1 前  言

  真空預壓技術在吹填土、軟黏土、淤泥質土等高含水率、欠固結的軟弱土地基加固處理中得到了廣泛的應用。真空預壓方法具有處理范圍廣、處理深度大、處理成本低等優點。但是，目前傳統的真空預壓工藝存在如下一些普遍問題：（1）排水系統大量用砂，消耗資源，破壞生態環境；（2）排水板易折斷、淤堵，造成排水通道失效，導致處理效果差；（3）真空度沿程衰減較大，尤其隨著深度增加，中下部軟基處理效果較差；（4）承載力低，工后沉降大，往往需二次加固處理，增加了工程的建設成本。

 江蘇鑫泰巖土科技有限公司針對傳統真空預壓工藝中存在的問題，結合工程應用開展了科技攻關和創新工作，提出的增壓式真空預壓技術，在經過十余年的技術改進和升級，通過在幾十項實際工程中的應用，較好的解決了上述真空預壓施工中存在的問題；形成了無砂墊層手形接頭直聯、新型防淤堵排水板、土體二次增壓、不倒翁集水井等四大核心技術。與傳統方法相比，本工法具有縮短工期、降低成本、保護環境、安全節能等優勢；而且處理后的地基承載力較傳統真空預壓處理工藝提高顯著，有效減少了工后沉降和差異沉降，具有顯著的經濟效益和社會效益。

2 工法特點

 2.1 降低成本，保護環境

 采用手型接頭直接連接排水板與真空管，不再使用粗砂、粉砂墊層，提高了真空傳遞效率，縮短真空傳遞路徑，解決真空度沿程衰減問題；而且可減少成本，保護環境，符合國家可持續發展戰略，實現低碳環保。

 2.2 排水通暢，節省時間

 新型防淤堵排水板，可有效防止排水板折斷、淤堵等問題，保證排水通道暢通；對不同粒徑的土顆粒采用不同孔徑的濾膜，形成反濾層，減少井阻效應，達到最佳泥水分離的目標。

 2.3 提高承載力，減少工后沉降

 在土體中設置增壓管，通過增壓系統對軟土進行側向增壓，使土體水分子在壓力作用下向排水板流動，加快固結速率，在有限工期內提高地基強度，減少工后沉降。

 2.4 安全節能

 不倒翁集水井技術是利用集水井氣液分離，機械真空傳至集水井，由集水井分布十個口，每一出口連接真空主管，主管再分布在支管上，達到真空壓力均勻分布的目標。自動控制安全性好，節電可達50%。

3 適用范圍

 3.1軟土加固；

 3.2 海洋、湖泊、河道的吹填及疏浚泥處理；

 3.3 污水處理廠產生的市政污泥處理。

4 工藝原理

 （1）利用密封膜在土體表面形成密封罩，罩內的塑料排水板、真空管、增壓管等連通成為一個密閉系統。

 （2）抽真空使土體內部與排水通道之間形成壓差，使土體產生固結應力。

 （3）在總應力不變的情況下，通過減小孔隙水壓力來增加有效應力，土體中的孔隙水不斷由排水通道排出，從而使土體固結。

 （4）當抽真空無法進一步提高土體固結度時，通過增壓管對土體施加水平向壓力，使孔隙水向排水板移動，進一步提高土體的固結度。

圖4-1為增壓式真空預壓技術工藝原理示意圖。

5 施工工藝流程及操作要點

5.1 施工工藝流程

 施工工藝流程見圖5-1。

5.2 操作要點

 5.2.1 施工準備階段

 圖4-1 增壓式真空預壓技術工藝原理示意圖

 圖5-1 施工工藝流程圖

 （1）平整場地

 排干場地地表積水，設置臨時道路或者圍堰，整理場地，清除水草等尖銳物。

 （2）放線定位

 按照施工組織設計，確定場區施工范圍，按照前期設計，確定排水板位置、各種管線走位。

 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濾膜和芯板通過特殊工藝熔合成一體，它的這種特殊結構，使其具有整體性好、抗拉強度高、通水量大的特點。傳統排水板中間是擠出成型的塑料芯板，芯板外部包裹化纖無紡布，其整體差、變形大，通水量小。防淤堵排水板和普通排水板對比如圖5-2、5-3所示。

   

 圖5-2 防淤堵塑料排水板圖      圖5-3 傳統塑料排水板圖

 防淤堵型排水板的濾膜采用無紡長絲化纖通過熱軋工藝制作，傳統排水板濾膜表面由井字格狀的突出部分與熱軋下凹處組成，其中井字格狀的突出部分起到濾水作用，透水通量較防淤堵型排水板濾膜降低很多。二者對比如圖5-4、5-5所示。

   

 圖5-4 防淤堵塑料排水板濾膜圖     圖5-5 傳統塑料排水板濾膜圖

 （2）塑料排水板施工

 塑料排水板的插打工藝流程見圖5-6。

 圖5-6 塑料排水板施工流程

 1）點位布設：排水板間距根據現場土體性質以及加固要求確定，排水板通常按照正六邊形或者正方形布置。

 2）插板機的定位：打設前根據板位標記進行插板機定位并進行機座整平，打板機定位時，管靴與板位標記偏差應控制在±70mm范圍內，機座整平后要用儀器進行檢測。

 3）安裝管靴：打設塑料排水板采用套管式打設法，套管形狀為扁形。將塑料排水板穿過插板機的套管，從套管下端穿出，與專用管靴連接。

 4）垂直度與深度控制：調整插板機套管的垂直度，保證打設過程中偏差不大于1.5cm/m；施工前按照設計深度在套管上做出打設深度標記，標記應明顯、牢固。

 5）打設、拔管：將插板機套管、管靴、塑料排水板插入地層，當排水板插入到設計深度后，拔出插板機套管，利用管靴將排水板固定于孔底；施工時嚴格控制回帶長度及回帶率，回帶長度不大于50cm，回帶率不大于5%；在施工過程中應經常抽查，盡可能減少回帶長度；打入地基的塑料排水板宜為整板，長度不足需要加長時應先將兩根塑料排水板濾膜剝開，將板芯對插搭接，并將濾膜包好、裹緊后，用鐵絲穿扎牢固，接長時在塑料排水板上扎穿的孔眼不在板芯的同一條水槽中，兩根排水板的搭接長度不小于20cm；當遇漂石或塊石難以在原位插打時，應移位補打，移位距離不得大于塑料排水板間距的30%。

 6）剪斷排水板：排水板完成后，拔出插板機套管，剪斷排水板，塑料排水板超過地面的長度不小于50cm。

 7）檢查排水板板位、垂直度、打設深度、外露長度等，并做好施工記錄，符合設計要求后方可移機，否則須在鄰近板位處重打。

 5.2.3 真空排水系統連接

 （1）真空排水系統由手型接頭、三通、真空管組成。先將打設好的排水板板頭插入手型接頭（圖5-7），用槍釘固定，再將手形接頭與鋼絲軟管支管相連，支管再與鋼絲軟管主管相連。

 （2）真空管主管采用直徑Φ50mm或Φ75mm的PVC鋼絲軟管，支管采用Φ25mm的鋼絲軟管。在管網靠近加固邊線的兩端，每一橫行的支管路接入真空排水主管路，主管路通過出膜裝置與真空泵連接。直通技術連接如圖5-8所示。

 

圖5-8 直通連接示意圖

 5.2.4 增壓系統施工

 （1）增壓管由若干節依次相連的透水軟管組成，透水軟管由螺旋形彈性支撐架和濾布組成，每節透水軟管的兩頭置有可配接的螺紋接頭，第一節軟管前端上旋接有錐形封頭，最末節軟管后端旋接有法蘭。材料采用的增壓管長度為8m，透氣段長6m，不透氣段長2m，為保證增壓施工過程中增壓管臨近地表層部分不漏氣，在增壓管后端2m設置不透氣段。

 （2）增壓管可采用人工或者專用設備插設增壓管，嚴格控制垂直度，垂直度偏差不得大于2.5%，增壓管施工必須定位準確，防止和真空系統相通。增壓管的連接如圖5-9所示。

圖5-9 增壓管路連接示意圖

 

 5.2.5 密封體系

 （1）密封墻施工

 密封墻施工采用攪拌機械以淤泥為材料，按照攪拌樁的施工工藝（圖5-10）進行。一般設置兩排水泥土攪拌樁，樁徑500mm，樁進入原地面以下1-1.5m，樁長4-5m，同一排樁相互咬合10cm以上，排間咬合25cm以上，形成連續墻狀結構，達到止水、密封效果。泥漿含砂率要求≤5%，比重不低于1.35，pH值以7.5-8.5為宜，泥漿膠體率＞45%。

圖5-10 攪拌樁施工工藝流程示意圖

 （2）密封溝施工

 又稱壓膜溝，在場地周圍挖設，開挖深度1-1.5m，放坡坡比1:1.5。

 （3）鋪設密封膜

 密封膜鋪二層，鋪膜前應先將壓膜溝挖好。鋪膜應選擇無風的好天氣，鋪膜工作要在白天一次完成，并要準備足夠數量的氯丁膠和2臺高頻熱合機及部分備用的整卷密封膜。

 施工人員必須穿無釘軟底鞋，在統一組織指揮下進行鋪膜作業。鋪膜沿著長邊的一側開始，當第一張膜鋪開后應組織所有人員一字擺開認真檢查密封膜有無開焊、破孔，并及時修補。第一層膜修補后才能鋪第二層。相鄰兩層膜的合縫必須錯開500mm以上，嚴禁焊縫重疊。修補孔洞可用小塊薄膜，要求用濕布將破孔周圍和小薄膜擦洗干凈，再分別涂刷氯丁膠，待膠干燥（以手指摸著不粘為好）后將小塊膜粘帖在破孔處，以兩層膜間沒有氣泡即可。大片撕裂處要用熱合機縫合。鋪膜后應立即填壓膜溝，以防遇大風將膜掀壞。

 5.2.6 安裝真空泵及增壓泵

 在鋪膜前先把不倒翁集水井（圖5-11）下節罐體與真空主管連接好，出膜完畢后沿出膜位置剪開，然后放好橡膠墊圈及上節罐體，并用螺母上緊，橡膠墊圈與膜間嚴禁有砂料、粘土、草根、樹枝等其他雜物存在。

 不倒翁集水井上節罐體露出軟土表層并設置有管道連接真空泵，罐體中部筒壁上開設有八個集水口，集水口連接真空管，每個集水口抽真空1000平方米，罐體內部設置潛水泵連接出水管，出水管伸出罐體，十個罐體并聯至真空泵集中抽真空組成真空大泵技術（圖5-12）。

 5.2.7 抽真空

 首先空載調試真空泵，當真空泵上真空度達到98kPa以上，試抽真空。在膜面上，壓膜溝處仔細檢查有無漏氣處，發現后及時補好。一般在抽氣時，漏氣孔眼會發出鳴叫聲，循聲徹底檢查。一旦漏氣孔眼得不到及時補救，蓄水后真空度很難達到80kPa，而且需放水檢查，難度很大。

 開始階段，為防止真空預壓對加固區周圍土體造成瞬間破壞，必須嚴格控制抽真空速率，可先調低真空泵轉速，然后逐漸調高，當真空度達到60kPa，經檢查無漏氣現象后，將膜下真空度提高到80kPa。此時，通知監理工程師及承包單位驗收并開始恒載計時。

 為保證抽真空的正常進行，需要24小時不間斷地觀察檢查，對真空度表、真空泵的變化要做好記錄，當發現漏氣、泵損壞等問題要及時維修，保證真空系統、密封系統正常工作。電力供應的連續不斷是保證抽真空裝置連續工作的必要條件，施工前確定電源的供應能力，必要時適當配置一定數量的發電機，以備停電所需。

 圖5-11 不倒翁集水井安裝

圖5-12 主管道安裝連接到真空泵

 5.2.8 增壓

 提高真空至80kPa連續抽真空至水量明顯減少時開始增壓，根據出水量大小調整壓力采用間歇式增壓方式。

 每天增壓2h~5h，控制真空度，真空壓力變化0~10 kPa之間，連續進行15天。

6 材料與設備

6.1 材料

 6.1.1 增壓管

 增壓管選用有特殊微孔做成的過濾層，并且又能收縮的水平井微孔透水增壓管。能勻速分布壓力，使土體水分子在壓力作用下定向移動。另外，增壓管由剛性彈簧支撐，可適應過大沉降造成的豎向變形，增壓管主要技術指標見表6-1。

 

 

 表6-1 增壓管主要技術指標表

 6.1.2 防淤堵排水板

 防淤堵塑料排水板是由濾膜和芯板通過特殊工藝熔合成一體，這種特殊結構，使其具有整體性好、抗拉強度大、通水量大的特點。該塑料排水板的濾膜可根據粘土顆粒度設計孔徑的大小，達到最好的排水及防淤堵效果，性能指標見表6-2。

 表6-2 防淤堵塑料排水板主要性能指標

 6.1.3 土工布

 編織土工布質量150g/m2，縱向斷裂強力≥22kN/m，橫向斷裂強力≥18kN/m，斷裂伸長率：縱向≤25%，橫向≤25%，CBR頂破強力≥2000N。無紡土工布質量200g/m2，厚度≥1.7mm，斷裂強力≥4.5kN/m，斷裂伸長率25～100%，CBR頂破強力≥0.9kN，撕破強力≥0.16kN。編織土工布及無紡土工布每30000m2作為一個批次進行檢驗，檢查產品合格證，對其滲透系數、抗拉強度頂破強度等性能進行試驗。

 6.1.4 密封膜

 密封膜厚度0.12～0.14mm，縱向最小抗拉強度18.5MPa，橫向最小抗拉強度16.5MPa，最小斷裂伸長率220%，最小直角撕裂強度40kN/m。

6.2 設備

 表6-3 主要施工設備表

7 質量控制

 施工工藝流程的控制可以分為施工管理的質量控制、施工過程的技術指標控制以及監測系統的動態信息反饋控制。

7.1 執行的標準、規范

 （1）《建筑地基處理技術規范》（JGJ79－2012）

 （2）《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011

 （3）《建筑工程施工質量驗收驗收統一標準》（GB50300-2013）

 （4）《建筑地基基礎工程施工質量驗收規范》（GB50202-2002）

 （5）《真空預壓加固軟土地基技術規程》（JTS 147-2-2009）

 （6）《塑料排水板施工規程》（JTJ256-96）

 （7）《塑料排水板質量檢驗標準》（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 質量控制

 7.2.1 插板誤差控制在±70mm范圍內，排水板外露長度控制在為50cm±1cm；

 7.2.2 密封膜材料質量要求：使用密封性好、抗老化能力強、韌性好、抗穿刺能力強的專用真空膜，厚度為0.14mm，真空膜的材料參數符合材料檢測要求；

 7.2.3 密封膜鋪設：密封膜分二層，按由下到上的順序依次鋪設，逐層檢查，確保膜無破損；

 7.2.4 膜周邊密封控制：密封溝開挖必須符合蓋膜閉氣要求，并將膜邊沿密封溝內壁插入軟土中，密封溝內必須用粘土回填密實，并在溝內覆水，以確保膜周邊的密封。為保護真空膜，在真空膜上下各鋪設一層土工布；

 7.2.5 土工布縫接必須保證搭接寬度不得少于30mm；

 7.2.6 現場粘貼密封膜，應保持粘結部位的清潔，上膠后要用力壓緊；剛粘接的部位不能馬上受力。搭接寬度不少于50mm；

 7.2.7 真空主管通過出膜器及吸水膠管與真空泵連接，出膜器的連接必須要牢固，密封。

 7.2.8 加固區四周會產生環向裂縫，可將淤泥漿灌入，將裂縫填實。

7.3 質量檢驗

 7.3.1 對塑料排水板、真空管、密封膜等的質量檢驗應符合相關規范的技術標準；

 7.3.2 真空預壓期間，必須日夜不停地進行抽真空作業，對膜下真空度、垂直沉降進行量測、記錄，發現異常應及時查明原因，采取措施使其恢復正常；

 7.3.3 真空預壓完成后，進行如下的檢驗，并同加固前進行對比：

 （1）檢測含水量、土容重、孔隙比、壓縮系數等；

 （2）靜力觸探強度試驗，檢測貫入阻力；

 （3）十字板抗剪強度試驗，檢測強度；

 （4）現場壓縮沉降曲線，驗證長期工后沉降是否滿足工程要求。

8 安全措施

 8.1 根據國家、行業有關安全生產標準、規定、條例，結合工程具體情況，建立健全安全生產管理網絡，明確各崗位安全生產職責，落實安全生產責任制。

 8.2 施工電纜必須實行“三相五線”制。所有用電設備必須安裝防漏電保護器，所有的配電箱、閘刀箱必須使用符合規定要求的閘箱。進出閘箱的電源線必須固定牢，并用橡膠護套保護。

 8.3 固定電源線應盡量架空，無法架空時，必須采用防水橡膠電纜，拖地電纜必須符合耐壓要求，嚴禁使用已老化的舊電纜或不合格的產品，所有的電纜接頭必須有嚴格的防漏電措施，并用木桿將接頭豎起架離地面

 8.4 真空泵開關箱采用鐵板或玻璃鋼材料制作，配電板采用電木板或塑料板。開關箱做到防水、防火，箱體有接零保護有門、有鎖，箱內無雜物，內設工作零線接線板和保護零線接線板，兩板不能混用。引入、引出線纜走預留口；

 8.5 在進行塑料排水板施工時，打樁架上須做防雷設施。防雷的接地電阻小于10歐姆。避雷針的長度為1.2m；

 8.6 插板機的安裝、拆卸必須有專人指揮，登高作業的人員必須具有足夠的自我保護能力和防護措施；

 8.7 插板機卷揚機鋼絲繩必須經常檢查，及時更換。震動錘的所有緊固件必須有防振自鎖裝置，并要經常檢查、緊固；

 8.8 插板作業必須專人指揮，特別是穿樁靴的人員必須動作協調，嚴防人身傷害；

 8.9 夜間施工的作業場所、主要通道、蓄水池等布置足夠的照明，重要部位有明顯告示，確保安全；

 8.10 鋪設施工墊層時相關施工人員需要穿著救生衣，并系安全繩。

9 環保措施

 9.1 嚴格執行國家、地方有關環境保護的法律、法規和規章以及ISO14001：2004環境管理體系標準，建立環境管理體系。對廢氣、廢水、固體廢棄物(渣土)、噪聲、揚塵進行有組織的控制，確保達標排放，保護生態環境。

 9.2 嚴格執行地方規定，在規定的時間段內停止夜間施工，特殊情況需連續作業時，到當地主管部門開具夜間施工許可證，并提前向附近居民發放通知予以溝通。

 9.3 嚴格按GB12523-90控制現場施工噪聲值，盡量避免噪聲較大的施工過程同時作業，對施工設備加強保養、維修，減少噪聲排放。

 9.4 避免使用砂石等一次性材料作為施工墊層，優先使用聚乙烯泡沫等可再次利用的材料作為施工墊層。

 9.5 抽真空排出的水需要進行水質分析和監測，廢水的排放需要滿足相關的排放標準。

 9.6 嚴格按照合同規定的項目場地范圍使用場地和施工作業。在主體工程完工后，除已征得監理單位同意外，一切必須拆除的施工臨時設施和臨時生活設施必須盡快拆除掉。拆除后場地要徹底清理，恢復原貌。

10 效益分析

 10.1 采用免砂墊層技術避免了開采砂石產生對生態環境的破壞。

 10.2 與傳統的真空預壓技術相比，增壓式真空預壓技術一次處理后地基承載力達到80-120kPa以上、十字板剪切強度不小于20kPa、工后長期沉降小于30cm，避免了地基進行二次處理產生的附加成本，降低了工程投資。

 10.3 與傳統真空預壓處理成本相比，增壓式真空預壓處理成本有較大節約。

11 應用實例

 1、連云港港徐圩港區直立式結構東防波堤工程施工項目（DZL-SG2標段）-預制廠擴建區真空預壓工程，原始地貌類型為淤泥質淺灘，后經人工圍堰吹填形成陸地，地勢南低北高，地面標高在8.21m~9.23m，表層為人工沖填土，以淤泥為主，局部夾粉土薄層及粉砂，其余為海相沉積的軟土，工程地質性能極差；均具有含水量高，孔隙比大，壓縮性高，力學強度低，固結時間長等特性，屬不良土層。根據設計要求，其中3-2區采用增壓式真空預壓，處理面積為26000m2，抽真空采用大泵不倒翁集水井技術。

 處理結束，原地面地基承載力大于80kpa，固結度為87.05%，表層沉降量2.5m，由此可知各項指標均滿足設計要求。除此之外，采用防淤堵塑料排水板、手型接頭、大泵不倒翁集水井技術，大大節約了用電量，徹底解決淤堵問題。

 2、寧波石化經濟技術開發區工業固廢填埋場工程項目填埋場類型為Ⅱ類填埋場。填埋場工程處理規模約十萬平方，處理對象為一般工業固體廢物。場地下部10m左右為軟土，為典型的軟弱土地基，淤積軟土沉積厚度巨大，土性具有含水量高、孔隙比大、壓縮性高、靈敏度高差等特點。場地土性復雜，地質及地形條件對施工較為不利。

 根據軟土地基規范設計要求，對地基的沉降、不均勻沉降、功能使用和固廢處理級別有著嚴格的限制。在地基處理設計方案中，根據固廢填埋區域的沉降控制和施工要求，采用了增壓式真空預壓法。

 3、溫州三江立體城位于永嘉縣三江商務區，北面為楠甌大道，南臨甌江環江大道，西接諸永延伸線江東大道，東至104國道。地貌單元為海灣—河口相沉積平原。處理面積7萬m2，場地分布有近五十米厚的第四系沉積物，上部土體為軟土，屬河口相和海相沉積物。場地為典型的軟弱土地基，淤積軟土沉積厚度巨大，土性具有含水量高、孔隙比大、壓縮性高、靈敏度高、抗剪強度低、承載能力差等特點。場地土性復雜，地質及地形條件對施工較為不利。

 根據軟土地基工程設計要求，對地基的沉降和不均勻沉降有著嚴格的限制。通過比較地基處理設計方案，采用增壓式真空預壓法。

 4、天津臨港工業區增壓式真空預壓軟基加固等新技術試驗完善和應用工程位于臨港工業區東護岸以西，渤海63路以東，6#隔堤以南。地基處理面積5萬平方，吹填土極不均勻，表層含水量高達105%，吹填泥顆粒細、承載力極低。

 該工程采用增壓式真空預壓法進行處理，應用專利手型接頭連接塑料排水板、管的直排式工藝是成功的，與傳統的軟基加固工藝相比取消了砂墊層，使真空壓力直接作用于排水板，保障了加固效果，節省了投資和原材料，有利于環保；新型防淤堵排水板可有效改善排水板的井阻效應，使得常用的傳統排水板經常出現的淤堵現象大為改觀；根據土力學有效應力原理，采用增壓技術可使得土體總應力增大，在有效應力不變的情況下，相對增大了孔隙水壓力，從而加快了剩余土體自由水的排出，使真空預壓的固結機理得到更充分的應用。

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