《高速鐵路路基施工與維護（第3版）》課件 任務2-2真空預壓砂井法（軟土二）

高速鐵路路基基底加固

真空預壓砂井法施工

津濱快速軌道交通工程是天津市重點工程,西起天津市河西區中山門,延津塘公路經過軍糧城、中心莊,東至塘沽區臨港橋,全長45.53km。

天津濱海新區位于沖積平原上，地形平坦，其中DK47～DK49段路基為典型海相沉積和早期吹填形成的軟土地基,軟土層厚達10～18m,軟土含水量大、密度小、壓縮性大、強度低、觸變性敏感且地下水對混凝土具有中等(硫酸鹽)侵蝕性（CFG樁不適用，可以考慮碎石樁）。

真空預壓法在天津巿輕軌路基中的應用案例技術要求：

①真空預壓荷載達90kPa；

②預壓加固固結度大于90%;

③土體強度滿足承載力要求。

施工方法：

塑料排水板真空預壓法

清理地基→鋪設砂墊層→樁位放樣→機具定位(垂直度)→塑料板安裝并檢查孔深→剪斷塑料板→埋設塑料板頭→預壓排水。水平塑料排水板天津市軌道交通施工階段加固效果：

①加固后地基土的含水量孔隙比、壓縮系數均比加固前降低了許多,而土的粘聚力有很大的提高；

②十字板剪切實驗結果表明土體強度提高顯著；

③真空預壓結束后該段路基實際表面平均總沉降量為724mm,根據實測沉降過程曲線推算最終沉降量為727mm,實際計算固結度為99.6%,已經達到設計要求的固結度達90%以上。

④比攪拌樁﹑碎石樁法等可節約45%～50%成本。

1.原理

2.適用條件

3.工藝流程及施工要點

4.質量控制真空預壓砂井法目錄一、真空預壓砂井法的概念及原理1.真空預壓砂井法概念

真空預壓砂井法是在軟基中設置豎向排水通道（如砂井、袋裝砂井或塑料排水板等），然后在地面上鋪設一層砂墊層，再在其上覆蓋一層不透氣的薄膜，抽氣使膜內排水帶、層等處于部分真空狀態，排除土中的水分，使土預先固結以減少地基后期沉降的一種地基處理方法。

真空預壓結合砂井排水是加固飽和軟弱土地基的非常有效的一種方法。一般采用真空預壓法、砂井豎向排水體和砂墊層水平排水體相結合，構成排水固結的兩個要素，即加壓系統和排水系統。真空預壓砂井豎向和砂墊層水平排水體

真空預壓系統：起固結作用，使地基因固結壓力增加而固結;

排水系統：主要在于改變地基原有的排水邊界條件，縮短孔隙水排出的路徑，增加排水通道，從而縮短沉降固結的時間。

優點：排水系統由豎向排水體（袋裝砂井）和水平排水體（砂墊層）構成，較天然地基加載預壓法采用該系統可縮短工期，因而具有工效高、勞動強度低、質量穩定、地基變形性能好等優點。真空預壓砂井法的原理主要反映在以下幾個方面：1)密封膜上面承受等于密封膜內外壓差的荷載。（環境氣壓）101.325kPa2)地下水位降低，相應增加有效應力。3)封閉氣泡排出，土的滲透性加大，促進水分排出。

真空預壓砂井法是通過覆蓋于地面的密封膜下抽真空，膜內外形成氣壓差，使粘土層產生固結壓力。

即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的方法。2.真空預壓砂井軟基處理原理真空預壓砂井施工視頻二、真空預壓砂井法的適用條件

真空預壓法適用于對軟土性質很差、土源緊缺、工期緊的軟土地基進行處理。2.適用條件真空預壓砂井法施工現場圖片適用條件真空預壓砂井軟基處理的原理適用條件真空預壓砂井法

適用于建筑工程超軟地基的加固，特別不良基礎施工的填土，同時也適用于飽和均質黏性土及含薄層砂夾層的黏性土。

不適用于嚴重的傾斜地面、施工場地狹窄等場合和在加固范圍內有足夠水源補給的透水土層。真空預壓砂井軟基處理的原理范圍分布

這種土主要分布在我國東南沿海地區和內陸的大江、大河、大湖沿岸及周邊。如:天津，連云港、上海、杭州、武漢、南京、廣州、深圳等地。

軟弱土是抗剪強度較低、壓縮性較高、滲透性較小、天然含水較大的飽和粘性土,其中淤泥和淤泥質土就是軟弱土的主要類型。

由于壓縮性較高、強度低，因此地基沉降大，多為不均勻沉降,極易造成建筑物墻體開裂、建筑物傾覆。在工程建筑中，必須引起足夠的重視。三、真空預壓砂井法的工藝流程及施工要點

真空預壓砂井軟基處理施工工藝包括袋裝砂井堅向排水體施工、砂墊層水平排水體施工、真空預壓施工三個環節。（1）袋裝砂井豎向排水體施工。①相關概念。a.袋裝砂井。

以透水型土工織物長袋裝砂,設置在軟土地基中形成排水砂井，并加速軟土排水固結的地基處理方法。（太沙基滲透實驗）b.袋裝砂井施工機理。

頂面鋪設水平砂墊層，軟基中的水分在上部真空預壓載荷的作用下，通過砂與水平砂墊層形成排水通道，使軟基中的水分加速排走，從而達到排水固結軟基的目的。②袋裝砂井施工工藝流程修筑排水坡指砂袋埋入砂墊層的深度③袋裝砂井施工技術要求。a．砂袋妥善存放,嚴禁長時間曝曬；b.防止砂袋扭結、縮頸、斷裂和帶起。拔管時如帶出的砂袋長度大于0.5m時,必須在旁邊重新補打；c.施工時帶出的泥土應及時清除,并用砂回填密實。砂袋頂部埋入砂墊層的長度應大于0.5m；d.砂袋材料符合設計要求。砂料應采用風干的中、粗砂，不含草根、垃圾等有機雜質，含泥量不大于3%；e.清理場地,排除積水，并將路基范圍內原地面上的淤泥樹根、草皮、腐殖土等全部挖除；f.在路基范圍內按設計要求填筑土拱，碾壓密實。其上按設計鋪設砂墊層；g.袋裝砂井打設機具按設計樁位就位；h.應經常檢查樁尖與套管口的封閉情況；i.用振動貫入法、錘擊打入法或靜力壓入法將成孔套管沉人土中,直至設計深度，并用經緯儀觀測控制導向架垂直度；j.下砂袋時,應將整個砂袋吊起,從端部放入套管口,徐徐下放至設計深度；k.拔管時應啟動激振器,連續緩慢提升套管,直至拔離地面。（2）袋裝砂井水平排水體施工。①水平排水體概念。

水平排水體即排水砂墊層,它能使在預壓過程中從土體進入墊層的滲流水迅速地排到降水管道或溝渠中從而降低土體的含水量，使土層快速固結。

水平排水砂墊層可以有效地防止土體顆粒堵塞排水系統（豎向和水平向排水體系用的是同一種砂，沒有發生基質吸力的變化），直接關系到地基的加固效果和真空預壓時間的長短。

水平排水墊層的材料通常采用透水性好的砂料（如級配良好的中粗砂)，能同時起到一定的反濾作用。

對于新填不久的軟弱地基的水平排水墊層材料，則應采用更厚的砂石墊層或采用混合粒排水墊層。

此外,水平排水墊層通常還兼作地基的持力層，當地基為天然地面而承載力較低難以滿足正常施工需要時，還要根據情況適當增加砂石墊層的厚度來增大其承載力。②水平排水砂墊層常用施工方法。a.機械分堆攤鋪法。b.順序推進攤鋪法c.改善地表持力條件后再施工。a．機械分堆攤鋪法。當建筑場地的地基表面硬度較大，具承載力能滿足一般機械行進要求時，可采用機械分堆攤鋪法，用機械或人工方法將分堆的砂石攤平。b.順序推進攤鋪法。該種方法適用于所處地基表面硬殼承載力不足，難以滿足機械行進要求,需按一定順序推進砂石填料進行攤鋪的情況。c.改善地表持力條件。當所處的地基為軟土或地基的承載力很差時，首先要改善地基表面的持力條件，使其能上施工人員或輕型運輸工具;但如果該處地基過軟，基本的加壓固結方式仍不能顯著提高地基表面的承載力，地基難以承受一般輕型機械時，就需要用人工或輕便機械順序推進鋪設。水平砂墊層常用施工方法簡介（3）真空預壓施工。

真空預壓法是在需要加固的軟土地基表面先鋪設砂墊層，然后埋設垂直排水管道，再用不透氣的封閉膜使其與大氣隔絕，薄膜四周埋入土中，通過砂墊層內埋設的吸水管道，用真空裝置進行抽氣形成真空,進而增加地基有效應力的一種地基處理方法。真空預壓的工藝原理

抽真空時,先后在地表砂墊層及豎向排水通道內逐步形成負壓,使土體內部與排水通道、墊層之間形成壓差。在此壓差作用下，土體中的孔隙水不斷地由排水通道排出,從而使土體固結。（結果：土中的含水率大幅度降低、孔隙比降低、密實度增加、承載力增加）真空預壓施工工藝真空預壓加固地基的工藝流程1、砂墊層鋪設：清除地表腐殖土、鋪設采用含泥量較小的中粗砂，鋪設厚度為0.4m，鋪設過程中要注意隨時清理砂墊層上的雜物，人工進行整平。關于真空預壓砂井施工中的幾點注意事項2、袋裝砂井施工：首先定出每個砂井位置，用白灰標示，打樁機定位要保證樁錘中心與地面定位在同一點上，以確保沉管的垂直度，安裝檢查與導管相連的活瓣樁尖，采用振動法或靜壓法將導管沉入土層。3、活瓣樁尖

將樁尖提起時候它可自然松開，將樁尖壓入土中向下打樁時候它是閉合的，這樣就可以實現一個功能——可以把空心鋼質的樁身打入土中，樁內是空心的，然后可以灌入砂袋等材料。4、鋪設過濾管網：過濾管網一般采用Φ60--70mm的硬塑料管連接，將過濾管打孔加工外包濾水層，達到只透氣不透砂的效果。過濾管應埋設砂墊層中間，距砂墊層表面不小于50mm（起傳遞真空壓力，水平排水的作用）5、密封膜鋪設：密封膜是以聚乙烯為主要材料，由2層密封膜大面積鋪設施工。

為了避免局部熱合不好、搭接不夠及老化等問題，按先后順序鋪設一層無紡土工布、二層密封膜、再一層無紡土工布。

密封膜長和寬應超過加固區兩側3~4m且應埋入到密封溝內的不透水的粘土層中。密封溝的回填料采用不含雜物的粘土，應回填實。6、真空泵安裝、管路安裝：真空泵在安裝前應進行試運檢查，空抽時必須達到98kPa以上的真空吸力，安裝時要保持平穩，且與濾管連接牢固后才可接通電源。7、真空度監測：主要對泵、膜內真空度、砂袋內真空度和土體真空度的監測，以綜合控制真空預壓加固效果。

最后地面沉降量隨著真空壓力的持續而不斷增長，軟土地基中的孔隙水也不斷減小，土體由欠固結狀態逐漸向固結狀態轉變，最終地表沉降量趨于穩定，達到地基加固的效果。

案例

某市公路工程的長度為1.5km，路面寬度為40m。該項目施工區域地層條件復雜，通過對施工現場進行勘查發現，地質條件為松軟土層，具有密度低、孔隙大、壓縮性高、強度低、含水量高等特點，為了保證項目建設的順利進行，盡量避免發生地基不均勻沉降，要求采用適宜的軟土地基處理技術。

綜合考慮施工工期、成本等要求，在本工程施工中選用真空預壓施工技術。施工工藝豎向排水體施工

在本工程施工中選用袋裝砂井結構形式。

在成孔施工中，振動沉管技術，在具體的施工過程中，首先需要帶活瓣管尖的套管沉到預定深度，然后將袋裝砂井放入管內，拔出套管后，即可形成砂井。

在灌入砂袋時，應該盡量選用干砂，并注意保證灌砂的密實度。砂袋長度應較砂井孔長度長50cm，保證將其放入井孔后，能夠露出地面。水平排水體施工

對于墊層材料，應該盡量選用透水性較好且級配良好的中粗砂，對于墊層平面尺寸和厚度，必須保證符合工程項目設計要求。

在本工程施工中，由于需要在水平墊層上鋪設土工布以及塑料膜，因此，墊層厚度為80cm，要求與豎向排水通道保持良好的連接效果，避免連接位置堵塞。

在本工程施工中，對于砂料，首先經過篩分，避免對天然地基造成不良影響，同時還應該注意避免將泥土或者其他雜物混入墊層中造成濾管堵塞。施工工藝水平濾管布設

在本次施工中，選用PVC管道。在濾水管的平面布置方面，常用形式有條形、手形等。為了確保真空負壓能夠快速、準確地傳遞至施工現場的各個部位,應該綜合考慮施工場地的大小、形狀等，合理布設濾水管排列形式，這樣即使個別泵停機檢修，也不會對真空度造成不良影響。施工工藝塑料土工布、膜鋪設

本工程中，要求加工好的密封膜面積應該大于施工場地每邊相應加固區4～5m。

對于土工布，應選用無紡土工布，為了保證真空預壓施工的密封性，在本次施工環節，首先鋪設1層土工布，然后再在土工布上鋪設2層密封膜，當所有材料鋪設完成后，還需要對鋪設效果進行檢查，如果出現漏洞，則應該做好粘補處理，保證密封效果。密封溝的開挖和回填

在本工程密封溝施工中，采用人工挖掘與機械開挖的方式，在開挖施工中，如果開挖至淤泥層，則應該在鋪設密封膜后，密封溝用挖出的淤泥質粘土回填，同時還需要采用挖掘機前斗進行夯實處理。

綜上所述，在本次工程實例中，真空預壓法的加荷速度快，不需要堆載材料，在施工過程中不會出現地基失穩的問題。在具體的施工過程中，合理布設排水體，鋪設水平墊層等，并加強施工工序監測管理，軟土地基承載能力有效提升。四、真空預壓砂井法的質量控制質量控制1.塑料排水帶必須在現場隨機抽樣送往實驗室進行性能指標的測試，其性能指標包括縱向通水量、復合體抗拉強度、濾膜抗拉強度、濾膜滲透系數和等效孔徑等。2.對不同