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1 前  言

  真空预压技术在吹填土、软黏土、淤泥质土等高含水率、欠固结的软弱土地基加固处理中得到了广泛的应用。真空预压方法具有处理范围广、处理深度大、处理成本低等优点。但是，目前传统的真空预压工艺存在如下一些普遍问题：（1）排水系统大量用砂，消耗资源，破坏生态环境；（2）排水板易折断、淤堵，造成排水通道失效，导致处理效果差；（3）真空度沿程衰减较大，尤其随着深度增加，中下部软基处理效果较差；（4）承载力低，工后沉降大，往往需二次加固处理，增加了工程的建设成本。

 江苏鑫泰岩土科技有限公司针对传统真空预压工艺中存在的问题，结合工程应用开展了科技攻关和创新工作，提出的增压式真空预压技术，在经过十余年的技术改进和升级，通过在几十项实际工程中的应用，较好的解决了上述真空预压施工中存在的问题；形成了无砂垫层手形接头直联、新型防淤堵排水板、土体二次增压、不倒翁集水井等四大核心技术。与传统方法相比，本工法具有缩短工期、降低成本、保护环境、安全节能等优势；而且处理后的地基承载力较传统真空预压处理工艺提高显著，有效减少了工后沉降和差异沉降，具有显著的经济效益和社会效益。

2 工法特点

 2.1 降低成本，保护环境

 采用手型接头直接连接排水板与真空管，不再使用粗砂、粉砂垫层，提高了真空传递效率，缩短真空传递路径，解决真空度沿程衰减问题；而且可减少成本，保护环境，符合国家可持续发展战略，实现低碳环保。

 2.2 排水通畅，节省时间

 新型防淤堵排水板，可有效防止排水板折断、淤堵等问题，保证排水通道畅通；对不同粒径的土颗粒采用不同孔径的滤膜，形成反滤层，减少井阻效应，达到最佳泥水分离的目标。

 2.3 提高承载力，减少工后沉降

 在土体中设置增压管，通过增压系统对软土进行侧向增压，使土体水分子在压力作用下向排水板流动，加快固结速率，在有限工期内提高地基强度，减少工后沉降。

 2.4 安全节能

 不倒翁集水井技术是利用集水井气液分离，机械真空传至集水井，由集水井分布十个口，每一出口连接真空主管，主管再分布在支管上，达到真空压力均匀分布的目标。自动控制安全性好，节电可达50%。

3 适用范围

 3.1软土加固；

 3.2 海洋、湖泊、河道的吹填及疏浚泥处理；

 3.3 污水处理厂产生的市政污泥处理。

4 工艺原理

 （1）利用密封膜在土体表面形成密封罩，罩内的塑料排水板、真空管、增压管等连通成为一个密闭系统。

 （2）抽真空使土体内部与排水通道之间形成压差，使土体产生固结应力。

 （3）在总应力不变的情况下，通过减小孔隙水压力来增加有效应力，土体中的孔隙水不断由排水通道排出，从而使土体固结。

 （4）当抽真空无法进一步提高土体固结度时，通过增压管对土体施加水平向压力，使孔隙水向排水板移动，进一步提高土体的固结度。

图4-1为增压式真空预压技术工艺原理示意图。

5 施工工艺流程及操作要点

5.1 施工工艺流程

 施工工艺流程见图5-1。

5.2 操作要点

 5.2.1 施工准备阶段

 图4-1 增压式真空预压技术工艺原理示意图

 图5-1 施工工艺流程图

 （1）平整场地

 排干场地地表积水，设置临时道路或者围堰，整理场地，清除水草等尖锐物。

 （2）放线定位

 按照施工组织设计，确定场区施工范围，按照前期设计，确定排水板位置、各种管线走位。

 5.2.2 塑料排水板施工

 （1）防淤堵型塑料排水板

 防淤堵塑料排水板是由滤膜和芯板通过特殊工艺熔合成一体，它的这种特殊结构，使其具有整体性好、抗拉强度高、通水量大的特点。传统排水板中间是挤出成型的塑料芯板，芯板外部包裹化纤无纺布，其整体差、变形大，通水量小。防淤堵排水板和普通排水板对比如图5-2、5-3所示。

   

 图5-2 防淤堵塑料排水板图      图5-3 传统塑料排水板图

 防淤堵型排水板的滤膜采用无纺长丝化纤通过热轧工艺制作，传统排水板滤膜表面由井字格状的突出部分与热轧下凹处组成，其中井字格状的突出部分起到滤水作用，透水通量较防淤堵型排水板滤膜降低很多。二者对比如图5-4、5-5所示。

   

 图5-4 防淤堵塑料排水板滤膜图     图5-5 传统塑料排水板滤膜图

 （2）塑料排水板施工

 塑料排水板的插打工艺流程见图5-6。

 图5-6 塑料排水板施工流程

 1）点位布设：排水板间距根据现场土体性质以及加固要求确定，排水板通常按照正六边形或者正方形布置。

 2）插板机的定位：打设前根据板位标记进行插板机定位并进行机座整平，打板机定位时，管靴与板位标记偏差应控制在±70mm范围内，机座整平后要用仪器进行检测。

 3）安装管靴：打设塑料排水板采用套管式打设法，套管形状为扁形。将塑料排水板穿过插板机的套管，从套管下端穿出，与专用管靴连接。

 4）垂直度与深度控制：调整插板机套管的垂直度，保证打设过程中偏差不大于1.5cm/m；施工前按照设计深度在套管上做出打设深度标记，标记应明显、牢固。

 5）打设、拔管：将插板机套管、管靴、塑料排水板插入地层，当排水板插入到设计深度后，拔出插板机套管，利用管靴将排水板固定于孔底；施工时严格控制回带长度及回带率，回带长度不大于50cm，回带率不大于5%；在施工过程中应经常抽查，尽可能减少回带长度；打入地基的塑料排水板宜为整板，长度不足需要加长时应先将两根塑料排水板滤膜剥开，将板芯对插搭接，并将滤膜包好、裹紧后，用铁丝穿扎牢固，接长时在塑料排水板上扎穿的孔眼不在板芯的同一条水槽中，两根排水板的搭接长度不小于20cm；当遇漂石或块石难以在原位插打时，应移位补打，移位距离不得大于塑料排水板间距的30%。

 6）剪断排水板：排水板完成后，拔出插板机套管，剪断排水板，塑料排水板超过地面的长度不小于50cm。

 7）检查排水板板位、垂直度、打设深度、外露长度等，并做好施工记录，符合设计要求后方可移机，否则须在邻近板位处重打。

 5.2.3 真空排水系统连接

 （1）真空排水系统由手型接头、三通、真空管组成。先将打设好的排水板板头插入手型接头（图5-7），用枪钉固定，再将手形接头与钢丝软管支管相连，支管再与钢丝软管主管相连。

 （2）真空管主管采用直径Φ50mm或Φ75mm的PVC钢丝软管，支管采用Φ25mm的钢丝软管。在管网靠近加固边线的两端，每一横行的支管路接入真空排水主管路，主管路通过出膜装置与真空泵连接。直通技术连接如图5-8所示。

 

图5-8 直通连接示意图

 5.2.4 增压系统施工

 （1）增压管由若干节依次相连的透水软管组成，透水软管由螺旋形弹性支撑架和滤布组成，每节透水软管的两头置有可配接的螺纹接头，第一节软管前端上旋接有锥形封头，最末节软管后端旋接有法兰。材料采用的增压管长度为8m，透气段长6m，不透气段长2m，为保证增压施工过程中增压管临近地表层部分不漏气，在增压管后端2m设置不透气段。

 （2）增压管可采用人工或者专用设备插设增压管，严格控制垂直度，垂直度偏差不得大于2.5%，增压管施工必须定位准确，防止和真空系统相通。增压管的连接如图5-9所示。

图5-9 增压管路连接示意图

 

 5.2.5 密封体系

 （1）密封墙施工

 密封墙施工采用搅拌机械以淤泥为材料，按照搅拌桩的施工工艺（图5-10）进行。一般设置两排水泥土搅拌桩，桩径500mm，桩进入原地面以下1-1.5m，桩长4-5m，同一排桩相互咬合10cm以上，排间咬合25cm以上，形成连续墙状结构，达到止水、密封效果。泥浆含砂率要求≤5%，比重不低于1.35，pH值以7.5-8.5为宜，泥浆胶体率＞45%。

图5-10 搅拌桩施工工艺流程示意图

 （2）密封沟施工

 又称压膜沟，在场地周围挖设，开挖深度1-1.5m，放坡坡比1:1.5。

 （3）铺设密封膜

 密封膜铺二层，铺膜前应先将压膜沟挖好。铺膜应选择无风的好天气，铺膜工作要在白天一次完成，并要准备足够数量的氯丁胶和2台高频热合机及部分备用的整卷密封膜。

 施工人员必须穿无钉软底鞋，在统一组织指挥下进行铺膜作业。铺膜沿着长边的一侧开始，当第一张膜铺开后应组织所有人员一字摆开认真检查密封膜有无开焊、破孔，并及时修补。第一层膜修补后才能铺第二层。相邻两层膜的合缝必须错开500mm以上，严禁焊缝重叠。修补孔洞可用小块薄膜，要求用湿布将破孔周围和小薄膜擦洗干净，再分别涂刷氯丁胶，待胶干燥（以手指摸着不粘为好）后将小块膜粘帖在破孔处，以两层膜间没有气泡即可。大片撕裂处要用热合机缝合。铺膜后应立即填压膜沟，以防遇大风将膜掀坏。

 5.2.6 安装真空泵及增压泵

 在铺膜前先把不倒翁集水井（图5-11）下节罐体与真空主管连接好，出膜完毕后沿出膜位置剪开，然后放好橡胶垫圈及上节罐体，并用螺母上紧，橡胶垫圈与膜间严禁有砂料、粘土、草根、树枝等其他杂物存在。

 不倒翁集水井上节罐体露出软土表层并设置有管道连接真空泵，罐体中部筒壁上开设有八个集水口，集水口连接真空管，每个集水口抽真空1000平方米，罐体内部设置潜水泵连接出水管，出水管伸出罐体，十个罐体并联至真空泵集中抽真空组成真空大泵技术（图5-12）。

 5.2.7 抽真空

 首先空载调试真空泵，当真空泵上真空度达到98kPa以上，试抽真空。在膜面上，压膜沟处仔细检查有无漏气处，发现后及时补好。一般在抽气时，漏气孔眼会发出鸣叫声，循声彻底检查。一旦漏气孔眼得不到及时补救，蓄水后真空度很难达到80kPa，而且需放水检查，难度很大。

 开始阶段，为防止真空预压对加固区周围土体造成瞬间破坏，必须严格控制抽真空速率，可先调低真空泵转速，然后逐渐调高，当真空度达到60kPa，经检查无漏气现象后，将膜下真空度提高到80kPa。此时，通知监理工程师及承包单位验收并开始恒载计时。

 为保证抽真空的正常进行，需要24小时不间断地观察检查，对真空度表、真空泵的变化要做好记录，当发现漏气、泵损坏等问题要及时维修，保证真空系统、密封系统正常工作。电力供应的连续不断是保证抽真空装置连续工作的必要条件，施工前确定电源的供应能力，必要时适当配置一定数量的发电机，以备停电所需。

 图5-11 不倒翁集水井安装

图5-12 主管道安装连接到真空泵

 5.2.8 增压

 提高真空至80kPa连续抽真空至水量明显减少时开始增压，根据出水量大小调整压力采用间歇式增压方式。

 每天增压2h~5h，控制真空度，真空压力变化0~10 kPa之间，连续进行15天。

6 材料与设备

6.1 材料

 6.1.1 增压管

 增压管选用有特殊微孔做成的过滤层，并且又能收缩的水平井微孔透水增压管。能匀速分布压力，使土体水分子在压力作用下定向移动。另外，增压管由刚性弹簧支撑，可适应过大沉降造成的竖向变形，增压管主要技术指标见表6-1。

 

 

 表6-1 增压管主要技术指标表

 6.1.2 防淤堵排水板

 防淤堵塑料排水板是由滤膜和芯板通过特殊工艺熔合成一体，这种特殊结构，使其具有整体性好、抗拉强度大、通水量大的特点。该塑料排水板的滤膜可根据粘土颗粒度设计孔径的大小，达到最好的排水及防淤堵效果，性能指标见表6-2。

 表6-2 防淤堵塑料排水板主要性能指标

 6.1.3 土工布

 编织土工布质量150g/m2，纵向断裂强力≥22kN/m，横向断裂强力≥18kN/m，断裂伸长率：纵向≤25%，横向≤25%，CBR顶破强力≥2000N。无纺土工布质量200g/m2，厚度≥1.7mm，断裂强力≥4.5kN/m，断裂伸长率25～100%，CBR顶破强力≥0.9kN，撕破强力≥0.16kN。编织土工布及无纺土工布每30000m2作为一个批次进行检验，检查产品合格证，对其渗透系数、抗拉强度顶破强度等性能进行试验。

 6.1.4 密封膜

 密封膜厚度0.12～0.14mm，纵向最小抗拉强度18.5MPa，横向最小抗拉强度16.5MPa，最小断裂伸长率220%，最小直角撕裂强度40kN/m。

6.2 设备

 表6-3 主要施工设备表

7 质量控制

 施工工艺流程的控制可以分为施工管理的质量控制、施工过程的技术指标控制以及监测系统的动态信息反馈控制。

7.1 执行的标准、规范

 （1）《建筑地基处理技术规范》（JGJ79－2012）

 （2）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011

 （3）《建筑工程施工质量验收验收统一标准》（GB50300-2013）

 （4）《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）

 （5）《真空预压加固软土地基技术规程》（JTS 147-2-2009）

 （6）《塑料排水板施工规程》（JTJ256-96）

 （7）《塑料排水板质量检验标准》（JTJ/T257-96）

 （8）《土工合成材料》（GB/T 17630～17642-1999）

 （9）《土工合成材料聚氯乙烯土工膜》（GB/T 17688-1999）

7.2 质量控制

 7.2.1 插板误差控制在±70mm范围内，排水板外露长度控制在为50cm±1cm；

 7.2.2 密封膜材料质量要求：使用密封性好、抗老化能力强、韧性好、抗穿刺能力强的专用真空膜，厚度为0.14mm，真空膜的材料参数符合材料检测要求；

 7.2.3 密封膜铺设：密封膜分二层，按由下到上的顺序依次铺设，逐层检查，确保膜无破损；

 7.2.4 膜周边密封控制：密封沟开挖必须符合盖膜闭气要求，并将膜边沿密封沟内壁插入软土中，密封沟内必须用粘土回填密实，并在沟内覆水，以确保膜周边的密封。为保护真空膜，在真空膜上下各铺设一层土工布；

 7.2.5 土工布缝接必须保证搭接宽度不得少于30mm；

 7.2.6 现场粘贴密封膜，应保持粘结部位的清洁，上胶后要用力压紧；刚粘接的部位不能马上受力。搭接宽度不少于50mm；

 7.2.7 真空主管通过出膜器及吸水胶管与真空泵连接，出膜器的连接必须要牢固，密封。

 7.2.8 加固区四周会产生环向裂缝，可将淤泥浆灌入，将裂缝填实。

7.3 质量检验

 7.3.1 对塑料排水板、真空管、密封膜等的质量检验应符合相关规范的技术标准；

 7.3.2 真空预压期间，必须日夜不停地进行抽真空作业，对膜下真空度、垂直沉降进行量测、记录，发现异常应及时查明原因，采取措施使其恢复正常；

 7.3.3 真空预压完成后，进行如下的检验，并同加固前进行对比：

 （1）检测含水量、土容重、孔隙比、压缩系数等；

 （2）静力触探强度试验，检测贯入阻力；

 （3）十字板抗剪强度试验，检测强度；

 （4）现场压缩沉降曲线，验证长期工后沉降是否满足工程要求。

8 安全措施

 8.1 根据国家、行业有关安全生产标准、规定、条例，结合工程具体情况，建立健全安全生产管理网络，明确各岗位安全生产职责，落实安全生产责任制。

 8.2 施工电缆必须实行“三相五线”制。所有用电设备必须安装防漏电保护器，所有的配电箱、闸刀箱必须使用符合规定要求的闸箱。进出闸箱的电源线必须固定牢，并用橡胶护套保护。

 8.3 固定电源线应尽量架空，无法架空时，必须采用防水橡胶电缆，拖地电缆必须符合耐压要求，严禁使用已老化的旧电缆或不合格的产品，所有的电缆接头必须有严格的防漏电措施，并用木杆将接头竖起架离地面

 8.4 真空泵开关箱采用铁板或玻璃钢材料制作，配电板采用电木板或塑料板。开关箱做到防水、防火，箱体有接零保护有门、有锁，箱内无杂物，内设工作零线接线板和保护零线接线板，两板不能混用。引入、引出线缆走预留口；

 8.5 在进行塑料排水板施工时，打桩架上须做防雷设施。防雷的接地电阻小于10欧姆。避雷针的长度为1.2m；

 8.6 插板机的安装、拆卸必须有专人指挥，登高作业的人员必须具有足够的自我保护能力和防护措施；

 8.7 插板机卷扬机钢丝绳必须经常检查，及时更换。震动锤的所有紧固件必须有防振自锁装置，并要经常检查、紧固；

 8.8 插板作业必须专人指挥，特别是穿桩靴的人员必须动作协调，严防人身伤害；

 8.9 夜间施工的作业场所、主要通道、蓄水池等布置足够的照明，重要部位有明显告示，确保安全；

 8.10 铺设施工垫层时相关施工人员需要穿着救生衣，并系安全绳。

9 环保措施

 9.1 严格执行国家、地方有关环境保护的法律、法规和规章以及ISO14001：2004环境管理体系标准，建立环境管理体系。对废气、废水、固体废弃物(渣土)、噪声、扬尘进行有组织的控制，确保达标排放，保护生态环境。

 9.2 严格执行地方规定，在规定的时间段内停止夜间施工，特殊情况需连续作业时，到当地主管部门开具夜间施工许可证，并提前向附近居民发放通知予以沟通。

 9.3 严格按GB12523-90控制现场施工噪声值，尽量避免噪声较大的施工过程同时作业，对施工设备加强保养、维修，减少噪声排放。

 9.4 避免使用砂石等一次性材料作为施工垫层，优先使用聚乙烯泡沫等可再次利用的材料作为施工垫层。

 9.5 抽真空排出的水需要进行水质分析和监测，废水的排放需要满足相关的排放标准。

 9.6 严格按照合同规定的项目场地范围使用场地和施工作业。在主体工程完工后，除已征得监理单位同意外，一切必须拆除的施工临时设施和临时生活设施必须尽快拆除掉。拆除后场地要彻底清理，恢复原貌。

10 效益分析

 10.1 采用免砂垫层技术避免了开采砂石产生对生态环境的破坏。

 10.2 与传统的真空预压技术相比，增压式真空预压技术一次处理后地基承载力达到80-120kPa以上、十字板剪切强度不小于20kPa、工后长期沉降小于30cm，避免了地基进行二次处理产生的附加成本，降低了工程投资。

 10.3 与传统真空预压处理成本相比，增压式真空预压处理成本有较大节约。

11 应用实例

 1、连云港港徐圩港区直立式结构东防波堤工程施工项目（DZL-SG2标段）-预制厂扩建区真空预压工程，原始地貌类型为淤泥质浅滩，后经人工围堰吹填形成陆地，地势南低北高，地面标高在8.21m~9.23m，表层为人工冲填土，以淤泥为主，局部夹粉土薄层及粉砂，其余为海相沉积的软土，工程地质性能极差；均具有含水量高，孔隙比大，压缩性高，力学强度低，固结时间长等特性，属不良土层。根据设计要求，其中3-2区采用增压式真空预压，处理面积为26000m2，抽真空采用大泵不倒翁集水井技术。

 处理结束，原地面地基承载力大于80kpa，固结度为87.05%，表层沉降量2.5m，由此可知各项指标均满足设计要求。除此之外，采用防淤堵塑料排水板、手型接头、大泵不倒翁集水井技术，大大节约了用电量，彻底解决淤堵问题。

 2、宁波石化经济技术开发区工业固废填埋场工程项目填埋场类型为Ⅱ类填埋场。填埋场工程处理规模约十万平方，处理对象为一般工业固体废物。场地下部10m左右为软土，为典型的软弱土地基，淤积软土沉积厚度巨大，土性具有含水量高、孔隙比大、压缩性高、灵敏度高差等特点。场地土性复杂，地质及地形条件对施工较为不利。

 根据软土地基规范设计要求，对地基的沉降、不均匀沉降、功能使用和固废处理级别有着严格的限制。在地基处理设计方案中，根据固废填埋区域的沉降控制和施工要求，采用了增压式真空预压法。

 3、温州三江立体城位于永嘉县三江商务区，北面为楠瓯大道，南临瓯江环江大道，西接诸永延伸线江东大道，东至104国道。地貌单元为海湾—河口相沉积平原。处理面积7万m2，场地分布有近五十米厚的第四系沉积物，上部土体为软土，属河口相和海相沉积物。场地为典型的软弱土地基，淤积软土沉积厚度巨大，土性具有含水量高、孔隙比大、压缩性高、灵敏度高、抗剪强度低、承载能力差等特点。场地土性复杂，地质及地形条件对施工较为不利。

 根据软土地基工程设计要求，对地基的沉降和不均匀沉降有着严格的限制。通过比较地基处理设计方案，采用增压式真空预压法。

 4、天津临港工业区增压式真空预压软基加固等新技术试验完善和应用工程位于临港工业区东护岸以西，渤海63路以东，6#隔堤以南。地基处理面积5万平方，吹填土极不均匀，表层含水量高达105%，吹填泥颗粒细、承载力极低。

 该工程采用增压式真空预压法进行处理，应用专利手型接头连接塑料排水板、管的直排式工艺是成功的，与传统的软基加固工艺相比取消了砂垫层，使真空压力直接作用于排水板，保障了加固效果，节省了投资和原材料，有利于环保；新型防淤堵排水板可有效改善排水板的井阻效应，使得常用的传统排水板经常出现的淤堵现象大为改观；根据土力学有效应力原理，采用增压技术可使得土体总应力增大，在有效应力不变的情况下，相对增大了孔隙水压力，从而加快了剩余土体自由水的排出，使真空预压的固结机理得到更充分的应用。