谈真空动力固结施工技术在吹填沙土地基处理中

在我国沿海地区，由清理航道吹填砂形成的滩涂和经过多年的潮涨潮落冲积而形成的沙岛，随着港口基础建设和临港工业园区的迅速发展，被充分地利用。这种粉沙层表面积大、孔隙率小，一般含水处于饱和状态，沙层的结构极不稳定，失去水后地基承载力显著增强，遇水后内部结构迅速破坏并使地基承载力减弱甚至消失。

真空动力固结强夯法处理对由吹填沙形成的滩涂地基，可消除土体液化，提高地基承载力和压缩模量，也适用于地基加固处理深度不超过15m的湿陷性黄土地基（包括严寒地区湿陷性黄土地基）。此软土地基加固方法具有施工方便、工程成本低、显著缩短施工工期，对环境污染小等特点。

1 工艺原理

真空动力固结法是将真空降排水技术和强夯技术有机结合起来，采用布设真空排水管，用真空泵抽真空法使地下水位在负压的情形下随真空泵的工作而强制排除，以降低表层地下水、加速超静孔隙水压力的消散，使土体的含水量逐步接近最优含水量并同时对土体进行有效预压，然后重锤强夯的一种地基加固方法，或称为动力固结方式或动力挤密法，就是当地下水下降到一定位置（根据要求加固的深度而定）后，拆除加固区真空管，利用起重机械将重锤（一般9t~15t）吊至一定的高度（>4m，根据需要的能量确定），使其自由下落，利用重锤下落时强大冲击能量来夯实地基浅层土体，经过重锤的反复夯击，迫使土体孔隙压缩，局部液化，在夯击点周围产生裂隙，形成良好的排水通道，使孔隙水和气体逸出，并使土粒重新排列，经时效压缩达到固结，从而达到提高地基表层土体强度和增加地基处理深度，扩散应力，减少地基差异沉降的目的，使地表面形成一层较为均匀的硬层。

2 工艺流程

2.1 真空排水强夯施工流程 准备工作—→铺放总管—→埋设支管—→支管总管连接—→真空泵安装—→调试—→抽水—→水位观测—→拆除—→平整场地—→测放强夯点—→强夯—→推平—→测量夯后沉降量—→根据需要降水强夯遍数重复上述流程—→检测地基承载力

2.2 高真空动力固结施工工艺说明 ①准备工作:场地平整、测设井位、布置总管、安装真空泵抽水机组；②成孔下管：水冲法成孔或机械成孔，外径约100mm～150mm，井管外露地面约20~30cm并在管井周围均匀回填土并振捣密实，以防漏气；③设备安装：井点管与总管、真空泵机组连接后，进行运行调试，检查是否有漏气及死管的情况，发现问题应及时采取措施进行补救；④抽水运行和水位测量：由专人昼夜巡查，检查真空度的变化、真空管是否正常、出水情况等，出水应先浊后清，并对降水水位进行勤监测，当水位降至要求后，报请现场监理、建设单位代表检查，符合降水水位要求后立即拆除降水管、保留外围封闭管准备强夯；⑤测量降水后原场地地面标高并记录，布置强夯点；⑥夯锤标定落距，将控制落距的脱钩器钢丝绳长度固定，保证强夯能量；⑦夯机就位，夯锤中心对准夯点位置并测量夯前锤顶标高，做好夯前记录；⑧将夯锤起吊到预定高度，开启脱钩装置，待夯锤脱钩自由落下后，放下吊钩测量锤顶高程，测量并记录每一锤击后的下沉量；⑨重复2.6 ～2.8 步骤，完成所有强夯；⑩整理夯击记录，同时整平碾压进行夯后地基检测。

3 特殊地质情况的真空排水强夯处理

①夯击时夯坑周围出现明显隆起，则要适当的降低夯击能量。②夯击时相邻夯坑内出现明显的隆起，其的隆起量大于5cm时，则要适当的降低夯击能量。③后一击夯沉量明显大于前一击夯沉量， 则要适当的调整夯击能量。④以下两种情况需要进行开挖排水沟排除地表水并同时辅以推土机碾压挤出表层水通过排水沟排除加固区域以外范围。a混合土体，如沙层中夹杂一层薄薄的粉质粘土，致使粘土层孔隙水消散缓慢或其含水不能有效地被排除土体外。b地表水丰富或地下水位较高。

4 质量检测

①检验项目：地基变形、土体含水量，静力触探等项目的检验；②含水量分析：每遍都需进行取样，检验频率每1000～2000m2一个检验点并做好记录；③水位监测记录：高真空排水期间，每天实测水位下降情况并做好记录；④夯后检测：根据规程要求检测地基承载力特征值不小于设计，以达到消除地震液化的目的；⑤大能量夯击时，最后两击贯入度之和不大于30cm；⑥每遍高真空抽水时间要根据土层含水量、水位监测情况确定，以确保强夯时的土体含水率为最佳状态；⑦工艺要求：每遍强夯之间间隔时间为7天或孔隙水压力消散至85％以上。

5 工程实例

华润电力（曹妃甸电厂）铁路专用线工程位于吹填砂形成的滩涂上，面积为150000m2，其中站场110600m2，主要由粉质砂粘土、粉细砂组成，浅层含泥量较高，呈松散状态，地基承载力仅在42 kPa~78 kPa间。设计要求采用真空动力固结法处理，加固深度6 m，加固后地基承载力不小于150kPa、含水量不大于28%。

根据设计地质勘探资料及现场实际地质情况，铁路专用线路基范围吹填土质严重不均，以吹填沙为主，局部夹杂着粘土，其中DK3+330~DK3+870段表层及地下2m左右有一层厚度为16cm~54cm的粉质粘土，表层有积水，加固宽度42m，地下水位高程为3.4m，地面高程为3.95m~4.35m，土体孔隙水处于超饱和状态。试验参照设计降水强夯布置图同时在两种土质条件下进行，沙层地质试验结果比较满意，施工技术参数也得到了设计、监理的认可；含粉质粘土的地质水位降到要求后，强夯出现了夯坑严重超标、越夯地质条件越差、使夯机无法正常行走作业的问题，经过再一次的降水过程，同样的问题再次出现。经钻孔取样分析，位于地表下2m左右的粉质粘土层孔隙水仍处于饱和状态，主要原因是粉质粘土渗透力没有沙土渗透力强，沙层中孔隙水很快被真空排除，这样检测到的降水水位反映的只是沙层地下水位高程，而粉质粘土中的饱和水没有有效排除。对此，我们采取在加固区外侧开挖排水沟2m深左右，重新分布排水管，纵向井管间距加密至2m，横向间距5m，在真空降水的同时，用推土机在两行排水管间来回碾压，使粉质粘土中的孔隙水在重压力的作用下逐渐渗出并同时对土体形成夯前预压，明显地改善了表层土结构状况。按照三遍降水三遍强夯后地基承载力不小于150kPa的要求，通过试验对每一遍真空降水强夯过程检测的数据（水位达到要求时所需的时间、每遍夯击完成后的地基承载力、土体含水量、尤其是夯击能量和每点每次夯击数、夯击贯入度等）的综合分析，确定了本项目真空动力固结法施工参数。同时证明吹填沙形成的滩涂表层夹杂粘土层的地基处理采用真空动力固结法施工应采取“开挖排水沟、推土机碾压配合真空强降水、调整夯击能量或小能量多击的夯击方式”的方法，可以有效降低粘土层饱和孔隙水，抑制沙层孔隙水压上升，能够有效地加速孔隙水压力消散、增加夯实效果，可谓事半功倍。