第二章 地基与桩基工程施工技术

第一节 真空预压法加固软土地基施工技术

一、主要技术特点

1．基本概念

真空预压法是在需要加固的软黏土地基内设置砂井或塑料排水板，然后在地面铺设砂垫层，其上覆盖不透气的密封膜使软土与大气隔绝，然后通过埋设于砂垫层中的滤水管，用真空装置进行抽气，将膜内空气排出，从而在膜内外产生一个气压差，这部分气压差即变成作用于地基上的荷载，如图2-1所示。地基随着等向应力的增加而固结。抽真空前，土中的有效应力等于土的自重应力，抽真空一定时间的土体有效应力为此时土的固结度与真空压力的乘积值。

2．适用范围

真空预压法适于饱和匀质黏性土及含薄层砂夹层的黏性土，特别适合新淤填土、超软土地基的加固。但不适合在加固范围内有足够的水源补给的透水土层，以及施工场地狭窄的工程进行地基处理。

3．技术原理

真空预压作用下土体的固结过程，是在总应力基本保持不变的情况下，孔隙水压力降低，有效应力增长的过程。

真空预压法原理如图2-2所示。首先在需要加固的地基上铺设水平排水垫层（如砂垫层等）和打设垂直排水通道（袋装砂井或塑料排水板等）。在砂垫层上铺设塑料密封膜并使其四周埋设于不透气层顶面以下至少50cm，使之与大气压隔离。然后采用抽真空装置（射流泵）降低被加固地基内孔隙水压力，使其地基内有效应力增加，从而使土体得到加固。

由于塑料密封膜使被加固土体得到密封并与大气压隔离，当采用抽真空设备抽真空时，砂垫层和垂直排水通道内的孔隙水压力迅速降低。土体内的孔隙水压力随着排水通道内孔隙压力的降低（形成压力梯度）而逐渐降低。根据太沙基有效应力原理，当总应力不变时，孔隙水压力的降低值全部转化为有效应力的增加值。孔隙水压力从图2-2中原孔隙水压力线变为抽真空后降低的孔隙水压力线，其孔隙压力的降低量全部转化为有效应力的增加值。所以，地基土体在新增加的有效应力作用下，促使土体排水固结，从而达到加固地基的目的。因为抽真空设备理论上最大只能降低一个大气压（绝对压力零点），所以，真空预压工程上的等效预压荷载理论极限值为100kPa，现在的工艺水平一般能达到80～95kPa。

二、主要技术指标

1．真空分布滤管的布设

一般采用条形或鱼刺形两种排列方法，如图2-3所示。

2．预压区面积和分块大小

采用真空预压处理地基时，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，真空预压加固面积较大时，宜采取分区加固，分区面积宜为20000～40000m2。每块预压面积宜尽可能大且相互连接，因为这样可加快工程进度和消除更多的沉降量。两个预压区的间隔也不宜过大，需根据工程要求和土质决定，一般以2～6m较好。

3．膜内真空度

真空预压效果与密封膜下所能达到的真空度大小关系极大。当采用合理的施工工艺和设备时，真空预压的膜下真空度应保持在650mmHg以上，相当于95kPa以上的真空压力，此值可作为最小膜下设计真空度。真空预压所需抽真空设备的数量，可按加固面积的大小和形状、土层结构特点，以一套设备可抽真空的面积为1000～1500m2确定，且每块预压区至少应设置两台真空泵。

4．平均固结度

加固区压缩土层的平均固结度应大于90%。

5．变形计算

先计算加固前建筑物荷载下天然地基的沉降量，再计算真空预压期间所完成的沉降量，两者之差即为预压后在建筑物使用荷载下可能发生的沉降。预压期间的沉降可根据设计所要求达到的固结度推算加固区所增加的平均有效应力，从固结度有效应力曲线上查出相应的孔隙比进行计算。

6．排水竖井的间距

排水竖井的间距可根据地基土的固结特性和预定时间内所要求达到的固结度确定。设计时，竖井的间距可按井径比n选用（n=ds/dw, ds为竖井的有效排水直径，dw为竖井直径，对塑料排水带可取dw=dp, dp为塑料排水带当量换算直径）。塑料排水带或袋装砂井的间距可按n=15～22选用，普通砂井的间距可按n=6～8选用。

7．砂井

砂井的砂料应选用中粗砂，其渗透系数应大于1×10-2cm/s。

8．排水通道

真空预压竖向排水通道宜穿透软土层，但不应进入下卧透水层。软土层厚度较大，且以地基抗滑稳定性控制的工程，竖向排水通道的深度至少应超过最危险滑动面3.0m。对以变形控制的工程，竖井深度应根据在限定的预压时间内需完成的变形量确定，且宜穿透主要受压土层。

9．真空预压区

真空预压区边缘应大于建筑物基础轮廓线，每边增加量不得小于3.0m。每块预压面积宜尽可能大且呈方形。

10．密封膜

密封膜内的真空度应稳定地保持在80kPa以上。

11．真空预压膜

真空预压的膜下真空度应稳定地保持在650mmHg以上，且应均匀分布，竖井深度范围内土层的平均固结度应大于90%。

12．滤水管

滤水管的周围应该填盖100～200mm厚的砂层或其他水平透水材料。

13．真空预压加固面积

较大时，宜采取分区加固，分区面积宜为20000～40000m2。所需抽真空设备的数量，以一套设备可抽真空的面积为1000～15000m2确定。

14．预压后建筑物

预压后建筑物使用荷载作用下可能发生的沉降应满足设计要求。

15．地基承载力

当地基承载力要求更高时可联合堆载、强夯等综合加固。

三、施工技术应用

1．施工设备

真空预压主要设备为真空泵，一般宜用射流真空泵。

2．技术应用范围

适用于软土地基的加固。在我国广泛存在着海相、湖相及河相沉积的软弱黏土层，这种土的特点是含水量大、压缩性高、强度低、透水性差。该类地基在建筑物荷载作用下会产生相当大的变形或变形差。对于该类地基，尤其是需大面积处理时，譬如在该类地基上建造码头、机场等，真空预压法是处理软土地基最有效的方法之一。

3．施工技术要点

1）场地整平

施工前对预加固场地先进行场地整平，并对原地面进行方格网测量，准确确定场地标高。

2）铺设砂垫层

砂垫层也称为水平排水垫层，其与竖向排水体相连通，在排水加固过程中起水平向排水作用。

水平排水体一般采用透水性好的中粗砂，在砂源缺乏的地区，也可因地制宜采用其他符合设计要求的透水材料，如级配好的碎石，适宜的土工合成材料、土工网垫等。无论选用何种材料，作为水平排水通道，其必须具备渗透功能，并能起到一定程度的反滤作用，防止细的土颗粒渗入垫层孔隙中堵塞排水通道，影响排水效果。水平排水体的施工可采用机械施工或人力铺设，在一些地基强度极低的地基上进行水平排水垫层施工，应采用人工作业，并采取相应的施工措施，以保证地基稳定。能采用机械作业的，也只能是轻型机械，设备的接地压力应小于50kPa。

当采用大面积吹填中粗砂垫层施工时，要保证吹填中粗砂的质量，以防止出现“拱泥”这一现象。为了解决这一问题，一般采用在吹泥管口设置消能头的方法。吹砂施工时加固场区应设置多个软管同时进行作业，均匀填筑，并定期移动软管，避免吹砂过度堆积在某一区域，造成吹填厚度不均，从而保证地基土在吹填过程中的稳定性。

3）打设塑料排水板

塑料排水板平面布置、打设深度、质量要符合设计要求。

4）真空管路布置

（1）真空预压抽气设备

真空预压的抽气设备宜采用射流真空泵，空抽时必须达到95kPa以上的真空吸力，真空泵的设置应根据预压面积大小和形状、真空泵效率和工程经验确定，但每块预压区至少应设置两台真空泵。

（2）真空管路设置应符合以下规定：

①真空管路的连接应严格密封，在真空管路中应设置止回阀和截门。

②水平向分布滤水管可采用条状、梳齿状及羽毛状等形式，滤水管布置宜形成回路。

③滤水管应设在砂垫层中，其上覆盖厚度为100～200mm的砂层。

④滤水管可采用钢管或塑料管，外包尼龙纱或土工织物等滤水材料。

5）密封膜

（1）密封膜应符合如下要求：

①密封膜应采用抗老化性能好、韧性好、抗穿刺性能强的不透气材料。

②密封膜热合时宜采用双热合缝的平搭接，搭接宽度应大于15mm。

③密封膜宜铺设三层，膜周边可采用挖沟埋膜，平铺并用黏土覆盖压边、围埝沟内及膜上覆水等方法进行密封。

（2）压膜沟

压膜沟可根据需要选择机械挖沟或人工挖沟。压膜沟的深度必须超过加固区边线的可透水土层，一般情况可设置为0.6～0.8m。

（3）铺膜

铺膜前应认真清理平整排水垫层，拣除贝壳及带尖角石子，填平打设塑料排水板时留下的孔洞，每层膜铺好后应认真检查及时补洞，待其符合要求后再铺下一层。密封膜的铺设应在白天进行，按顺风向铺设，且风力不宜超过5级。铺设时密封膜的展开方向应与包装标明的方向一致。采用机械挖压膜沟时，密封膜长和宽应超过加固区两侧边线，且不应少于3～4m。密封膜应埋入到压膜沟内的不透水的黏土层中。压膜沟的回填料应采用不含杂物的黏性土。压膜沟应回填密实。

6）抽真空

真空设备在安装前应进行试运转，空抽时必须达到95kPa以上的真空吸力，安装时要保持平稳，且与滤管连接牢固后才可接通电源。密封膜埋入压膜沟后，基本确认密封膜无孔洞时，且真空度达到50kPa后，方可在密封膜上覆水。加固区膜下真空度在7～10d内应达到80kPa以上，否则应查找原因及时处理。经过几天的试抽气，在真空度满足设计要求后，应及时上报，请监理检验后开始抽真空计时。在正式抽气期间，真空泵的开启数量不得少于总数的80%。

7）停泵卸载

根据地基加固过程中监测数据的分析、计算，满足设计要求后，即有效真空预压时间不少于设计中的真空预压满载时间；实测地面沉降速率连续5～10d平均沉降量不大于1.0～2.0mm/d；按实测沉降曲线推算的固结度达到设计要求，工后沉降满足设计要求，就可以停泵卸载。