软土地基处理新工艺-高真空击密法.doc

摘要：高真空击密法是加固饱和软土的一种新的工艺方法，本文在对高真空击密法的技术要求、工艺流程特别是加固机理方面进行深入讨论与分析的基础上，通过对高真空击密法近年来在许多重大工程中的成功应用的详细介绍，说明了该方法不仅具有清晰的理论概念、有效的加固效果和低廉的工程造价，而且具有广阔的应用前景关键词：高真空击密法; 硬壳层; 压力差排水; 工后沉降工前完成; 成功实例随着我国工程建设的高速发展，饱和细颗粒地基土的处理效果与造价越来越为工程界所关注上海港湾软地基处理工程有限公司在1999年至2003年间，通过多项工程的试验研究，发明了“高真空击密法”软地基处理新工法(国家发明专利号ZL01127046.2，发明人：徐士龙——本公司法人)这是一种快速、质量可控、造价低和适应新近沉积及人工冲淤形成的饱和软土处理的新工法此专利，从科研到工程应用，在上海、广东、浙江、江苏、山东、辽宁、湖北、河北、安徽、天津等地的诸多重大工程的软土地基处理中得到成功应用，迄今施工面积已逾3000万m2，为建设单位节约了数亿元资金高真空击密法，是通过对需处理的软土体施加数遍高真空，并与之结合施加数遍相应的变能量击密，达到降低土体含水量，提高土体密实度和承载力，减少地基的工后与差异沉降量的地基土处理工法。

这是一种使土体形成高真空后施加不同能量级别强夯的工艺其加固原理为快速动力排水固结高真空排水—击密的多遍循环，两道工序的有机结合和相互作用是该法的独特机理与其它软土处理工法相比，高真空击密法具有下述特点：1. 单位面积施工工期为10~25天，是其它常规方法的1/3~1/2； 2. 工程造价低，一般仅为常规工法的40~80%； 3. 通过特有工艺可有效控制软土的含水量、密实度、工前沉降与差异沉降，快速提高土体的承载力，达到施工质量可控； 第一作者介绍: 吴价城(1940- ), 男, 教授级高级工程师, 博士生导师, 长期从事岩土工程及工程地质专业的科研与技术工作通过特有工艺可有效控制软土的含水量、密实度、工前沉降与差异沉降，快速提高土体的承载力，达到施工质量可控;可克服真空度沿塑料排水板深层衰减及塑料排水通道存在工后沉降较大的缺陷，以及克服一般强夯法对饱和软土施工易生产“弹簧土”的缺陷1. 高真空击密法的技术要点 高真空击密法属快速排水、快速击密固结的工法，施工设计有下述技术特点：1. 根据地层岩性特征采用特制的高真空系统强制调整土体的含水量，控制需处理的土体逐步接近加固密实的最优含水量； 2. 与控制所需处理土体逐步接近最优含水量相适应，同步用特制的大型击密设备对所需处理土体实施分遍击密，使之逐步接近最大密实度； 3. 施工中，根据土体的自振频率，调整击振频率； 4. 根据不同土体的渗透系数，含水量，分层多遍强制调整各层土的真空度，真空气量、平衡参数； 5. 按地基的处理深度要求，正确计算各种条件下土体击密所需的击振能量； 6. 正确确定超孔隙水压力消散时间与每遍击密的固结恢复时间，防止形成“弹簧土”。

7. 高真空击密法的工艺流程 通过我公司的大量实践，形成了高真空击密法的下列工艺流程：第一步，在详细研究即有地质资料的基础上，对施工现场需处理土体，进行详细勘察，取得土体的岩性、粒度、含水量、渗透系数等基础资料，分析场地饱和软土的分布规律及其在竖向的变化，为确定施工参数提供依据第二步，按快速动力排水固结法原理确定施工参数与控制工后沉降量；第三步，进行第一遍高真空击密；第四步，实施第一遍处理后的效果现场检测；第五步，按第四步的资料调整施工参数，进行第二遍高真空击密施工；第六步，进行第二遍处理后的效果检测；第七步，进一步调整参数，进行第三遍高真空击密施工…….最后，进行处理后的主要指标检测，包括工法实施产生的沉降量的测定，用静力触探试验、标贯试验及荷载试验、瑞利波法等测定加固土体的Ps、N63.5、fak等指标从上述工艺流程可见，根据详细的地质勘察资料和分次的击密效果检测资料不断调整施工参数，来逐渐接近设计目标是本工法一个主要特点，它体现了实践—认识—实践的不断深化过程，从而可确保施工的工程质量1. 高真空击密法对饱和软土的加固机理 众所周知，强夯法处理饱和软土地基的关键是孔隙水的排出和超孔隙水压力的快速消散。

本工法既是针对这一关键问题进行研究和提出解决办法的1. 高真空排水对饱和软土的固结作用 本工法的高真空排水对饱和软土的固结作用分为两个方面1. 第一遍高真空排水固结 通过特制与安设的高真空排水设备的排水，可迅速在所需处理的土体范围内生产高真空，促使孔隙水和孔隙气体快速排出而导致土体固结1. 压力差排水固结 第一遍高真空排水后实施的高能强夯，使所处理的土体在强夯产生的压缩波作用下形成超孔隙水压力和在剪切波作用下产生剪切破坏而形成渗水通道在随之而插入的高真空管作用下产生孔隙水压力差而加速孔隙水排出与超孔隙水压力消散，进一步导致土体的排水固结1. 孔隙水快速排出和超孔隙水压力快速消散下的高能强夯固结作用 由于每遍的高能强夯是在高真空排水及已对土体产生一定的排水固结的基础上叠加进行的，此时土的含水量大为降低，密实度已有所提高因此施加强夯后夯击效应得以迅速提高，土的密实度得以快速增大高真空排水与高夯能击密的互相配合与共同循环作用，使饱和软土体在短时间内迅速形成低含水量、高密实度的硬壳层，满足建筑物对地基土的荷载与沉降要求1. 高真空击密法对地基土工后沉降的控制 饱和软土地基的工后沉降（包括总沉降量与差异沉降）是地基土处理的一个核心问题。

高真空击密法试图利用快速动力排水固结形成的低含水量、高密实度硬壳层克服工后沉降的技术难题1. 地基土的总沉降控制在施工过程中完成 按设计对地基土的承载力与沉降要求，需加固的软土体的总沉降量，根据详勘地质资料和设计荷载，用分层总和法可预先计算出将这一计算出的总沉降量作为高真空击密施工的控制指标，通过多遍高真空排水—不同夯能击密的反复循环，使总沉降量逐步接近控制指标当最后一遍高真空击密趋近总沉降量后即可停工可以说，高真空击密法在一个工程中实施的遍数与总沉降量的控制直接相关，硬壳层的形成过程既是总沉降完成的过程这一效果在用高真空击密法完成的许多项目中得到了证实1. 大面积的相对均一的硬壳层可基本控制和调整差异沉降 迄今，用高真空击密工法实施的工程，单项工程的面积均在10万m2以上，最大的达160万m2，硬壳层的土体体积在60万m3~1000万m3以上如此大体积的硬壳体，如同在地基以下放置了一个大面积、大厚度的硬土板该板在上层建筑物的作用下，外侧受限，下面受压力水头的顶托而且下层软土难以形成排水通道而较难在荷载附加应力作用下产生变形只要上面的建筑物没有超出设计对地基土荷载的要求，基础对地基土的应力大多可在硬壳层内消散，硬壳层以下土体的附加应力可能远比用其它方法处理的软土下层土的小。

用本法完成的工程在使用后证实，人们所担心的后期沉降与超设计的差异沉降实际要小于按土力学力法的计算的数值，运行了一年多的上海浦东国际机场第二跑道(111万m2，不均匀沉降≤1/1000)、上海F1塞车道(不均匀沉降≤1/1200)都完全满足了设计要求就是例证1. 工程实例 上海港湾软地基处理工程有限公司采用“高真空击密”工法至今已完成了2200余万m2的饱和软土的加固施工，涉及的领域包括机场、港口、道路、堆场、工厂厂区、仓库、船坞等，范围达到上海、江苏、浙江、广东、山东、天津、河北、辽宁等省市，为工程建设节约了数亿元投资1. 应用高真空击密工法的主要项目 到目前为止，高真空击密法已经在大量工程中成功应用，具体如表1所示表1 高真空击密法成功应用实例 序号 工程名称 工程量(万m2)施工日期 技术要求 备注 1上海港外高桥二、三、四、五期 4001998.5~2003.12fak≥150kPa大型拖本车(单轮压9T)项目被上海科委鉴定为“达国际先进水平” 2上海浦东国际机场二跑道 1102003.6~12不均匀沉降<1/1000工后沉降<10cm节约投资2000万元专家组鉴定为“国内第一”，大大超过设计标准。

3上海F1塞道 试验路段 2002年 不均匀沉降<1/1200 4常熟兴华港二、三期道路仓库 452002.4~2003.12fak≥150kPa处理深度8~10m 5上海保税区集装箱物流堆场 1032004年   6宁波港三期集装箱堆场 462003.8~2004.1处理深度8m吹填粉煤灰 获宁波市科技成果一等奖 7上海临港新城道路 4002003.2004年 城市观光大道  8山东济南202国道 452004年 一级公路  9广东湛江奥里油电厂 322003.10~04.6处理深度6m， fak≥120kPa吹填粉煤灰 10江苏铁本钢铁公司矿场、轨道基础 602003处理深度>16m8m以内fak≥120kPa分级加载fak达250kPa11上海东方油罐HVDM加充水预压 12个化学罐 2003.7~10处理深度20m 工后沉降≤10cm 12广东顺德美的第五工业区厂房 102005年5~8fak≥120kPa 13青岛大炼油厂区道路及装量区 602005.6至今 高速公路标准 化工管线 14江苏启东滨海工业园区道路 802005.5至今 高速公路标准 城市道路标准 15天津塘沽开发区道路 102005.2~05.8高速公路标准 fak≥100kPa1. 工程实例 1. 常熟兴华港二期道路与堆场工程 2. 工程概况 工程位于常熟北约26km的长江边。

地层自上至下分为：第一层吹填粉细砂，厚1m~3m;第二层粘土及粉质粘土，厚1~2m，厚度较均匀，平均含水量为34%，孔隙比0.9；第三层淤泥及淤泥质土，分布不均，厚度变化较大，在0m~6m之间，夹粉砂层，平均含水量43%，孔隙比1.16，属高压缩性土层；第四层粉细砂，中密状道路设计承载力为120kPa，但实际使用时有超150kPa的情况1. 主要施工工艺 采用高真空击密法施工，施工参数见表2表2 常熟兴华港二期工程高真空击密法施工参数 施工顺序 真空管点间距(m)高真空强排水时间(d)夯击能量(kN.m)夯点间距(m)每点击数 第一遍 3.5×4.010~1530007.0×7.08第二遍 3.5×4.08~1218002.5~3.56第三遍 点距3m 排距12m  用大功率调频调幅振动压路机击振密实   1. 加固前后土的平均物理力学指标对比 加固前后土的平均物理力学指标见表3从表3可见，粉质粘土和淤泥质粉质粘土夹粉砂层加固后的各项指标有较大的改善，其增加的有效密度分别为397kPa和118kPa，表明相对120kPa的使用荷载，加固后的粉质粘土已处于超固结状态冲填砂的Ps值加固后提高了近1.4倍，施工满足了设计要求。

表3 土的物理力学指标对比 土层名称 测试时间 天然含水量W(%)干重度γ2(kN.m-3)孔隙比e压缩摸量ES(MPa)比贯入阻力ps(MPa)冲填砂 加固前 29.4012.400.。