真空联合堆载预压法施工的关键技术及工艺

真空联合堆载预压法施工的关键技术及
工艺
摘要：针对沿海地区以及软基地质环境，采用真空联合堆载预压的措施能够有效改善施工地质环境，使得高速公路以及其他建筑工程基础能够更为稳定，建筑工程沉降、位移风险能够得到较为有效控制。

该种技术方法不仅能够在更短时间内完成预压，同时能够有效节约土方，降低施工总体成本。

本文在确定该工艺施工原理的基础上，对其施工关键技术进行了分析，并通过实际案例对采用该种工艺进行的工程进行了更具针对性的研究分析，使得该工艺的使用应用要求更为明确。

关键词：预压法真空联合堆载施工控制
引言
在我国建筑工程不断增加的情况下，包括滨海地区在内的大量区域均能够作为施工建设区域使用，滨海区域等软基存在压缩比例较高、含水总量较大、渗透性较差且抗剪切性能较差等情况，存在该种情况的土质施工难度相对较高，施工过程中排水固结法以及强夯法均能够达到改善土质的效果，然而上述主要方法以及措施时间成本以及施工成本的需求均相对较大，因此当前更为普遍采用的软基处理技术为真空联合堆载预压技术，该种技术不仅施工速度相对较快，同时施工过程中土方等需求总量相对较小，施工后同样能够达到相对较好的效果，使用该种技术的情况下软基沉降现象能够得到有效改善。

本文以真空联合堆载预压施工技术为对象，根据该种技术的应用原理对该种技术的施工工艺以及要点进行了相对较为深入的分析，同时本文以使用该项技术的工程案例为对象，介绍了该项工程当中该技术的应用方法，以及该技术应用过程中需要重点关注的沉降控制技术以及卸载技术等，本文对该技术的应用进行了更为系统深入的分析。

一、原理分析
本文所述方法当中包含的真空预压技术，需要使用密封膜实现密封，在密封膜内部需要采用射流泵穿过砂垫层已经铺设完毕的管道，并经由砂井将软基当中的水以及空气完全抽空。

水以及空气抽走后软基底部能够形成负压空间，设定垫层当中气压为P，抽真空后气压为P1，则抽真空技术下两者的压差计算公式应当为ΔP=P1-P。

形成真空状态后，压力能够通过排水板以及砂井对周围环境产生影响，在压力的影响下垫层当中的水能够经由排水通道排出，进而使得超静空隙水压力为负值。

以σ代表土层的总应力，σ´代表有效应力，u代表土层空隙的水压力，则按照太沙基有效应力原理，σ在外界环境并未发生显著变化的情况下保持不变，因此u一旦减小，即σ´的数值能够加大。

上文所述情况下，u为负值，即σ´（有效应力）能够出现较为显著的增加。

在土层有效应力显著增加的情况下，土层结构能够更为稳固。

在本文所述工艺当中，根据预压法施工的基本要求，需要使用土料、石块等重物作为荷载物，建筑物主体同样能够作为荷载物使用。

对软基进行预压时，需要根据有效应力的公式进行。

当软基上部受到荷载影响，则产生的应力能够对孔隙当中的水造成影响，使得孔隙当中水受到的压力显著性增加，在孔隙水受到压力不均匀的情况下，部分水能够自主排出，长期受到应力影响的情况下，软基受到的压力能够较为平衡，且土层能够得到有效加固。

图1 真空联合堆载预压技术施工示意图
上图为真空联合堆载预压技术施工基本示意图，作为真空以及堆载两种技术的有机结合，能够在预压堆载的基础上通过抽真空处理，使得土层加固的速度得
到有效提升。

该种技术的有效性表现在垫层获得的有效应力能够实现较为显著的增加，增加的有效应力能够积极改善施工状态。

二、工艺及施工要点
采用本文所述的真空联合堆载预压技术对软基土层进行处理，使得软基土层的轻度能够得到较为显著的提升，过程中需要对下述施工环节进行重点关注以及优化提升。

（1）采用该种技术进行施工过程中，需要加强场地布局的控制以及管理，施工场地需要保持一定坡度，根据施工的基本需求，应当保证场地中部为施工场地当中最高处，施工前段以及后段的高度均需要相对较低，便于排水的进行。

（2）施工区域需要使用砂垫辅助进行排水，由于砂垫的渗透性以及排水效率对排水的消耗的时间以及排水的效果能够产生相对较为显著的影响，因此施工过程中选择的砂渗透系数需要保持在5×10-3㎝/s以上，同时垫层使用的砂需要为清洁度较高的类型，含泥量需要控制在5%以内。

（3）塑料板施工过程中需要使用专用设备将塑料板插入土层当中，这一过程中需要避免设备对土层造成较为严重的扰动，因此施工过程中选用的设备需要具备相对较低的接地压力，接地压力较低的设备能够满足快速准确插板的基本需求。

（4）施工过程中需要建造袋装砂井，砂井建造过程中应当采用锤击法以及振动法等效率相对较高的处理方法，施工过程中应当通过严格质量控制避免出现断井等情况，砂井穿过软土层过程中，同样需要避免断板等情况的出现。

（5）对软土层进行处理过程中，使用抽真空技术时需要保证抽真空的同时进行，即施工现场需要同时采用多台真空泵进行作业以及处理，一般情况下通过采用2台或以上的真空泵才能够满足软土层抽真空的基本需求，真空泵需要采用同一型号。

（6）采用预压法进行施工过程中，在可能的情况下需要首先考虑以建筑物本身作为荷载物基于软土层充分的荷载，在建筑物等无法提供充分的荷载，或施
工区域无法使用建筑物给予荷载的情况下，则需要采用土方以及石块等获取相对
较为简单的重量较高物质，作为荷载物使用。

根据上述要求进行施工，使得本文所述技术施工要求能够得到基本满足的情
况下，需要通过下述主要优化以及改进措施，使得排水的效果得到进一步的改善，且施工过程中存在的问题能够得到较为有效的解决。

（1）满足工程基本需求的砂垫层需要根据施工的需要进行优化以及改进。

使用砂铺设的砂垫层，由于排水系数较高并且自身含泥量相对较低，因此能够满
足清洁排水的各项基本需求。

铺设砂垫层时铺设的厚度需要达到50㎝。

即铺设
过程中消耗砂的总量相对较高、成本较大，处于节约成本相关考量，在砂的成本
相对较高的情况下能够采用其他透水性同样相对较高的材料取代砂，卵石以及碎
石等均能够取代砂，作为渗水材料，与砂相比卵石以及碎石的使用成本更低。

（2）抽真空的措施同样需要进行一定程度的调整。

按照一般施工措施，抽
真空的周期相对而言较长，需要通过半年以上的时间进行抽真空处理，使用真空
泵进行抽真空处理时要耗费大量的电能，因此在软土层处理过程中，抽真空环节
耗电总量较大，且对施工周期存在较大的限制。

对于气候相对较为湿润且降水总
量相对较高的地区而言，抽真空耗时更长且抽真空过程中耗电量同样相对较大，
为降低抽真空的电能消耗，施工过程中需要首先进行抽水处理，在降低垫层水含
量比例的情况下进行抽真空，能够有效缩短抽真空的耗时并减少电能需求。

三、案例分析
1. 工程概况
本文所述工程为珠海市鹤洲至高栏港高速公路工程，属于路桥工程，工程施
工过程中基础处理的需求相对较高。

施工区域沿线地处沿海冲积平原区，地势平
坦开阔，全线地质构造被第四系地表覆盖，表覆0～3m人工填土，下部为海陆交
互相沉积的淤泥、淤泥质土、粉质粘土等厚30～60m不等。

软土具高压缩性、高
含水量、欠固结、中灵敏性、低强度。

低承载力等特点，工程性质差，下伏残积
的砂质粘性土，厚5～25m，基岩为燕山期花岗岩。

从气候条件角度来看，本地区
的气候同样相对较为潮湿，区域水系发达，干流水道与支流河沟纵横交织，排泄、灌溉沟渠四通八达，形成典型的滨海平原水网区域。

2. 工艺方法
本项工程采用真空联合堆载预压法进行软土基础处理时，基本施工流程为：
砂面清理→绑扎板头→滤管布埋→预埋出膜口→预埋膜下测头→预埋监测仪器→
密封沟→铺密封膜→布电缆→铺设土工布→安装射流泵→安装膜下表→安放沉降
盘→试抽气→计时恒载→卸载→压膜沟处理→场地平整→验收。

施工进行过程中需要加强控制的重点环节包括铺密封膜环节、抽真空环节、
预压提供环节、现场沉降监控以及压力卸载。

铺设密封膜时，需要在认真清洁铺设区域表面的基础上，根据已经划分确定
的区域以此进行密封膜的铺设，铺设完成后需要由专人进行检查，判断密封膜是
否完整并紧密固定，确定密封膜铺设完成后需要少量开启真空泵，使得密封膜能
够在真空作用下完全固定。

使用真空泵进行抽气作业时，每台真空泵的作业面积需要控制在1000㎡以内，设备之间的距离需要控制在40m以内，真空泵距离密封沟不应超过10㎝。

真空泵安装完成后，需要通过预抽气检查密封膜是否完整。

堆载预压进行时，计划使用的预压土方等需要进行力学性质等检测，通过实
验室检测确定能够使用的情况下才能够进行预压处理。

预压完成后需要通过碾压
进行找平处理，碾压处理需要通过下述流程实现：推土机倒行推平稳压→平地
机粗平一遍→压路机静压一遍→平地机精平一遍（形成路拱）→压路机微振一遍
→压路机强振三至五遍（检测压实度）→压路机静压一遍。

对沉降进行检测，需要在施工完成6个月后，即沉降已经基本稳定的情况下
才能够完成沉降变化情况的监测。

进行沉降监测时，需要通过对基础部分的地面
沉降变化情况、深层土体水平位移情况以及深层沉降变化情况进行同步监测。

3. 沉降观测
进行沉降监测需要在填充完成6个月后才能够完成沉降变化观测，沉降观测的项目需要全部完成，同时沉降观测需要由具备相应资质的第三方机构进行。

（1）地面沉降监测，需要在土工格栅以及路基首层土中间区域设置包括沉降监测标志以及以及沉降板进行监控，对地面进行沉降监测过程中需要通过设置警示物等形式，避免施工过程中对沉降监测设备造成损伤。

（2）斜管边桩水平位移监测，通过对施工现场斜管以及边桩水平位移情况进行检测，能够判断深层土体的水平位移以及变化情况。

使用钻机安装铺设监控使用的斜管后，需要通过检测斜管水平位移情况判断深层土体的位移情况。

使用测斜仪进行检测时，需要每500㎜读取一次数据，边桩则需要每1d到2d进行一次观测。

（3）插板完成开始填土前，需要每150m安装一组水压检测设备，对空隙水压进行检测时，需要在深度达到进入粘土层50㎝的基础上，按照1000㎜的间隔进行空隙水压的监测。

（4）沉降监测过程中同样需要进行土工试验以及原位测试以及试验。

根据土工试验的基本要求需要在进行地基加固作业前以及预压达到相对稳定状态后，开展一定比例的钻探以及取样工作。

钻探取样进行时，需要按照100m到200m的间隔距离设定检测的转孔，钻孔时钻孔深度需要深入淤泥层2m以上距离，开孔完成后需要按照以2m为间距取土，用于进行力学检测试验、十字板剪切试验以及静力触探试验等。

卸载过程中同样需要进行沉降检测，每个卸载阶段完成后均需要检测确定沉降符合要求才能够进行下一阶段的卸载。

4.卸载技术
采用联合技术进行土层加固，并确定土层已经达到相对较为稳固状态的情况下，需要对已经施加的预应力进行卸载处理。

压力卸载过程中，需要避免卸载本身导致结构稳定性降低。

施工完成后，需要对地面基础的变化情况进行检查，根据分析确定的结果才能够制定对应的卸载方案以及卸载计划。

进行卸载时推算沉
降应当小于允许沉降总值，当预压期超过6个月的情况下，要求每日沉降值均需
要控制在2㎜以内，且处理区域固结程度需要达到90%以上。

结语
本文以真空联合堆载预压技术的原理作为基础，对该种技术的发展技术以及
发展原理、该种技术的加固原理、该种技术的施工方法以及施工优化措施等进行
了较为系统并且深入的分析，本文通过研究以及分析得到如下主要结论：（1）
本文所述的加固方法作为一种全新的加固方法，在降低施工成本的情况下，能够
有效保障施工的质量，该种技术当前在实际施工中已经得到了较好的使用效果。

（2）真空联合堆载预压技术由两种技术组成：真空预压技术以及堆载预压技术。

采用该种技术的情况下，需要在堆载的同时进行抽真空处理，采用该种两种技术
叠加的方法，能够有效提高加固效率。

（3）目前本文所述技术在使用过程中存
在砂用量较高并且电消耗总量同样较高的问题，针对施工过程中存在的实际问题
需要采用更为廉价的渗水材料取代砂，同时真空形成的技术需要进一步改进。

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