软弱地层气压劈裂真空预压加固施工技术_祝建成.pdf

DOI:10.13379/j.issn.1003-8825.202302002开放科学（资源服务）标识码（OSID）软弱地层气压劈裂真空预压加固施工技术祝建成1，徐 浩2，段立超3（1.北京市基础设施投资有限公司，北京100101；2.中铁高新工业股份有限公司，北京100070；3.中铁二局集团有限公司，成都610032）摘要：气压劈裂真空预压通过向土体注入高压气体形成裂缝，同时利用真空负压使土体固结。气压劈裂、真空预压均需要密闭环境，密闭环境及材料的质量控制直接影响土体固结的成果。阐述气压劈裂真空预压法在实际施工应用中的施工工艺及质量控制、真空预压控制措施，为新型的软基处理推广应用提供成熟的施工工艺和操作方法。关键词：软弱地基；气压劈裂；真空预压；密闭环境；质量控制中图分类号：TU471.8文献标志码：A文章编号：1003 8825(2023)03 0171 03 0 引言气压劈裂真空预压是通过抽真空装置将膜下土体中的空气和水抽出，使土体得以排水固结、强度提高，达到加固的目的。适用于淤泥、淤泥质土、冲填土等饱和黏性土软弱地基的加固处理，是一种有效的方法。20 世纪中后期，随着上述技术和材料等方面难题的突破，真空预压法得到快速发展，在沿海吹填淤泥处理、高速公路软基加固等方面得到大量应用1。本文阐述气压劈裂真空预压法在实际应用中的施工工艺及质量控制、真空预压控制等措施，为新型的软基处理推广应用提供成熟的施工工艺和操作方法。1 技术原理气压劈裂真空系统由四部分组成，分别是排水系统、加压系统、喷气系统和密封系统。在需处理的软弱地基内设置塑料排水板，地面铺设砂垫层、复合土工布，利用土工膜使砂垫层与大气隔绝，利用大气压力作为预压荷载，用真空装置进行抽气，通过埋设于砂垫层中的吸水管道将膜内空气和孔隙水逐渐排出，从而达到排水固结的效果1。气压劈裂无砂真空预压断面，见图 1。气压劈裂真空预压固结软弱地基质量控制：一是选择关键的检测项目，做好预压检测；二是加强关键工序的质量过程控制，达到加固预期目标。地面线4.8二布一膜密封沟塑料排水板高压喷气管裂隙1412图1气压劈裂无砂真空预压断面（单位：m）2 施工工艺 2.1 施工工艺流程施工准备场地平整砂垫层插打塑料排水板安装排水系统砂垫层铺设土工布及密封膜开挖、回填密封沟砂垫层安装抽真空设备抽真空工后沉降评估。2.2 关键工序 2.2.1 场地平整、铺设精编土工布场地平整前应做好系统排水工程，禁止地表水流入地基加固区域；排水沟应与地方永久排水沟渠连接，形成排水系统，将农田或水塘的水抽排干净，形成干燥的作业场地。合理布置施工场地，确保“三通一平”。场地平整后铺设一层精编土工布。2.2.2 插打塑料排水板用 RTK 在土工布上定出塑料排水板的施工范围，插板机的桩靴落地定位误差控制在50 mm内，桩管下插的垂直度不得大于1.5%。排水板不得搭接，为防止浪费，先根据不同的区域和加固深 收稿日期：2023 03 17作者简介：祝建成（1981 ），男，陕西岐山人。高级工程师，硕士，主要从事市域（郊）铁路及城市轨道交通工程建设管理等工作。E-mail：。祝建成，等：软弱地层气压劈裂真空预压加固施工技术 171 度，计算出每根排水板的打设深度，再确定每盘塑料排水板的总长度。每根排水板的长度为打设深度+露出地面长度+蛇形弯曲量+板靴挂入量2。2.2.3 打设喷气管排水板施工完毕后，使用插板机在 4 根塑料排水板几何中心成孔，间距 4.8 m，深度分别为 12、14 m，呈正方形交叉布置。将 50 mm、壁厚 3 mm的 PVC 喷气管插入孔道，管底用土工布包裹，插入深度与孔道深度相对应，外侧留 30 cm 后截断，插管完毕用泥土将空洞四周封满。2.2.4 铺设抽真空管路系统相邻排水板端头采用定制的蝶形接头连接，安装螺丝钉固定，再通过真空支管、三通管、四通管拼连，接入真空主管形成畅通的水平和垂直排水管网。蝶型连接，见图 2。图2蝶型连接 2.2.5 铺设喷气管路系统、试喷采用 50 mm 的 PVC 管将整个区域的喷气管道连接，最后连接空压机，对整个管路试喷检查，如有堵管和漏气现象，及时更换管道。2.2.6 开挖密封沟、铺设一布和两膜、回填密封沟密封沟采用机械开挖，深度1.5 m，挖到淤泥层，底部宽 1.0 m，放坡系数0.67。在精编土工布上设置真空、喷气管路，铺设一布和两膜，在精编土工布上先铺一层 200 g/m2无纺土工布，用手提缝纫机缝接，两边预留 20 cm；人工将密封膜（整体膜）铺放覆盖整个真空预压区。在加固区四周，密封膜铺设时应适当放松，膜与膜之间搭接长度不应小于15 mm，用热黏法黏接。密封膜铺好后应认真检查及时补洞。密封沟用淤泥或开挖土回填密实，密封膜上应有一定厚度的覆土。2.2.7 真空泵、空气压缩机等安装调试无砂法真空预压采用节能泵抽真空系统，约5 500 m2设 置 1 台 真 空 泵，真 空 预 压 区 域 共190 411 m2，需 34 台，每台15 kW，总功率 510 kW。采用 10 m3空气压缩机与真空泵配合工作。2.2.8 气压劈裂与抽真空密封系统和排水系统施工完毕后，开始气压劈裂和抽真空作业。先用空压机将空气压缩进入区域管道内，使喷气管底部裂隙产生高压喷气，破坏深层土体，压力 0.5 MPa，持续 10 分钟；然后抽真空并观测，真空预压加固区膜下真空度达 80 kPa，连续抽真空不少于 3 个月；处理场地土体整体平均固结度达 80%，且加固区中心沉降每昼夜不大于10 mm、边桩水平位移每昼夜不大于 5 mm（向外），即可逐段减压直至停止抽真空。3 质量控制3-5 3.1 密封沟施工、土工布和密封膜铺设密封沟施工时，要求开挖、埋膜、回填同步施工，确保密封效果。土工布利用土工布刀进行切割，安装后，应对所有土工布表面进行损坏检查，并及时修补。搭接宽度一般为 20 cm 以上。密封膜选用一层符合抽真空要求的聚乙烯薄膜。铺设过程中，尽量避免在密封膜上走动。密封膜吊装时，保持整体同步上升和下降，避免出现局部撕裂。施工过程和施工完后，严禁机械设备在密封膜上行走。3.2 真空预压均匀布设抽真空主、滤管。滤管间距 5.0 m，滤管四周应打滤水孔。滤管用无纺土工布滤膜完全包裹。主管与滤管间用变径四通或变径三通连接，同管径主管或滤管间用大一号水胶管连接，接头处用铁丝绑扎至少两道。密封沟靠真空预压一侧的边坡，采用挖土机结合人工修整平顺，不得存在局部突出硬块，以免抽真空时顶破撕裂密封膜。密封膜边缘埋入密封沟底淤泥中。节能泵抽真空系统，泵的真空度可达 80 kPa。3.3 塑料排水板严格控制排水板深度，排水板上端露出原地面 0.2 m，下端应穿过淤泥层进入下卧层 1.0 m 以上。垂直度控制在1.5%。排水板开盘后，从套管顶部一次性由上而下喂入套管，从套管下端抽出排水板穿过桩靴反折 20 cm 扣带，再从开盘处拉紧排水板即可进行施插。合理的桩靴及扣带严格规范施工是保证排水板不产生断带、回带的有效措施。排水板不得接长使用，施工时应有保证排水板不扭曲和防止泥土、杂物进入导管的措施。外露长度是与设计值比较的误差值。打设排水板时回带数量控制在打设总量的 5%以内，且回带长度不应超过 500 mm。塑料排水板施工各项允许偏差、检验要求及方法，见表 1。排水板管路连接，见图 3。路基工程 172 Subgrade Engineering2023 年第 3 期（总第 228 期）表1塑料排水板施工各项允许偏差、检验要求及方法项目允许偏差/mm检验要求检验方法布置范围100每200 m等间距检查6处尺量板间距100随机抽查尺量 （a）连接一（b）连接二图3排水板管路连接 3.4 加固效果评估通过十字板剪切试验和平板载荷试验判断地基加固效果。平板载荷试验取 1 点，十字板剪切试验取 3 点，土样钻探取样做 2 组，每组分 0.5、1.0、1.5 m 取三个样。4 真空预压监测监测是气压劈裂真空预压固结软弱地基重要控制手段，施工过程中可以通过监测数据及时发现问题并及时纠偏。检测工作主要包括水平位移监测、膜下真空度监测和表层沉降监测。膜下真空压力24 小时观测 1 次；地表沉降初期每天观测1 次，中后期 24 天观测 1 次；水平位移初期每天观测 1 次，中后期 35 天观测 1 次；出现异常情况时加密观测。5 结语气压劈裂真空预压施工质量控制，一是应做好施工质量过程控制，通过从原材料质量、施工关键工序质量控制等把好施工关；二是做好监控量测，为施工质量控制提供方向和指引。本项目现场实际施工中，地基加固质量满足规范要求。参考文献(References)：1 宋文胜.真空联合堆载预压法在公路软基中的应用与研究D.天津:天津大学,2005.2 陈晓虎.浅谈滩涂圈围工程塑料排水板施工难点及监理对策J.科技致富向导,2010(27):194.DOI:CNKI:SUN:KJZF.0.2010-27-1943 国家铁路局.铁路路基工程施工质量验收标准:TB 104142018S.北京:中国铁道出版社,2018.National Railway Administration of the Peoples Republic of China.Standard for acceptance of earthworks in railway:TB 10414 2018S.Beijing:China Railway Publishing House,2018.4 中国铁路总公司.客货共线铁路路基工程施工技术规程:Q/CR96512017S.北京:中国铁道出版社,2017.China Railway Corporation.Technical regulation of passenger-freightrailway subgrade engineering:Q/CR 96512017S.Beijing:China Rail-way Publishing House,2017.5 中华人民共和国交通运输部.真空预压加固软土地基技术规程:JTS147-22009S.北京:人民交通出版社,2009.Ministry of Transport of the Peoples Republic of China.Technicalspecification for vacuum preloading technique to improve soft soils:JTS147-22009S.Beijing:China Communications Press,2009.ConstructionTechnologyofPneumaticFracturingVacuumPreloadingReinforcementinWeakStrataZHU Jiancheng1，XU Hao2，DUAN Lichao3（1.Beijing Infrastructure Investment Co.,Ltd.,Beijing 100101,China；2.China Railway Hi-Tech Industry Co.,Ltd.,Beijing 100070,China；3.China Railway No.2 Engineering Group Co.,Ltd.,Chengdu 610032,China）Abstract:High pressure gas is injected into the soil to form cracks by pneumatic fracturing vacuum preloading,and vacuum negative pressure is used to consolidate the soil.Pneumatic fracturing and vacuum preloading requirea closed environment,and the closed environment and materi