高真空击密地基处理新工艺

高真空击密地基处理新工艺
摘要：本文着重论述地基处理新工艺真空击密的施工方法、工艺及质量控制，
以武汉铁路集装箱中心站工程施工中的真空击密为例进行阐述。

关键词：真空击密基本原理施工方法安全措施质量措施注意事项
1 工程概况
武汉铁路集装箱中心站工程采用真空击密处理的区域为辅助箱区及内部机械
停车场，该场区地貌为长江、汉江Ⅰ级冲积阶地，地面标高22～24m左右，地形平坦开阔，为苗圃、菜地、奶牛养殖场及鱼塘等。

武汉市属于亚热带温润区，冬夏温差极大，夏季高温闷热，历史上最高气温41.3℃，最低气温-18.1℃，年平均气温16.8℃，有霜冻和降雪发生。

雨量充沛，
年平均降雨量1214～1448mm。

降雨多集中在4～7月，约占全年降雨量的60％
以上。

场地表层一般分布有厚度0.5m左右的种植土，局部为第四系人工填土，厚度为1.0m～3.9m；下为第四系冲积淤泥质黏土、黏土、粉质黏土，厚度为9.1m～14.0m；其下为粉砂、细砂，厚度大于20m。

2 基本原理
“高真空击密法”软地基处理方法（国家发明专利号ZL01127046.2）是一种快
速加固软土地基的新技术，它是通过数遍的高真空压差排水，并结合数遍合适的
变能量击密，达到降低土层的含水量、提高密实度和承载力、减少地基工后沉降
和差异沉降量的目的。

本工法具体是通过快速高真空排水——击密多遍循环，两
道工序的有机结合、相互作用，形成了高真空击密法的独特机理。

该工法巧妙地解决了软土超孔隙水压力消散及强夯容易使软土形成“弹簧土”
等关键问题，通过人为在土层中制造的“压差”（击密产生的超孔隙水压力为“正压”，高真空产生的为“负压”）来快速消散超孔隙水压力，使软土中的水快速排出。

由于采用高真空排水，使击密效果大大提高，从而使被处理土体形成一定厚度的
超固结“硬壳层”，由于“硬壳层”的存在，使得表层荷载有效扩散，减少了因荷载
不均匀产生的不均匀沉降。

与其它地基处理方法相比该工法具有造价低，工期快，不需要外接电源、环
境污染相对较少的优点。

3 工法特点
对饱和土夯前先进行高真空排水，属于主动排水，可有效减小土的饱和度，
增加夯击效率，同时减小产生的超孔隙水压力。

相对地塑料板属于被动排水，由
于没有外荷载作用，无法形成水头梯度达到夯前排水的目的。

渗透系数较小的软土，在适当夯能的作用下，土中出现的微裂缝可增加土的
渗透性能，产生的超孔隙水压力在再一次真空“压差”的作用下可进一步增加排水
效果。

为此，本工法提出实施第二、第三遍高真空排水，甚至夯击与排水同时进
行的排水工序。

多遍高真空击密排水最终以达到降低饱和软土含水量为目标。

由于第二次高真空作用，使第一遍强夯产生的孔隙水压力快速消散，使两遍
强夯间隙时间大大缩短，从而工期与普通强夯法相比，不但不增加，反而大大缩
短了。

4 施工方法
4.1 高真空击密法的主要施工步骤
图1 高真空击密法的施工流程图
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，场地内有种植土和鱼塘，应先进行清除，并回填约1m厚的粗颗粒料，以方便大型机械设备进入场地并满足场地的标高要求。

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，满夯；
第八步，质量检验。

4.2 高真空击密法的具体施工工艺流程
1、施工区的划分
施工小区以4000～6000平方米为宜。

2、外围截水
“高真空击密法”施工首先要降低地下水位，要降水首先要想办法切断施工小
区外部水的供给。

主要采取措施：一是在施工小区的外围开挖了截水沟，截住外
围水的渗透，形成了截水的第一道屏障；二是在施工小区外围距离场地边界3-5m 处插设两排封管，深管6m，浅管3m，间距1.75m，交错布置，形成截水的第二
道屏障。

（见图3、图6）
3、第一遍高真空排水
高真空管的布置间距、排距3.5m，入土深度深管6m，同时在深管间布置3m
深的浅管（见图3、图6）。

滤水管采用铁管设排水滤孔，用双层尼龙布包裹。

第一遍高真空时间，试验区一般暂定5天。

以地下水为降至6m以下，采用小螺
钻取扰动土试验，含水量降至21.0%左右为宜（试验区以此作为确定第一遍高真
空时间，作为后续施工的参数依据）。

图2 高真空击密法的施工工艺流程图
4、第一遍强夯
夯点间距及布点形式：第一遍击密夯点间距按5.00米×5.00米正方形布点，
拆除场区内的真空管。

布点应根据夯点布置图及各小区的控制桩，作夯点明显标志，各施工段的相接部位，严防漏点现象的发生。

（见图4）
第一遍夯击能采用3000 KN.m，每点击数不少于6击，同时满足下列条件：
1）最后两击的平均夯沉量不大于5cm；
2）夯坑周围地面不发生过大的隆起；
3）不因夯坑过深而发生提锤困难。

（试验区以此作为确定第一遍强夯的夯能和每点击数，作为后续施工的参数
依据）
5、第二遍高真空排水
高真空管的布置间距、排距3.5m，入土深度深管6m，同时在深管间布置3m
深的浅管。

滤水管采用铁管，设排水滤孔，用双层尼龙布包裹。

第二遍高真空时间，试验区一般暂定3天。

以地下水为降至6m以下，采用小螺钻取扰动土试验，
含水量降至25%左右为宜（试验区以此作为确定第二遍高真空时间，作为后续施
工的参数依据）。

6、第二遍强夯
夯点间距及布点形式：第二遍击密夯点间距按5.00米×5.00米正方形布置，
布置在第一遍点的中间，拆除场区内的真空管。

第二遍夯击能采用3000KN.m，每点击数不少于6击，收锤标准同时满足第一遍强夯的要求。

（试验区数据收集与第一遍强夯的相同）
7、平整场地
第二遍强夯结束后，对场地进行整平。

8、满夯
夯击能量调至800KN.m，每点击数为2击，满夯2遍。

图3 高真空击密地基处理真空管布置图
图4 高真空击密地基处理夯点位置布置图
图5 高真空击密地基处理夯点位置布置图
图6 高真空击密地基处理真空管剖面图
5 施工质量控制
5.1 高真空降排水施工质量控制
（1）严禁“三无”（无控制参数、无检测参数、无调整参数）施工。

（2）每个施工小区地层结构详勘清楚，由专业工程师绘制每个小区的土层结构剖面图，每个小区施工分步操作控制参数及每个小区的施工成果、分步记录表、高真空击密法异常参数记录表等，分发给现场施工员、专职质检员、专职记录员、各班组。

（3）一旦发现含水量难以调至控制参数、强夯贯入量过大等异常情况，应立即停锤，汇报相关方，调整控制参数，严防“弹簧土”的形成。

（4）保证地基处理后的各项技术指标的均匀性，重点是做好施工参数的计算和调整。

针对软弱夹层、软弱区域，可采用增加分配软弱区的真空气量、“少击多遍”、增加工艺流程遍数等措施，将软弱区的孔隙水击出来，达到软弱区域快速固结排水，提高软的土力学性质。

（5）每遍高真空分层调整含水量临界点参数，是工程成败的关键，为此必须建立一套科学计算方法，有效的控制系统。

主要包括：①施工中布设地下水位观测孔，全过程检测地下水位情况，以保证对降水有效性把握；②在代表性区域设立一台高真空强排出水量记录系统，以控制每遍高真空的“变化期、稳定期”，以
便大面积类似区域及时调整平衡参数；③在高真空排水稳定期，检测每一遍高真空后的含水量是否接近该遍计算值允许范围，否则调整施工控制参数；④为保证不均匀的土质经处理后的各项技术指标达标并均匀，遇沟、河、浜区域时除清淤
换填中粗砂外，还应采用小螺钻详勘其埋深变化曲线，调整滤头孔距等控制指标，调整外围封管的方式，有针对性划小施工控制小区，然后按施工工艺，每步施工
参数，控制施工。

（6）雨季高真空降排水施工应准确掌握天气预报，遇降雨天气，不拔真空管，合理控制“高真空与击密”间隔时间。

夏天进行高真空降排水施工，应进行表层含
水量的检测，采用洒水等措施确保含水量的控制值。

（7）土基处理土层结构较复杂，施工参数较难把握和控制，当部分小区自检
指标不合格时，应针对该小区进行技术指标缺陷的补救，其常规方法是：加密高
真空管，调整控制参数；增加高真空遍数等。

5.2 强夯施工质量控制
1、开夯前检查夯锤落距，确保单点夯击能量符合设计要求。

2、进行单点夯击试验施工，确定并验证强夯施工参数。

3、详细记录每个夯点的夯击次数及每击夯沉量。

4、每遍夯击前，对夯点进行复核，夯点平面位置偏差不大于±5cm。

5、夯击过程中，发现偏夯时，及时进行纠正。

6、认真进行高真空降排水方案的实施，确保降排水符合技术要求，抽水排至
远离影响区的主排水沟内。

7、施工中实施全过程施工跟踪监测，及时采取措施，确保强夯时的地下水位
和含水量、孔隙水压力符合强夯施工要求，保证强夯施工实效。

8、雨季施工，做好地表水的排疏，凡夯坑中有积水时，均需及时排除，防止积水浸泡土体，影响下道工序的施工。

5.3 质量检验
真空击密的质量控制应贯穿施工的全过程，并坚持全过程的施工监理。

重点
检查施工过程的各项测试数据和施工记录，不符合设计要求时应补夯或采取其它
有效措施。

1、检验时间：真空击密施工结束后应间隔28天方能对地基质量进行检验。

2、静力触探：静力触探试验深度不小于10m，每个单位工程不少于6组；
3、载荷试验：每个单位工程不少于3点；
4、钻探取样室内试验：试验项目天然含水量、压缩模量，取样间距为1.0m，钻孔深度不小于10.0m，钻孔数量每个单位工程不少于3孔；
6 主要安全措施
参加施工的人员必须熟悉本工种的安全操作规程，在作业中不违章作业、不
违反劳动纪律。

特种作业人员必须经过专门培训，经考核合格，取得操作证方可
上岗作业。

正确使用个人防护用品，执行安全防护措施。

进入现场的施工人员必
须严格执行安全操作规程。

1、担任强夯作业的主机，应按照强夯等级的要求经过计算选用。

用履带式起重机作主机的，应执行履带式起重机的有关规定。

2、夯机的作业场地应平整，门架底座与夯机着地部位应保持水平，当下沉超
过100mm时，应重新垫高。

3、强夯机械的门架、横梁、脱钩器等主要结构和部件的材料及制作质量，应
经过严格检查，对不符合设计要求的，不得使用。

4、夯机在工作状态时，起重臂仰角应置于70°。

5、梯形门架支腿不得前后错位，门架支腿在未支稳垫实前，不得提锤。

6、变换夯位后，应重新检查门架支腿，确认稳固可靠，然后再将锤提升100～300mm，检查整机的稳定性，确认可靠后，方可作业。

7、夯锤下落后，在吊钩尚未降至夯锤吊环附近前，操作人员不得提前下坑挂钩。

从坑中提锤时，严禁挂钩人员站在锤上随锤提升。

8、当夯锤留有相应的通气孔在作业中出现堵塞现象时，应随时清理。

但严禁
在锤下进行清理。

①当夯坑内有积水或因粘土产生的锤底吸附力增大时，应采取措施排除，不
得强行提锤。

②转移夯点时，门架支腿离地面高度不得超过500mm。

9、作业后，应将夯锤下降，放实在地面。

非作业时严禁将锤悬挂在空中。

7 施工注意事项
7.1 预警技术方案
为保证地基处理质量，确保地基的均匀性，应从以下几个方面考虑预警技术
方案：
1、高真空降水地下水位不够预期深度，可增加高真空降水一遍或加深埋管，加密布点。

2、强夯时夯完或冲击碾压后形成表层弹簧土，要进行检测，看是表层含水量过大还是深层。

可采取增设一层强夯砂砾石垫层，或进行表层翻晒，或换填。

3、孔隙水压力消散太慢，可增加降水点。

4、夯沉量太小，应查验夯能是否满足，补勘地质情况。

5、施工完毕后整个沉降速率过快，要及时上报。

7.2 信息化施工
为确保施工质量，保证施工工艺过程控制联系工程实际，达到有效性的目的，施工全过程要实施信息化施工，及时信息反馈，为确定合理施工方案，调整施工
参数提供依据，要进行施工监测。

主要监测内容包括：
1、标高复测，在后续施工中实施进行标高的测量和控制网点的复核。

2、做好施工勘测，补勘地质情况和地下水位分布情况等。

3、做好地下水位的施工全过程的连续监测，掌握地下水水位、真空度监测。

4、强夯施工夯沉量、周边隆起量、平均夯沉量、密实度、含水量等的监测。

5、压实度和孔隙水压力监测。

6、在加固深度范围内Ps、N值的监测。

7、垫层材料的质量检测。

8、地基反应模量、压实度的质量检测。

9、施工完毕后的沉降观测等。

7.3 沉降观测
高真空击密开始施工前，对施工场地做好测量，建立高程测量控制网。

真空
降水、击密过程中加强测量，以便合理确定施工中完成的沉降量。

高真空击密完工后，在土基面设置沉降观测桩，观测桩间距按100m设置，
进行路基面沉降观测，时间不少于6个月。

根据观测结果分析评价地基的最终沉
降完成时间。