真空预压施工工艺工法
（QB/ZTYJGYGF-LJLM-0110-2011） 第四工程有限公司 戴书军
1.前言
1.1工艺工法概况
真空预压法早在上世纪50年代初由瑞典人提出并应用，但在我国直至70年代末期一直末能得到广泛应用，1980年，交通部第一航务工程局科研所在天津新港开展现场试验研究，解决了实用密封薄膜、抽真空装置等关键施工工艺，使该法达到实用阶段。
真空作用下土体的固结过程，是在总应力基本不变的情况下，孔隙水压力降低、有效应力增长的过程。因此，在经过真空预压加固后的地基上施加建筑物荷载时，既不会发生地基失稳问题，又不会产生有害的残余沉降与差异沉降。目前，真空预压法已在港口工程、化工、建筑、公用事业和机场等工程中得到实际应用，加固面积已超过150万平方米，取得了良好的技术经济效果。 1.2工艺原理
真空预压法的过程是在地基表面铺设密封膜，通过真空设备抽真空，使密封膜下砂垫层内和土体中垂直排水通道内形成负压，使土体与排水通道、垫层之间形成压差，在此压差作用下，土体中的孔隙水不断由排水通道排出，孔隙水压力随之降低、有效应力增长，加速孔隙水排出，从而使土体固结、强度提高的软土地基加固法，以达到最终加固地基的目的。 2.工艺工法特点
2.1 加固过程中土体除产生竖向压缩外，还伴随侧向收缩，不会造成侧向挤出，不会引起地基失稳，特别适于超软土地基加固，因而施工时无须控制加荷速率，荷载可一次快速施加，加固速度快，工期短。
2.2 施工机具和设备简单，便于操作；施工方便，作业效率高，加固费用低。 2.3 施工中无噪音，无振动，不污染环境。 3.适用范围
适用于加固淤泥、淤泥质土和其他能够排水固结而且能形成负超静水压力边界条件的软粘土地区地基加固。
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4.主要引用标准
《公路工程质量检验评定标准》JTGF801； 《公路路基施工技术规范》JTG_F10； 《铁路路基施工规范》TB10202；
《真空预压法加固软土地基施工技术规程》HG/T 20578。 5.施工方法
在基底表面铺设密封膜，通过真空射流泵将密封膜下面的加固范围土体抽真空，施工过程主要包括：铺设砂垫层、设置塑料排水板、安装抽真空系统、铺设密封膜、抽真空。
图1 真空预压施工示意图 6.工艺流程及操作要点 6.1施工工艺流程
真空预压施工工艺流程见图2。
铺设砂垫层打插排水带安装管道及真空泵筑挡水埝铺密封膜铺设密封膜检查修补抽气观察停泵观察拆除设备试抽气正式抽气沉降观测验收 2
图2 真空预压施工工艺流程图
6.2操作要点
6.2.1 铺设砂垫层
采用中粗砂作为滤水层，其厚度一般为400mm，要求表面平整，厚度均匀，其误差不大于±20mm，原地势高低起伏太大时应设法调整。
6.2.2插打塑料排水带
插板机是利用沿竖直轨道上下运动的震动锤将穿有塑料排水带的钢套管插入地下，当套管向上拔起时，位于钢管下端的桩靴把排水带留滞在地下，在土体内 形成竖向排水通道。桩靴是保证塑料板埋置深度的关键，对于不同的土体，可以采用不同的桩靴。图3中A所示的角钢桩靴用于穿透土层中有砾石或硬层的地基，图3中B所示的钢筋桩靴在穿透较软土壤时使用。角钢桩靴使用时需用缝合钉按图3中A所示方法缝合，以防排水带从桩靴上拔脱，角钢桩靴的长度应比桩管直径大10～20mm，以便让淤泥挂住桩靴把水带留在桩孔内。
图3 桩靴示意图
排水带的平面位置和埋置深度应严格控制，水平间距允许误差不大于±100mm，埋置深度允许误差不大于±300mm。为了防止埋置深度不够，除了要根据土质条件选择合适的桩靴外，操作时应让桩管插够深度后缓缓向上拔管，待确认排水带下端锚固好后再加快拔管速度。
6.2.3设备安装
设备安装包括安装滤水管网、真空泵、真空表，挖压膜沟，铺塑料密封膜及填筑挡水墙等工序。
1 铺设滤水管
滤水管采用ø100mmPVC管材制作，在管壁上按每60mm钻一圈ø10小孔，然后在管表面缠裹两层加厚无纺土工布，并用16#铅丝按每100mm一道绑扎牢，管接头
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可用配套的塑管接头，也可用胶管接头。安装和绑扎时都应注意把绑扎铅丝一顺向下，以防朝上时扎破密封膜。滤水管应埋在滤水层的中间，上下厚度要均匀。滤水管网的布置有3种方法，见图4。滤水管的间距不大于8m，外侧管距膜沟中心线距离不大于4m。
图4 滤水管布置意图
2 真空泵
射流式真空泵性必须完全满足使用要求。
3 加固单元划分和工艺系统设计
在一张完整的密封膜复盖下的加固地块为一个单元。一般情况下，加固单元的面积不大于10000m2，不小于 2000m2，过大会增加施工难度，过小则对工程成本不利。此外还应根据地形和地势条件灵活掌握，划分加固单元的技术条件有： （1）地块的长边和短边之比不大于3:2。 （2）地块的地势要平坦，相对高差不大于0.3m。
工艺设计包括管网平面布置、泵及电器线路布置、真空度探头位置确定、沉降观测点布置以及设计有特殊要求的其它设施的布置和配备。
4 密封膜铺设
根据所需真空度，一般密封膜应铺设3～4层，铺膜前应先将压膜沟挖好。铺膜应选择无风的好天气，铺膜工作应在白天一次完成，铺膜要集中人力，并要准备足够数量的氯丁胶和一台高频热合机及部分备用的整卷塑料膜。施工人员必须穿无钉软底鞋，在统一组织指挥下进行铺膜作业。铺膜沿着长边的一侧开始，认真检查塑料膜有无开焊、破孔，并及时修补。
相邻两层密封膜的接缝必须错开500mm以上，严禁焊缝重叠。大片撕裂处要用热合机缝合。铺膜后应立即填压膜沟，以防遇大风将密封膜掀坏。
压膜前保持压膜沟里有200～300mm深的水，先把膜浸入水底，再在膜上压一层粘土，当泥浸透后要求由人工将粘泥踩成泥浆，然后再在沟里填粘土，并分层
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轻轻夯实。膜沟填实后再做挡水埝，埝高600～800mm，同一地块的埝顶要在同一平面上，高差不大于100mm。
抽气管需穿过密封膜，膜和钢管的接口处需采取特殊的密封措施，其目的既要把接口处压密实，又要防止抽气时将密封膜拉裂。 6.2.4 真空预压 1 试抽气阶段
抽气开始时，将所有抽气泵同时开启，认真观察真空度的变化，正常情况下，开泵后2～4h，泵口处的真空度就能达到20kPa，此阶段要多安排人员在地块内和膜沟附近认真查找漏气部位，发现一批停泵修理一批，反复寻找，反复修理，直至无漏气点为止。当膜内真空度达到40kPa时应停泵，进行一次全面检修，检修内容包括：
1）挡水埝和膜内外侧的地面有无裂焊、塌陷，并查明原因进行加固处理。 2）预压区内有无过大的不均匀沉降，如沉降呈塌陷形时要剪开密封膜用砂填平。
3）电器、机械是否完好，真空表灵敏度是否正常。 2 抽真空
经过检查、修理，再抽气时真空度会提高很快，此时更应注意观察整个预压区内有无异常，因为随着真空度的提高.一旦发生故障情况比较突然，会造成较大的损坏，而且不易修复。经过24h抽气，如情况正常，便可向埝内灌水。
覆水有两个作用，一是覆水后可以在三层膜间形成很薄的夹水层，增加膜的密封性能；二是防止直接暴晒塑料膜，减缓膜的老化。
6.2.5监测与检测验收 1 监测项目及频率
监测仪器应在打设塑料排水板后，铺设密封膜前布设,其数量及布设应满足设计要求。施工过程中应对地表沉降、膜下真空压力、孔隙水压力、侧向位移、深层分层沉降、地下水位等项目进行监测由于检测设备与技术限制，施工单位一般只进行地表沉降监测，其余项目均由第三方专业检测单位实施。各监控项目的观测频率应满足下列要求:
1)膜下真空压力每2～4h观测1次。
2)孔隙水压力、地表沉降和塑料排水板内部真空压力在加载初期每天1次，
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中后期2～4d观测1次。
3)其余监控项目在加载初期每1～2d观测1次，中后期3～5d观测1次。 4)加固区周围有建筑物和地下管线或采用真空联合堆载预压时对侧向位移加密观测。
2 验收
真空预压抽真空持续时间应符合设计要求，设计无要求时应持续2～5个月。真空压力每4h观测一次，衡量是否达到预压要求，是以膜内真空度的最低值不小于80kPa，并且保持稳定。地基表面沉降量控制采用双控，即累计沉降量达到设计要求；且在确保真空度不低于80kPa时，连续5d的日平均沉降量不大于0.5mm，地基固结度已经达到设计要求的80%时，经有关各方验收，即可终止抽真空。
施工结束后应钻探取土进行土工试验以及现场检查地基土十字板剪切强度，静力触探值及要求达到的其它物理力学性能。
6.2.6设备拆除与清理
所有的设备、管网都应进行保护性拆除，滤水管网起出后，应将管内的泥土用水冲洗干净，晾干后集中堆放以备再用。射流泵和清水泵都应检修保养，真空表应进行校验。塑料薄膜也应清理干净，挡水埝应就地平整。 7.劳动力组织
真空预压施工每10000㎡工程量的劳动力计划见表1，具体可根据工程规模等情况进行调整，以满足施工略有富余为原则。
表1 施工作业劳动力配备 序号 1 2 3 4 5 项目 铺筑砂垫层 插板作业 挖膜沟、筑埝 铺膜 设备安装 工种 普工 机械操作工 指挥 普工 普工 普工 电工 钳工 普工 电工 6 抽气运行 钳工 测量工 运行工 6
人数 20 2 1 6 10 10 4 4 10 2 1 2 3 备注 人工配合小型机具 按1台桩机1个作业班配备 以每10000m临时配备 以每10000m临时配备 以每10000m配备 222按三班制运行，每班正常人员配备（白班进行修补，增加普工3～4人）
普工 4 8.主要机具设备 真空预压工程主要施工机械设备见表2，具体数量和机械型号等根据工程规模、特点等进行调整配备，以满足施工略有富余为原则。
表2 每10000m2所需主要机具数量
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 名称 真空射流泵 滤水管 塑料薄膜 真空表 沉降观测标尺 自动控制记录仪 3HA-9型离心式水泵 IJB-16型履带式插带机 单位 台 m m 块 件 套 台 台 2数量 6～8 1400～1600 35000～38000 12～16 20 1～2 3～5 1 备注 9.质量控制 9.1易出现的质量问题
9.1.1有砂垫层中夹杂石块等杂物刺破密封膜；
9.2.2塑料排水板打设时排水板扭结、断裂或淤泥进入带芯堵塞输水孔，影响到塑料排水带的排水效果。 9.2保证措施
9.2.1整平加固区场地，清除杂物，并铺设砂垫层。为避免塑料密封破损，砂垫层表面不得存留石块及其他尖利杂物。
9.2.2 滤管周围须用砂填定，并用磁盘埋好，埋砂厚度以5cm左右为宜。砂料中的石块、瓦砾等尖利杂物必须清除干净，以免扎破密封膜。
9.2.3 铺膜挖沟时挖出的土堆在沟边平地上，不得堆在砂垫层上。还应避免砂粒滑入沟中。薄膜应事先仔细检查，铺设时四周应放到沟底，但不要拉得过紧，沟中回填的粘土要密实且不夹杂砂石。
9.2.4 塑料排水带滤水膜在转盘和打设过程中应避免损坏，防止淤泥进入带芯堵塞输水孔，影响到塑料排水带的排水效果。
9.2.5 打设塑料排水带时严禁出现扭结断裂和撕破滤膜等现象。 10.安全措施
10．1主要安全风险分析
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主要安全风险包括施工现场用电安全、机械伤害等方面。 10．2保证措施
10.2.1无论是电工或运行工，上岗值班必须两人同岗，严禁单人上岗。必须坚持定期安全检查制度。强风、暴雨后应立即进行线路和用电设备检查。 10.2.2 插桩作业如遇雷雨天，必须停止作业，并把桩管插入地里。 10.2.3 机械作业插板机卷扬机钢丝绳必须经常检查，及时更换。震动锤的所有紧固件必须有防振自锁装置，并要经常检查、紧固。
10.2.4 插板作业必须专人指挥，特别是穿桩靴的人员必须动作协调，严防人身伤害。 11.环保措施
11.1 加强对施工燃料、工程材料、设备、废水、生产生活垃圾的控制和治理，对产生的废弃物集中存放，集中处置。
11.2 对施工现场、运输便道等易产生粉尘的地段定时进行洒水降尘，勤洗施工机械车辆，使产生的粉尘污染程度减至最小。 12.应用实例 12.1工程简介
广州大学城市政道路工程一标段工程，我公司承建管段全长6.75km，其中软基处理主要工程数量有：真空预压15000㎡，水泥搅拌桩25.23万m，塑料排水板93.08万m。 12.2施工情况
标段地层全部为软土地基，地层自上而下依次为第四系人工填杂土、淤泥及风化变质岩，软土含水量大，强度低，不适宜直接填筑路基。其中真空预压处理部分抽真空加载时间持续85d，累计沉降量达到设计要求，且在规定真空度下连续5d的日平均沉降量不大于0.5mm，同时经对加固后地基进行检测，承载力满足设计要求。
12.3工程结果评价
软土处理效果良好，地基承载力得到了明显提高，达到了设计要求和预期目的。采用真空预压软基处理法，1台真空设备的加固面积一般为1000～1500m2，加固后达到相当于80kPa堆载预压的加固效果，与同等堆载预压相比，一般可降低造价1/3、缩短工期1/3。 12.4建设效果及施工图片
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图5 铺设好的密封膜
图6 开始抽真空
图7 开始抽真空
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