高真空击密法施工工艺

软地基处理新技术上海港湾软地基处理设计研究所同济大学地下建筑与工程系一、现有的软地基处理技术复合地基法：水泥土搅拌桩、粉喷桩、碎石桩等；•优点：承载力高、变形小、稳定快•缺点：造价高强夯法；•优点：设备简易、施工方便、工期相对较短、节省材料、造价较低•缺点：饱和软土质量不可控，易形成弹簧土一、现有的软地基处理技术排水固结法：真空或堆载预•优点：技术成熟；影响深度大•缺点：工期长•采用真空预压的，承载力80kPa,且施工中容易漏气造成质量问题•采用堆载预压的，造价高二、快速“高真空击密法”软地基处理工法快速“高真空击密法”软地基处理工法是一种新型快速真空动力排水固结法，它是通过数遍高真空击密制造”压差”排水，并结合数遍合适的变能量击密，逐步达到降低土体的含水量，提高密实度、承载力，减少地基工后沉降和差异沉降。2.1快速“高真空击密法”的理论创新“压力差主动排水”：人为多次制造“压差”，即利用适当的能量击密产生的超静孔隙水压力为“正压”，然后同步插入高真空管产生“负压”，“正压”和“负压”形成可大于一个大气压的“压差”，进而可以达到低渗透软土含水量逐步降低的目的。“超固结硬壳层”：由于“高真空＋大能量击密”多次相互作用（等效静压力可达300-500MPa），使软土表层形成“超固结硬壳层”，经应力扩散能较好的增大地基的抗变形能力。“硬壳层作用下不留排水通道工后沉降估算”：通过大量的科研和实践证明，由于高真空击密施工后不留排水通道，工后沉降的速率和工后沉降量将明显小于常规计算。2.2快速“高真空击密法”的设计要素采用特制的高真空系统强制调整土体的含水量，控制需处理的土体逐步接近最优含水量；在需处理土体分遍逐步接近最优含水量的同时，采用特制的大型击密设备分遍击密需处理的土体，逐步接近最大密实度；根据处理土体的自振频率，调整击振频率；正确计算被处理土体超空隙水压力的消散时间，合理确定土体每遍击密的固结恢复时间，严防“弹簧土”的形成根据不同土体的渗透系数、含水量，分层多遍强制调整各层的真空度、真空气、平衡参数；根据地基的处理深度要求，正确计算各层不同土体击密所需的击振能量。2.3快速“高真空击密法”的优点1、造价低：造价较常规方法节约30%左右；2、工期短：工期较常规方法节约50%左右；3、质量可控：通过施加不同的夯击能量控制地基承载力，通过控制施工沉降而有效控制工后沉降；通过采用不同的施工参数，区域差异沉降工前有效控制进而可以减小工后差异沉降；4、施工环保：地基处理过程中不加入任何添加剂，无泥浆等废弃物排出。2.4快速“高真空击密法”施工流程小螺钻详勘地下水观测划分施工小区开挖集排水沟第一遍高真空第一遍击密静探检验调整施工参数第二遍高真空第二遍击密静探检验调整施工参数第三遍高真空表层满夯或振动碾压处理效果检验2.5快速“高真空击密法”施工工艺以上三种方案结合使用2.6快速“高真空击密法”的信息化施工对分部流程各项指标检测并调整施工参数•含水量•静力触探等原位测试•击振频率•击振能量•真空度调整•超孔隙水压力消散时间在避免土体发生破坏的基础上，对地基土进行有效击密三、快速“高真空击密法”技术介绍3.1压力差排水适能量击密产生的孔隙水压力为“正压”，高真空通过插入的真空管产生“负压”，从而产生“压差”（可达1.2-1.5个大气压）；“压差”的形成使得低渗透系数软土孔隙水排出；通过人为多次制造“压差”，使得软土含水量逐步降低，承载力逐步提高。3.1-1高真空+多遍击密下土应力的变化1500kNm冲击荷载下饱和土的塑性区1500kNm冲击荷载下非完全饱和土的塑性区3.1.2结论如上可见，多遍冲击过程中孔压消散率越高，强度增长也越明显，同时减轻了冲击荷载对土的结构破坏，大大降低了夯击过程中地基土出现“橡皮土”的风险。高真空击密法就是通过增加多遍高真空排水工序，来达到提高强夯击密效果的目的。但高真空排水不是强夯法的辅助手段，而至少是与强夯法同等重要的工序。3.2“快速”的机理通过调整真空管的间距、真空度、时间等，控制软土中的孔隙水消散时间，使得原规范中的软土孔隙水自然消散时间从3-4周缩短为5-7天。一般工程设计中采用3-4遍“高真空击密法”，施工总时间仅为21-28天。3.3施工参数的控制工后沉降的控制：通过调整地基处理深度，“高真空击密”处理遍数等施工参数，有效控制每一区域的施工沉降，从而使工后沉降满足设计要求差异沉降的控制：将施工区域按差异沉降的精度要求划分若干施工小区，不同地质的小区通过控制采用不同施工参数，控制处理范围内软土的差异沉降，使得工后的差异沉降满足设计要求3.4超固结硬壳层在“高真空击密”作用下，通过控制“高真空”施工遍数，逐步增大击密的能量，使软土表层形成一个超固结的“硬壳层”，大幅度增加应力扩散角，大大增加地基的抗变形能力。3.7硬壳层作用下无排水通道工后沉降估算采用“高真空击密法”施工，用真空管取代塑料排水板。由于施工结束时拔除真空管，所以施工结束后不留排水通道。不留排水通道的工后沉降与排水固结法工后沉降的修正系数为α（0.3α0.8）四、工程实例①上海浦东国际机场二号跑道②宁波北仑港三期③常熟兴华港二、三期④青岛大炼油工程⑤上海化工区（粉土）“高真空击密”与振冲碎石桩效果比较4.1上海浦东国际机场二号跑道上海浦东国际机场二号跑道地质情况1.吹填砂：层厚2m左右，砂质相对密实，含泥量较高2.褐黄色粉质粘土：层厚0.25～2.70m，呈可塑～软塑状态，含铁锰结核及侵染锈点，属中压缩性土。3.灰色粘质粉土：层厚0.60～5.90m，呈饱和、稍密状态，土质极不均匀，属中压缩性土。4.灰色砂质粉土：层厚1.00～9.10m，呈饱和、稍密状态，土质极不均匀，夹杂粘土，属中压缩性土。5.灰色淤泥质粉质粘土：一般层厚5.0m左右，呈饱和、流塑状态，土质分布不均，夹有砂质粉土，属高压缩性土。6.灰色淤泥质粘土：一般层厚11.0m左右，呈饱和、流塑状态，夹有薄层粉细砂。土质比较均匀，粘性大，孔隙比大，含水量高，属高压缩性土。上海浦东国际机场二号跑道七种方法处理前后对比实验分区6m内标准贯入击数(击)6m内静力触探Ps(MPa)CBR(MPa)地基反应模量K(MPa/m3)地基回弹模量E0(MPa/m3)施工总沉降(cm)加固前数据62.330.8920.8043.03–竞标方案一123.606.7138.8259.8030.2竞标方案二114.248.1946.5064.7735.7竞标方案三95.587.3545.5062.6645.1竞标方案四134.998.6856.9366.2517.8竞标方案五123.818.3845.9065.2625.6竞标方案六103.908.5547.8065.7523.6竞标方案七133.858.8361.3271.7355.1综上所述，竞标方案七（快速“高真空击密法”)综合指标最佳上海浦东国际机场二号跑道与一号跑道处理效果对比一号跑道：加道碴强夯法•施工沉降35cm•工后沉降30cm•造价高•工期十二个月二号跑道：高真空击密法•施工沉降55.7cm•工后沉降10cm•比一号跑道节约1.2亿元•工期：四个月上海浦东国际机场二号跑道施工现场（111万㎡）上海浦东国际机场二号跑道反馈上海机场网站(05年3月17日）：报道本工程建设创造了国内“七个第一”，其中之一国内第一条成功采用高真空击密法新闻晨报网站(05年3月18日）：浦东国际机场跑道地基处理国内首次采用高真空降水＋强夯，大大超过了设计要求，节约资金1.2亿元4.2宁波北仑港三期宁波北仑港三期地质情况宁波北仑港区三期国际集装箱码头(二区)地基处理工程约46万㎡0-2米为新吹填的粉煤灰，为浆糊状，承载力接近于零，人无法在上面行走2-10米为淤泥质粘土，Ps值约0.10MPa设计要求•承载力要求fak=120kPa•工前沉降≥600mm处理前地面状况处理后地面状况处理后开挖沟槽情况北仑港粉煤灰加固前后的ps曲线106842Ps/MPa4.008.00z/m加固前加固后加一遍高能量大面积加固后的静载试验051015202530354045500100200300p/kPas/mm1＃2＃3＃4＃5＃6＃7＃8＃03年宁波北仑港三期二种地基处理方法主要成果对比一区(50万㎡)二区(46万㎡)处理方法快速“高真空击密法”塑料排水板+堆载预压施工沉降约60cm约44cm施工工期4个月10个月两年内工后总沉降量14cm31cm宁波北仑港反馈宁波港网站(04年7月23日）视频和文字报道：“宁波北仑港三期二阶段工程地基处理采用了先进的高真空击密法，具有投资省、工期短、质量可靠等特点”。宁波北仑港软地基高真空击密法处理工程被评为宁波港第三届科技进步一等奖。！宁波北仑港四期、五期、煤码头继续采用快速“高真空击密法”4.3常熟兴华港二、三期常熟兴华港地质情况表层吹填粉细砂，层厚为1~3m；第二层粘土及粉质粘土，平均层厚~2m；第三层为淤泥及淤泥质土，该层分布较不均匀，层厚变化较大，层厚在0~6m之间变化，夹有粉砂层，属高压缩性的软土；第四层为粉细砂。常熟兴华港吹填砂加固前后的地基承载力-60-40-2000150300450600p/kPas/mm加固前加固后常熟兴华港局部加固效果较差区域重新加固前后常熟兴华港“高真空击密”二遍、三遍加固效果前后对比常熟兴华港高真空击密处理后标贯试验常熟兴华港业主评价一期工程：粉喷桩复合地基质量无法保证造价高二期工程高真空击密法施工质量好造价比一期节约100元/㎡！三期工程继续使用高真空击密法，效果良好4.4青岛大炼油工程青岛大炼油工程地质情况①-1素填土：主要回填粘性土、砂；层厚1.5m-3.2m；②-1细砂：深灰色-灰色，松散。饱和，含有较多淤泥质；厚度0.4-2.3m；②粉土：灰色，松散-稍密，饱和，层厚4.4-7.9m③-1粉质粘土：可塑-硬塑，层厚2.6-9.4米青岛大炼油工程处理要求由于本场地①层素填土和②层粉土属软弱土层，且在抗震设防烈度为7度的情况下属液化土层，不能直接做为待力层，为了满足设计要求，本场地采用快速“高真空击密法”进行地基预处路，地基处理要求如下：1．①层素填土地基承载力特征值≥150kPa，Es10MPa；②层粉土地基承载力特征值≥120kPa，Es8MPa。2．地基处理后①层或②层消除液化。青岛大炼油工程检测结论本场地在最大检测揭露深度8.2m范围内的地层，表层为素填土，上部为第四系全新统海相沉积的粉土层及上更新统花岗岩残坡积土，下部为燕山期花岗岩。经过高真空击密预处理后，场地第①层素填土承载力特征值达到150kPa,第②层粉土承载力特征值为120kPa;压缩模量建议值Es为8.0MPa.如本场地按7度进行抗震设防，设计基本地震加速度值按0.1g，设计地震分组按第一组考虑，地基经“高真空击密”预处理后，本场地第②层粉土不具有液化潜势，场地为非液化场地。4.5上海化工区（粉土）“高真空击密”与振冲碎石桩效果比较上海化工区高真空击密法（粉土）粉土地基振冲碎石桩桩间土粉土地基振冲碎石桩桩身由此可见，粉土中、HVDM加固后，标贯击数明显好于振冲碎石桩的桩间土，表层2m效果也较好于碎石桩桩身静载试验比较ＨＶＤＭ静载实验也比较理想五、“高真空击密法”扩展技术快速“低位高真空分层预压击密”软地基处理方法•（国家发明专利号200410014257.9）快速“高真空击密、桩基”复合软地基处理方法•（国家专利申请号200510134966.5）5.1“低位高真空分层预压击密”为了有效控制深厚淤泥工后沉降、差异沉降，公司又开发快速“低位高真空分层预压击密”复合软地基处理方法：“低位高真空分层预压击密法”软地基处理方法是在快速“高真空击密法”软地基处理专利技术的基础上进一步改进、研制成功的一种软地基处理专利技术。本工法利用低位高真空预压，解决深层工后沉降的问题，然后利用高真空击密法，