真空预压地基处理施工工法.doc

粘土密封帷幕+真空预压地基处理施工工法一、前言真空预压施工技术相对于其它地基处理方式有造价低，场地适应性强、适用面广，环保施工等诸多优点，对缓解我国沿海地区用地紧缺、实现资源整合利用有着重要作用。在青岛地区房屋建筑领域，该技术应用较少，但是随着城市化的进程加快，在新兴城区的市政交通领域中开始大面积应用。我公司施工的规划东31#线道路软基处理工程采取了真空预压工艺，通过在场区四周打设粘土帷幕桩的方式解决了存在粉土、砂土等透水透气层时的密封难题，保证了膜下真空度满足设计要求。二、工法特点本工法是在软粘土中设置竖向塑料排水带，上铺砂层，加固区周边打设粘土密封帷幕，顶部再覆盖薄膜封闭，抽气使膜内排水带、砂层等处于部分真空状态，排除软土中的水分，使软土预先固结以减少地基后期沉降的一种地基处理方法。三、适用范围该工艺适用于非固结或欠固结软弱土地基的表面加固，适用于处理淤泥质土、淤泥和冲填土等饱和粘性土地基，一般加固深度可达10m，随着技术及材料设备的不断发展，目前可处理深度已达20m以上。我国沿海不少地区，第四纪海相沉积层厚度大，土的粒径细，天然含水率较高，孔隙率较大。上述地质经过真空预压，可使其承载力成倍提高。当存在粉土、砂土等透水透气层时，加固区周边应采取粘土密封帷幕确保膜下真空压力满足设计要求。四、工艺原理该工法在存在粉土、砂土等透水透气层时，加固区周边应采取粘土密封帷幕，利用整张的塑料密封膜在土体表面形成密封罩，罩内的塑料排水板、滤水管、砂垫层连通成为一个密闭系统，在真空泵的作用下，在密封罩下的土体内形成真空负压。由此，一方面将土体内原有的孔隙水压力降低；另一方面，在罩外大气压力作用下以及罩内上部土体失去饱和水对土体浮力后增加了对下部土体的作用力，使下部土体的有效应力增大，从而达到固结的目的。（见图1）。图1真空预压地基处理示意图五、施工工艺流程及操作要点工艺设备安装阶段前期准备阶段工作垫层铺滤水层试抽气检查修补抽气观察停泵观察验收清理拆除筑挡水埝铺密封膜管道水泵安装挖压膜沟正式抽气施工监测真空预压阶段粘土帷幕插排水板1施工工艺流程图2施工工艺流程图2施工操作要点2.1施工准备阶段对于表面软弱的地基，必须先做工作垫层，以使加固工作得以进行。2.1.1工作垫层工作垫层由铺荆笆（或土工格栅等）和填风化砂两道工序组成，做法为：先铺荆笆，选用当年柔韧的荆笆，在软土表面按顺序满铺24层，荆笆的块与块之间搭接200mm，并用1416#铅丝按500mm间距绑扎牢，层与层之间要错缝。然后填风化砂，厚度不小于400mm。填土只能由小型机械（如翻斗车等）采取端进法进行，严禁用大型机械作业，亦禁止在加固区内堆放土，以防止被加固土受到扰动而影响下道工序施工和造成回填材料浪费。2.1.2铺滤水层滤水层的材料通常用中粗砂，其作用是在土体上表面形成水平排水通道。砂料含泥量不大于5%，渗透系数不宜小于510-3cm/s。滤水层厚度一般不小于400mm，作业要求表面平整，厚度均匀，厚度误差不大于20mm，如原来地势高低起伏太大时，在铺风化砂和铺滤水层时设法调整。铺滤水层也宜用小型机械作业进行。2.2工艺设备安装阶段 工艺设备安装包括插塑料排水板，打设粘土帷幕、安装滤水管网、真空泵、真空表，挖压膜沟，铺密封膜及填筑挡水埝等工序。图3常用排水板示意图2.2.1插塑料排水板2.2.1.l排水板SPB型塑料排水板，是专门用于土体排水的专用材料，用于竖向排水的有A、B、C、D四种型号，其排水能力依次增大。常用塑料排水板由槽形塑料芯带和透水性很好的加厚无纺布组成。常见断面见图3，其中型板使用较多，其排水效果更好。2.2.1.2插板机插板机是将塑料排水板按设计要求的深度插入地基土内的施工机械。按动力性能分为振动插板机和液压插板机，常用振动插板机。按行走方式分为步履式、履带式和轨道式，步履式场地适应性强，比较常用。按同时插板数量分为单板式和双板式。2.2.1.3插板机的工作原理图4常用桩靴示意图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板的钢套管插入地下，当套管向上拔起时，位于钢管下端的桩靴把排水板留滞在地下，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4A所示的角钢桩靴用于穿透土层中有砾石或硬层的地基，图4B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4A所示方法缝合，以防排水板从桩靴上拔脱，角钢桩靴的长度应比桩管直径大20mm，以便让淤泥挂住桩靴把水板留在桩孔内。钢筋桩靴一般不用缝合，因为当排水板露出桩尖时，由于淤泥迅速回涌便将排水板弯折部分挤贴在一起，加之钢筋两端露在排水板外头，足可以将排水板锚固住。2.2.1.4插板的操作要点（1）插板前应根据设计要求和地块形状，进行布点平面设计，接近加固区周边的排水板应离开铺膜沟中心线12001500mm，排水板间距一般为0.71.3m。插板机转向比较困难，因而行走方向应沿地块长方向安排。（2）排水板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500mm。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，待确认排水板下端锚固好后再加快拔管速度。（3）计算单根排水板长度时，除计算设计插桩深度到滤水层上表面的长度外，还应考虑桩尖锚固时折起长度200mm和滤水层上表面加长200mm。因为桩孔中土体在回涌时，会把排水板向下拉，故要求桩孔应及时回填，回填时还需把排水板向上拉一下，以保证排水板上端在滤水层内的埋置长度。（4）排水板出厂时每盘长度200m，由于一般不允许有接头，必然有大量零头不能使用，估价时必须按实际计算。（5）大面积施工时，应考虑插板机退出的停机位置及道路。2.2.2粘土帷幕2.2.2.1工程概述当存在粉土、砂土等透水透气层时，为了保证软基加固的处理效果，在软基加固两侧外边线处设置粘土帷幕。粘土帷幕桩一般采用四搅二喷工艺。粘土帷幕桩桩应穿过透水层，保证进入不透水层1m以上。粘土帷幕厚度一般不小于1.2m，多采用双排700mm粘土搅拌桩，帷幕形成后渗透系数应小于110-5cm/s。粘土浆液要根据实际地质情况，原地层渗透性能配制，各工程甚至各施工区段都会有所不同。本工程中采取粘土浆液配比为：1（水）:1.2（优质粘土）。2.2.2.2施工工艺流程场地平整、测量定位搅拌机定位搅拌下沉喷浆提升重复搅拌下沉、喷浆提升搅拌机关闭并清洗进行下一粘土桩施工。2.2.2.3钻机就位及调直组装架立搅拌桩机。检查主机各部的连接、试调情况及浆罐、管路的密封连接情况是否正常，做好必要的调整和紧固工作，排除异常情况后，方可进行操作。安装钻机时，将钻机对准桩位，调平桩机机身以保证桩的垂直度。2.2.2.4钻进桩机调正后，启动主电机钻进。钻深由深度尺盘确定。当深度尺盘达到预定数量后，停止钻机，钻头反转，但不提升，等待送料。为保证桩身搅拌均匀，下沉速度不宜大于1m/min。2.2.2.5送料打开送料阀门，喷送素粘土浆液。注浆压力为0.3Mpa0.8 Mpa，以浆液输送能力控制。2.2.2.6钻头提升确认浆液已到桩底后提升搅拌钻头，在桩底停滞约3min，即可保证加固浆液到达桩底，提升到设计标高时停止喷浆，停止喷浆深度应结合搅拌提升的速度确定。在尚未喷浆的情况下不可进行钻机提升工作，提升速度不宜大于2m/min。2.2.2.7停止提升搅拌钻头提升到桩顶时停止提升，在原位转动3min，以保证桩头的均匀密实。2.2.2.8重复搅拌将搅拌钻头边旋转边向下钻至设计桩底深度，然后再提升出地面进行第二次搅拌。2.2.2.9停机将搅拌钻头提升到地面以上，停止主电机，填写施工记录。准备进行下一根桩的施工。2.2.3铺管网和设备安装。2.2.3.l滤水管滤水管一般采用60mm70mm聚氯乙烯硬塑料管制作，在管壁上按每60mm钻一圈10mm小孔，每圈为6个孔。然后在管表面包裹两层土工布，并用16#铅丝按每100mm一道绑扎牢，管接头可用配套的塑管接头，图5滤管及真空泵布置示意图滤管真空泵也可用胶管接头。安装和绑扎时都应注意把绑扎铅丝一顺向下，以防朝上时扎破上面的密封膜。滤水管应埋在滤水层的中间，上下厚度要均匀。滤水管网的常用布置见图5。滤水管的横向间距一般为67m，纵向间距一般为3040m，外侧管距膜沟中心线距离不大于4m。2.2.3.2真空泵射流式真空泵是由射流器、离心式清水泵、循环水箱等组成，真空泵是真空预压的关键设备，其性能好坏直接影响加固效果。一般要求真空泵单机功率不低于7.5KW，在进气孔封闭的情况下形成的真空压力不小于96KPa。真空泵宜均匀布置在加固区四周，必要时也可布置在加固区中部，每台设备的控制面积宜为9001100m2。2.2.3.3预压分区划分和工艺系统设计（1）预压分区是指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，加固单元的面积一般为2000040000m2，不宜小于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。（2）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。2.2.4密封膜2.2.4.1密封膜是采用厚度为0.120.16mm的聚乙烯或聚氯乙烯薄膜按整块加工尺寸经热缝合而成。加工尺寸每边比设计尺寸至少长出4m，另要考虑地形地质情况及温差变化影响。2.2.4.2铺膜 密封膜铺二层，铺膜前应先将压膜沟挖好。铺膜应选择无风的好天气，铺膜工作要在白天一次完成，铺膜要集中人力，一块20000m2的地块，铺膜的人数不少于50人，并要准备足够数量的氯丁胶和2台高频热合机及部分备用的整卷密封膜。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，当第一张膜铺开后应组织所有人员一字摆开认真检查密封膜有无开焊、破孔，并及时修补。第一层膜修补后才能铺第二层。相邻两层膜的合缝必须错开500mm以上，严禁焊缝重叠。修补孔洞可用小块薄膜，要求用湿布将破孔周围和小薄膜擦洗干净，再分别涂刷氯丁胶，待胶干燥（以手指摸着不粘为好）后将小块膜粘帖在破孔处，以两层膜间没有气泡即可。大片撕裂处要用热合机缝合。铺膜后应立即填压膜沟，以防遇大风将膜掀坏。2.2.4.3压膜沟与挡水埝 为了保证压膜沟的密封质量，压膜前如沟内无积水时需先往沟里灌200300mm深的水，压膜时先把膜浸入水底，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，并分层轻轻夯实。膜沟填实后再做挡水埝，埝高600800mm，同一地块的埝顶要在同一平面上，高差不大于100mm，为防止冲刷和便于行走，埝顶要求压两层草袋装土。2.2.4.4局部密封 抽气管需穿过密封膜，膜和滤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，又要防止抽气时滤管将膜拉裂。2.3预压2.3.l试抽气 抽气开始时，要把所有的抽气泵都开动，并认真观察真空度的变化，正常情况下，开泵后24h，泵口处的真空度就能达到20kPa，此阶段要多安排一些人在地块内和膜沟附近认真巡查.寻找漏气部位，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。巡查时要特别注意压膜沟有无漏气，如有漏气一定要及时停泵修理，否则会造成膜沟决口，增加修复难度。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，如沉降呈塌形时要剪开密封膜用砂子填平； （3）真空表等作业设备是否正常；试抽真空时间宜为710天，膜下真空压力应达到6080KPa；若低于此值即属不正常，应立即查找原因及时处理。试抽开始，即应进行真空压力、沉降值等参数观测。2.3.2抽气经过检查、修理，再抽气时真空度提高很快，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。试抽气完成，如情况正常，便可向埝内灌水，在无外来水源时可用抽出的地下水。覆水要求把所有的密封膜都浸在水里。覆水有两个作用，一是可增加整个系统的密封性能；二是可以起到保护密封膜的作用，减缓膜的老化和外力损伤。正常抽气时间一般不低于三个月，具体根据设计要求时间及卸载标准执行。2.3.3施工监测施工过程中应对以下项目进行监控：（1）地表沉降；（2）深层分层沉降；（3）地下水位。施工监测一般由建设单位委托第三方进行监测，以监测结果推算预压效果是否达到设计要求。2.3.4真空预压的技术要求衡量是否达到预压要求，是以地基沉降量为控制标准。膜内真空度的最低值不小于设计值，并且保持稳定。地基沉降量控制采用双控： （1）累计沉降量（包括插排水板前的沉降量），达到设计要求； （2）在确保真空度不低于设计值时，连续10d的日平均沉降量不大于2mm（具体标准按设计要求）。2.4清理、拆除验收合格后，即可拆除设施，所有的机械、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，凉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，密封薄膜也应清理干净，挡水埝应就地平整。滤水层所用的砂子，可与建设单位协商处理，必要时可以部分回收。六、材料与设备每预压面积20000m2计算所需材料及设备参考表 表1序号名称单位数量备注1荆芭m2800004层2风化砂m380003排水砂m380004塑料排水板m200000根据设计深度打设，暂按10m5密封膜m2240003层6滤管m410007真空射流泵台208真空表个20不计监测所需七、质量控制措施1排水砂进场前，需取样送质量工程师认可及相关质量检测鉴定单位检验，检验合格后，方允许进场使用。2塑料排水板的材料性能尤其是竖向排水能力应满足工程需要。 3真空预压的总面积不得小于建筑物基础外缘所包围的面积，且应超出建筑物基础外缘23m。每块薄膜覆盖的面积应尽可能大，如需分块预压时，每块间距不宜超过24m,且每块预压区应至少设置两台真空泵。 4塑料排水板间距和打设深度应满足设计要求，回带长度不得大于500mm，深度除满足设计要求外，其底部应高出下层透水层1m左右。5塑料排水板打设完毕并验收合格后，应及时仔细地用砂垫层砂料把打设时在每根塑料排水板周围形成的孔洞回填好，否则，抽真空时这些孔洞附近的密封薄膜很容易破损，造成漏气，从而难以达到和维持要求的真空度。6粘土帷幕是否有足够气密性是保证膜下真空度的关键因素。粘土帷幕的打设必须根据实际地质情况调整，必须穿透透水层，进入不透水层1m以上。7管道出膜处应与出膜装置妥善连接，以保证密封性。膜外水平管道上应接有阀门。8真空预压的密封膜应采用抗老化性能好、韧性好、抗穿刺能力强的不透气材料。密封膜热合时宜用两条热合缝的平搭接，搭接长度应大于15mm。密封膜宜铺设3层。密封膜铺设前应仔细检查有无尖利物等可能致密封膜破损的因素存在，防止漏气。9在铺设聚氯乙烯密封膜时应注意在真空加固块的四周，密封膜四边应保留有至少4m富余压边条。10抽真空期间必须保证电力连续供应，不得中途断电，以使真空度在最短时间内达到并长期维持设计值。如外部供电不能保证，需准备充足的发电机。八、安全注意事项真空预压作业场地空旷，无竖向交叉作业，主要安全管理点位用电安全和机械作业安全。1用电安全1.1由于真空预压大都在空旷荒野施工，施工作业人数少，又处在前期开发阶段，一般不可能有良好的电源条件，加之预压阶段是带水作业，因此用电安全必须高度重视。l.2施工电缆必须实行“三相五线”制。所有用电设备必须安装防漏电保护器，所有的配电箱、闸刀箱必须使用符合规定要求的闸箱。进出闸箱的电源线必须固定牢，并用橡胶护套保护。1.3固定电源线应尽量架空，无法架空时，必须采用防水橡胶电缆，拖地电缆必须符合耐压要求，严禁使用已老化的旧电缆或不合格的产品，所有的电缆接头必须有严格的防漏电措施，并用木杆将接头竖起架离地面。1.4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。1.5插桩作业如遇雷雨天，必须停止作业，并把桩管插入地里。2机械作业2.l插板机的安装、拆卸必须有专人指挥，登高作业的人员必须具有足够的自我保护能力和防护措施。2.2两班制或三班制作业必须执行班前交接制度和班后保养制度。机上人员必须遵守“清洗、润滑、调整、紧固、防腐”作业制。2.3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。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。2.5所有机械检修时，必须切断电源，并把闸箱锁起来。九、技术经济指标1、技术指标分析膜下真空度的保证是确保真空预压效果的关键环节，本工法采用粘土帷幕桩和密封膜双重措施来保障预压体系的气密性，以达到膜下真空度设计值的保证。相比传统的真空预压工艺，本工法膜下真空度设计值保证度较高，土体固结周期短，承载力提升较大。2、经济指标分析 每20000m2工程直接费用参考表 表2序号名称单位工程量单价(元)直接费(元)备注1场地平整m2200000.8160002荆芭m28000075600004层3风化砂垫层m38000403200004排水砂垫层m38000604800005塑料排水板m20000048000006粘土帷幕桩m36000351050000按2排，700，桩长6m7覆膜及预压m220000701400000合计4626000231.3元/m2十、应用实例在青岛市xx城市道路路基处理中，广泛采取了真空预压处理方式。其中我公司施工的高新区规划东31#线路基工程，真空预压面积67591.78m2，打设粘土帷幕桩56031.6m，打设塑料排水板654869.7m，地基处理深度约10m，现已完成施工，经施工监测取得了良好的效果。