真空降水强夯法施工组织设计

真空降水强夯法施工组织设计

强夯（动力固结）法具有经济易行、造价低廉、施工工期短、加固效果显著、适用土类广等众多优点，在世界各地的地基处理工程中得到了广泛应用[1-2]。然而，工程实践中发现应用强夯法处理地基时常常出现以下问题：

(1) 场地地下水位过高，易造成地表严重液化、夯坑积水等问题，影响加固质量和安全生产。

(2) 对于粘性土或夹淤质层砂土，由于强夯扰动破坏了土体结构，导致土体渗透性降低，超静孔隙水压力难以消散，会出现“橡皮土”现象，难以实现真正的土体加固。

真空降水强夯法就是在这种背景下研究开发的地基处理新工法，该法结合强夯法和真空井点降水的技术优点，有效地解决了上述强夯施工中的地下水问题。本文结合某吹填土地基处理工程，介绍该法的加固机理及加固效果，并对其关键技术进行了分析探讨。

1 真空降水强夯法加固机理及特点

1.1 真空降水强夯法加固机理

软粘土孔隙比大、含水量高、渗透性差、强度低，在强夯动力作用下，孔隙水压力瞬间升高；由于土体渗透性差，短时间内难以消散[3]，此时若继续夯击，必然出现“橡皮土”现象。

真空降水强夯法区别于强夯法及其他动力排水固结法的显著特点是：通过设置真空井点降水系统实现主动排水[4]，快速消散超静孔隙水压力，避免强夯施工中的“地表液化”和“橡皮土”问题。同时，该法将真空降水和强夯穿插进行，使土体在重锤夯击、真空吸力及自身重力等动静力共同作用下短时间实现快速固结，促使饱和软粘土产生预变形和预沉降，土体强度得到显著提高。

1.2 真空降水强夯法主要优点

(1) 通过夯前降水，突破了规范 [5]中直接强夯应保证地下水位低于夯坑底2米的规定，扩大了强夯的应用范围。

(2) 通过井点降水解决了软粘性土中土体渗透性差的问题，保证夯击引起的超静孔隙水压力能够及时消散，避免“橡皮土”的出现。

(3) 与传统动力排水固结法相比，该工法通过真空井点井点降水实现主动排水[4]，使超静孔隙水压力消散更快，从而显著节省工期。

(4) 处理后场地土体的天然地基承载力得到显著提高，并能有效消除负摩阻力和砂土液化，具体分析见本文的第四部分。

1.3 真空降水强夯法施工工艺流程

真空降水强夯法主要适用于高饱和土及排水不畅的软粘土，故真空排水先于强夯进行。施工前根据场地条件及处理目标确定降水和强夯的施工参数，其典型施工工艺流程如图1所示。

第一次排水

场地平整

第一次强夯

地下水位降至预定标高场地平整

第二次排水

第二次强夯

超静孔隙水压力消散多次反复上一大步骤直至满足设计要求

场地平整

工后检测

加固效果评价

2 工程概况

2.1 概述

某大型冶金建筑拟建造于吹填土形成的陆域场地，该工程单体建（构）筑物荷载大，对地基承载力要求高，对地基沉降十分敏感。因此需要对场地进行地基加固，提高地基土的强度，控制场地的不均匀沉降和沉降速率，以保证工程的安全及正常运行。

2.2 场地条件

图1 典型施工工艺流程示意图

场地表层为新近吹填砂土，呈不均匀性、含水量高、孔隙率大、承载力差等特点，当地震烈度达到7度时，还会发生地震液化现象。同时地下水与海水相通，水位变化受涨落潮控制，给施工带来很多影响。场地土自上而下依次为：

第①层吹填土：浅灰色，主要由粉、细砂组成，含贝壳碎片，饱和，由于吹填时间短，呈松散状态，密实度不均，属欠固结土。厚度4.4m～7.5m。

第②层粉质粘土：灰黑色，含有机质及贝壳，有腥臭味，具层理，夹粉土薄层。局部地段为淤泥质粉质粘土，呈流塑状态，属高压缩性土，层厚：0.2m～7.6m。此层为有机质土，该层局部有粉土透镜体。

第③层细砂：灰-灰黑色，长石、石英质，含多量贝壳，混粘性土，具层理，有粘性土、粉砂夹层，饱和，呈松散-稍密状态，层厚1.3m～8.0m。该层7度地震作用下中等液化。

第④层细砂：灰-灰黑色，长石、石英质，含多量贝壳，混粘性土，具层理，有粘性土、粉砂夹层，该层局部分布有粉土透镜体。饱和，中密，厚度：2.7m～9.0m，此层可作为一般建筑桩端持力层。

下部土层工程力学性质相对较好，且不在加固范围内，故本文不再赘述。

2.3 试验方案

选择某典型区域作为试验区，将区内划分为四个子区，分别采用不同的能量级别和施工工艺，以分析各工况条件下的加固效果，为后续大面积处理提供依据。各区域试验参数分别为：A区采用“两降两夯”工艺，能级1500kN·m；B、C、D区采用“三降三夯”工艺，能级分别为2000、3000、4000kN·m；

3 真空降水强夯法关键技术分析

3.1 真空排水关键技术

降水井点采用高压射水法成孔，成孔后埋设竖向及水平封闭管道，并连接真空泵实现排水。该法具有施工工艺简单、降水效果好、设备可以重复利用等优点。降水系统如图2所示。

真空泵机组

外围封管连续降水

施工区内降水管，夯击时拔除

真空泵机组

图2 降水系统布置图

（1）真空降水工艺流程

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→强夯。

（2）降水系统布置

井点的平面布置及深度根据场地条件确定。本工程中井点间距４m×４m，采用深、浅降水管相间布置方案，深管长6m，浅管长3m。距施工小区3m处布置一排外围封管，外围封管管长6m，井点管间距2m。外围封管在强夯施工期间连续进行降水，以控制地下水位回升。对于吹填砂土场地，若井口密封效果不好，可以采用粘土或淤泥质土封堵井口，以提高降水效率。

（3）超静孔隙水压变化分析

降水的效果是真空降水强夯法成败的关键，同时孔隙水压消散的时间也决定了两遍夯击的时间间隔。因此，在施工中应该对降水效果及孔隙水压消散情况进行动态监测，图２显示的是现场实测的超静孔隙水压变化曲线。