测斜（深处水平位移）

由于淤泥土性极软弱，随着抽真空的进行，淤泥层产生朝向加固区的收缩变形，为了解土体侧向移动量的大小，判断侧向移动量度对土体垂直变形的影响；抽真空时第一周观测频率为1次/天，后期观测频率根据施工进展情况及水平位移速率的大小作适当调整。

2.7.6 地下水位观测

观测抽真空后的地下水位变化情况，确定静水应力，校验孔隙水应力的计算。观测时先测出观测井孔口标高，然后用水位计测出地下水位，从而计算出地下水位的标高。试验区内布置了1个水位观测孔。加载期间观测频率为1次/天，静压期间为1次/3天～7天。可根据现场情况进行调整。

2.7.7 取土钻孔

取土钻孔试验的目的是检查加固软土层在加固前、后的物理力学指标，查明土体在加固过程中的排水固结和强度增长状况，以此与其它监测设备所测资料相对比印证。试验区中心布置了2个取土孔位置，取样测试含水量和强度等变化规律。

2.7.8 原位强度测试

为了评价整体加固效果，处理完成前后在加固区分别布置了6个点进行CPT试验，对比加固前后地基土强度变化。

参考文献

[1]刘松玉，韩文君，章定文，等.劈裂真空法加固软土地基试验研究[J].岩土工程学报，2012，4.